江苏省2021高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述课件

1、第1讲交变电流的产生和描述,大一轮复习讲义,过好双基关,01,1.产生 线圈绕 方向的轴匀速转动. 2.两个特殊位置的特点,正弦式交变电流,一,垂直于磁场,最大,发生改变,不改变,最大,3.电流方向的改变 一个周期内线圈中电流的方向改变 次. 4.交变电动势的最大值 em ，与转轴位置无关，与线圈形状无关. 5.交变电动势随时间的变化规律(中性面开始计时) e,两,nbs,nbssin t,自测1 (多选)关于中性面，下列说法正确的是 a.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零 b.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大 c.线圈每经

2、过一次中性面，感应电流的方向就改变一次 d.线圈每转动一周即经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向 就改变一次,描述交变电流的物理量,二,1.周期和频率 (1)周期t：交变电流完成1次周期性变化所需要的 ，单位是秒(s).表达式为 (n为转速,时间,2)频率f：交变电流在1 s内完成 的次数，单位是,周期性变化,赫兹(hz,2.交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流 的值. (2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值. (3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们 相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的

3、有效值. (4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系,某一时刻,产生的热量,5)交变电流的平均值,自测2 (2020贵州安顺市质检)如图1所示，在磁感应强度为b的匀强磁场中，有一个匝数为n的矩形线圈abcd，线圈面积为s，ab边与磁场垂直，ab边始终与金属滑环k相连，cd边始终与金属滑环l相连.现使矩形线圈以恒定角速度，从图示位置绕过ad、bc中点的轴匀速转动.下列说法中正确的是 a.将交流电流表串联到电路中，其示数随时间按余弦规律变化 b.线圈转动的角速度越大，通过电阻r的电流越小 c.线圈平面与磁场平行时，瞬时感应电动势最大且emnbs d.线圈平面每转过半圈，穿过线圈平面的磁通量变化

4、量为零,图1,解析交流电流表测量的是交变电流的有效值，不随时间变化，故a错误； 根据enbscos t可知，线圈转动的角速度越大，产生的感应电动势越大，通过电阻r的电流越大，故b错误； 题图所示位置，线圈平面与磁场平行，产生的感应电动势最大，最大值为emnbs，故c正确,线圈从中性面位置每转过半圈，穿过线圈平面的磁通量变化量为2bs，故d错误,02,研透命题点,交变电流的产生及变化规律,基础考点自主悟透,命题点一,1.交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时,2.交变电流瞬时值表达式 (1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式emnbs求出相应峰值. (2)明确线圈的初始位置，

5、找出对应的函数关系式.如： 线圈在中性面位置开始计时，则it图象为正弦函数图象，函数表达式为iimsin t. 线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则it图象为余弦函数图象，函数表达式为iimcos t,例1一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图2所示，则下列说法正确的是 a.t1时刻通过线圈的磁通量为零 b.t2时刻通过线圈的磁通量最大 c.t3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大 d.当电动势e变换方向时，通过线圈的磁通量都最大,图2,解析根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势为零时(如在t1、t3、t5时刻)，即电动势方向改变时，磁通

6、量的变化率为零，线圈平面与中性面重合，通过线圈的磁通量最大，a、c错误，d正确； 感应电动势最大时(如在t2、t4时刻)，磁通量的变化率最大，线圈平面与磁感线平行，通过线圈的磁通量为零，b错误,变式1(多选)(2019江苏苏、锡、常、镇四市联考)如图3甲所示为风力发电的简易模型，在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的永磁体转动，转速与风速成正比，某一风速时，线圈中产生的正弦式电流如图乙所示，则 a.电流的瞬时值表达式为i0.6sin 10t (a) b.永磁体的转速为10 r/s c.风速加倍时，电流的瞬时值表达式为i1.2sin 10t (a) d.风速加倍时，线圈中电流的有效值为0.6

7、a,图3,电流的瞬时值表达式为i0.6sin 10t (a)，a对,当风速加倍时，转速加倍， 由2n知i1.2sin 20t(a)，c错,交流电有效值的求解,命题点二,高考热点讲透练熟,1.有效值的规定 交变电流、恒定电流i直分别通过同一电阻r，在交流的一个周期内产生的焦耳热分别为q交、q直，若q交q直，则交变电流的有效值ii直(直流有效值也可以这样算,2.有效值的理解 (1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值； (2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值； (3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值； (4)没有特别加以说明的，是指有效值； (5)“交流的

8、最大值是有效值的 倍”仅适用于正(余)弦式交变电流,3.有效值的计算 (1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间(周期整数倍)”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解. (2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量. (3)利用两个公式qi2rt和q t可分别求得电流有效值和电压有效值. (4)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的 周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和 周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值 间的关系i 、u 求解,例2(2018全国卷16)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个

9、周期内产生的热量为q正.该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为t，如图4所示.则q方q正等于,图4,变式2(2019湖北武汉市二月调研)如图5(a)所示，阻值为r20 的定值电阻接在如图(b)所示的交流电上，交流电的前半个周期为正弦交流电，后半个周期为恒定电流.理想交流电压表的示数为,图5,解析原线圈中电流的有效值满足关系,变式3(2019江苏南京市、盐城市一模)一交变电流随时间变化的图象如图6所示，此交变电流的有效值是,图6,等效的直流电在一个周期t内产生的电热：q2i有2rt 根据交流电有效值的定义，可得：q1q2,变式4(2020山东日照市调研)在匀强磁场中，一个100匝的矩形金属线圈，绕

