2020年高考物理一轮复习 专题十 第1讲 交变电流的产生和描述课件

1、专题十交变电流 考点内容要求热点考向 1.交变电流、交变电流的 图象 最近几年的考查主要体现为“三突 出”：一是突出考查交变电流的产 生过程；二是突出考查交变电流的 图象和交变电流的“四值”；三是 突出考查变压器.一般试题难度不 大，且多以选择题的形式出现. 2.正弦式交变电流的函数 表达式、峰值和有效值 3.理想变压器 4.远距离输电 5.实验十一：传感器的简 单使用 第1讲交变电流的产生和描述 考点 1 正弦式交变电流的产生和变化规律 1.正弦式交变电流 正弦规律 (1)定义：按_变化的交变电流，简称正 弦式电流. 图 10-1-1 匀速 Emsin tNBS (2)产生：当闭合线圈由中性

2、面位置(图 10-1-1 中 O1O2 位置) 开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴_转动时，线 圈中产生的感应电动势随时间而变化的函数是正弦函数：e _，其中 Em_.这就是正弦式交变电流. 2.对中性面的理解 电流方向 两 (1)中性面是与磁场方向_的平面，是假想的参考面. (2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量_， 而磁通量的变化率为_，产生的感应电动势为_. (3)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面的磁通量为 _，但磁通量的变化率_，产生的感应电动势_. (4)线圈每经过中性面一次_就改变一次，线 圈转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变_次. 垂直 最大 00 0最

3、大最大 考点 2 描述交变电流的物理量 220 V0.02 s 1.周期和频率：描述交变电流_的物理量. (1)周期 T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需 的时间，单位是秒(s).周期越大，交变电流变化越_，在一 个周期内，交变电流的方向变化_次. 50 Hz (2)频率 f：交变电流在 1 s 内完成周期性变化的_， 单位是赫兹，符号为 Hz.频率越大，交变电流变化越_. (3)周期和频率的关系：f_ 2. 100 (4)我国生活用电的电压是_，周期是_，频率是 _，每秒钟电流方向变化_次. 变化快慢 慢 两 次数 快 时刻 最大值 相同 热量 有效值 2.交变电流的瞬时值、峰值

4、、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一_的值，是时间的函数. (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的_. (3)有效值：让交变电流与恒定电流分别通过_的电 阻，如果它们在一个周期产生的_相等，则这个恒定电 流 I、恒定电压 U 就是这个交变电流的_. (4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I _，U_，E_. 【基础自测】 1.交流发电机在工作时的电动势 eEmsin t.若将线圈匝 数、线圈面积都提高到原来的两倍，其他条件不变，则电动势 变为() 解析：由电动势最大值表达式 EmNBS，N、S 变为原来 的两倍，则最大值变为 4Em，B 正确. 答案：B 2.如图 10-1

5、-2 所示，矩形线框置于磁场中，该磁场可视为 匀强磁场.线框通过导线与电阻构成闭合电路，线框在磁场中绕 垂直于磁场方向的转轴逆时针匀速转动，下列说法正确的是 () 图 10-1-2 A.线框通过图中位置瞬间，线框中的电流方向由 A 到 B B.线框通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量最大 C.线框通过图中位置瞬间，通过电阻的电流瞬时值最大 D.若使线框转动的角速度增大一倍，那么通过电阻电流的 有效值变为原来的倍 答案：C 3.(多选)一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图 10-1-3 所示.由图可知() 图 10-1-3 A.该交流电的电压瞬时值的表达式为 u100sin 25t V B.该交

6、流电的频率为 25 Hz C.该交流电的电压的有效值为 100 V D.若将该交流电压加在阻值为 R100 的电阻两端，则电 阻消耗的功率为 50 W 答案：BD 4.(多选)如图 10-1-4 甲是阻值为 5 的线圈与阻值为 15 的电阻 R 构成的回路.线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示 . 则 () 甲乙 图 10-1-4 A.电压表的示数为 14.14 V B.通过电阻的电流为 0.707 A C.电阻 R 上消耗的功率为 7.5 W D.通过电阻的电流方向每秒变化 100 次 答案：BC 热点 1 交变电流的产生、描述及图象 热点归