10、与磁感线垂直的固定轴匀速转动，线圈外接定值电阻和理想交流电流表(如图7甲所示).穿过该线圈的磁通量按正弦规律变化(如图乙所示).已知线圈的总电阻为2 ，定值电阻r8 .下列说法正确的是 a.电动势的瞬时值表达式e4 sin t(v) b.电流表的示数最小为0 c.一个周期内产生的热量约为32 j d.0.51.5 s的时间内，通过线圈横截面的电荷量为0,图7,交变电流“四值”的理解和计算,命题点三,高考热点讲透练熟,例3(多选)(2019江苏泰州二中期末)如图8甲所示为一交变电压随时间变化的图象，每个周期内，前二分之一周期电压恒定，后二分之一周期电压按正弦规律变化.若将此交流电连接在如图乙所示

11、的电路中，电阻r阻值为100 ，则 a.理想电流表读数为0.75 a b.理想电压表读数为100 v c.电阻r消耗的电功率为56 w d.电阻r在100秒内产生的热量为5 625 j,图8,电阻r消耗的电功率为piu56.25 w，选项c错误；电阻r在100秒内产生的热量为qpt5 625 j，选项d正确,变式5(2019江苏无锡市期末)一正弦交流电的电流随时间变化的规律如图9所示，由图可知 a.该交流电的电流瞬时值表达式为i2sin 100t(a) b.该交流电的频率是50 hz c.该交流电的电流有效值为2 a d.若该交流电通过r10 的电阻，则电阻消耗的功率是20 w,图9,功率pi

12、有效2r20 w，d正确,03,随堂巩固练,1.(交变电流的有效值求解)(2019江苏徐州市摸底)图10甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化.下列说法正确的是 a.图甲表示交流电，图乙表示直流电 b.两种电压的有效值相等 c.图甲所示电压的瞬时值表达式为u311 sin(100t) v d.图甲所示电压经匝数比为101的变电器变压后， 频率为原来的,1,2,3,图10,1,2,3,解析题图甲、乙均表示交流电，故a错误,题图甲和题图乙电压的有效值并不相同，故b错误； 变压器只能改变交流电的电压，不能改变交流电的频率，故d错误,2.(交变电流有效值的理解和应用)(2019江

13、苏启东市期末)如图11，实验室一台手摇交流发电机，内阻r1 ，外接r9 的电阻.闭合开关s，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e10 sin 10t(v)，则 a.该交变电流的频率为10 hz b.该电动势的有效值为10 v c.外接电阻r所消耗的电功率为9 w d.电路中理想交流电流表的示数为 a,1,2,3,图11,1,2,3,3.(交变电流“四值”理解)小型手摇发电机线圈共n匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴oo，线圈绕oo匀速转动，如图12所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电

14、压,1,2,3,图12,1,2,3,解析矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以发电机的电动势峰值为2ne0，a、b错误,04,课 时 精 练,1.(多选)下面关于交变电流的说法中正确的是 a.交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的峰值 b.用交流电流表和电压表测量的数值是交变电流的瞬时值 c.给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下是指有效值 d.和交变电流有相同热效应的恒定电流的数值是交变电流的有效值,1,2,3,4,双基巩固练,5,6,7,2.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时，以下说法错误的是 a.线圈中的感应电动势为零

15、b.线圈平面与磁感线方向垂直 c.通过线圈的磁通量达到最大值 d.通过线圈的磁通量变化率达到最大值,1,2,3,4,5,6,7,解析在中性面时，线圈与磁场垂直，磁通量最大，通过线圈的磁通量变化率为零，感应电动势为零，故a、b、c正确，d错误,3.(2020辽宁大连市质检)a、b是两个完全相同的电热器，a通以图1甲所示的方波交变电流，b通以图乙所示的正弦式交变电流，则两电热器的电功率papb等于 a.54 b.32 c. 1 d.21,1,2,3,4,5,6,7,1,2,3,4,4.(2019山东聊城市二模)如图2甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴oo匀速转动，从某时刻开始计时，

16、产生的感应电动势e随时间t的变化图象如图乙所示，若外接电阻r70 ，线圈电阻r10 ，则下列说法正确的是 a.线圈的角速度为100 rad/s b.0.01 s末穿过线圈的磁通量最大 c.通过线圈的最大电流为1.25 a d.理想交流电压表的示数为87.5 v,图1,5,6,7,1,2,3,4,5,6,7,由题图乙知，0.01 s末线圈产生的感应电动势最大，则0.01 s末线圈平面与磁场平行，线圈的磁通量为0，故b项错误,1,2,3,4,5,6,7,1,2,3,4,5.(2020贵州贵阳市模拟)如图3甲为某品牌电热毯的简易电路，电热丝的电阻为r484 ，现将其接在u220 sin 100t(v

17、)的正弦交流电源上，电热毯被加热到一定温度后，温控装置p使输入电压变为图乙所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝的电阻保持不变，则保温状态下，理想交流电压表v的读数和电热毯消耗的电功率最接近下列哪一组数据 a.220 v、100 w b.156 v、50 w c.110 v、25 w d.311 v、200 w,图3,5,6,7,1,2,3,4,5,6,7,1,2,3,6.(多选)(2019天津卷8)单匝闭合矩形线框电阻为r，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量与时间t的关系图象如图4乙所示.下列说法正确的是,4,5,6,7,综合提升练,图4,1,2,3,4,5,6,7,1,2,3,4,5,6,7,7.如图5甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的左端接一只小灯泡，线圈所在空间内存在与线圈平面垂直且均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n100匝、总电阻r1.0 、所围成矩形的面积s0