7、纳 1.正弦式交变电流的产生 (1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动. (2)两个特殊位置的特点： 最大，e 最线圈平面与中性面垂直时，SB，0， t 大，i 最大，电流方向不改变. (3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改 变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两 次. (4)交变电动势的最大值 EmNBS，与转轴位置无关，与 线圈形状无关. 物理量函数图象 磁通量 mcos tBScos t 电动势 eEmsin tNBSsin t 2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始 计时) 物理量函数图象 电压 电流 (续表) 考向 1 根据图象判断某两个特殊

8、位置的特点 【典题 1】(多选，2017 年湖南长沙雅礼中学高三检测)如 图 10-1-5 甲所示，一个矩形线圈 abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁 场方向的轴匀速转动.线圈内磁通量随时间 t 的变化如图乙所 示，则下列说法正确的是( 甲乙 ) 图 10-1-5 A.t1 时刻线圈中的感应电动势最大 B.t2 时刻 ab 的运动方向与磁场方向垂直 C.t3 时刻线圈平面与中性面重合 D.t4、t5 时刻线圈中感应电流的方向相同 等于零，故感应电动势为零，A 错误；t2 时刻磁通量为零， 解析：t1 时刻通过线圈的磁通量最大，此时磁通量的变化 率 t 线圈与磁场平行，故导线 ab 的速度方向跟磁感

9、线垂直，B 正确； t3 时刻线圈的磁通量最大，故此时线圈与中性面重合，C 正确； 由题图可知t5时刻线圈中磁通量最大，此时磁通量的变化率 t 等于零，故没有感应电流，D 错误. 答案：BC 易错提醒：线圈在匀强磁场中转动产生正弦式交变电流， 穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率最大，感应电动势 最大；穿过线圈的磁通量最大时，磁通量的变化率为零，感应 电动势为零. 考向 2 正弦式交变电流的产生及其图象 【典题 2】有一不动的矩形线圈 abcd，处于范围足够大的 可转动的匀强磁场中，如图 10-1-6 所示.该匀强磁场由一对磁极 N、S 产生，磁极以 OO为轴匀速转动.在 t0 时刻，磁场的

10、 方向与线圈平行，磁极 N 开始离开纸面向外转动，规定由 abcda 方向的感应电流为正，则如下列各图所示能反 映线圈中感应电流 i 随时间 t 变化的图象是() 图 10-1-6 ABCD 解析：磁极以 OO为轴匀速转动可等效为磁场不动线圈 向相反方向转动，在 t0 时刻，由右手定则可知，产生的感应 电流方向为 abcda，磁场的方向与线圈平面平行，感 应电流最大，C 正确. 答案：C 热点 2 交变电流有效值的计算 热点归纳 1.交变电流有效值的规定 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

11、(直流有效值也可以这样算). 2.对有效值的理解 (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)“交流的最大值是有效值的 倍”仅用于正(余)弦式交 变电流. 3.计算交变电流有效值的方法 (1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”： “相同时间”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. 和电压有效值. 【典题 3】(2018 年新课标卷)一电阻接到方波交流电源

12、上，在一个周期内产生的热量为 Q方；若该电阻接到正弦交变 电源上，在一个周期内产生的热量为 Q正.该电阻上电压的峰值 为 u0，周期为 T，如图 10-1-7 所示.则 Q方Q正等于() 甲乙 图 10-1-7 答案：D 易错提醒：解答此题常见错误是：一是把方波交变电流视 为正弦交变电流；二是认为在一个周期 T 内产生的热量与电压 有效值，导致错选 B；三是比值颠倒，导致错选 C. 【迁移拓展】一个“U”形金属线框在匀强磁场中绕 OO 轴以相同的角速度匀速转动，通过导线给同一电阻 R 供电，如 图 10-1-8 甲、乙所示.其中图甲中 OO轴右侧有磁场，图乙中 整个空间均有磁场，两磁场磁感应强

13、度相同.则甲、乙两图中交 流电流表的示数之比为( 甲乙 ) 图 10-1-8 答案：A 物理量物理含义重要关系适用情况及说明 瞬时值 交变电流某一 时刻的值 eEmsin t iImsin t 计算线圈某时刻 的受力情况 峰值最大的瞬时值 EmnBS Im 讨论电容器的击 穿电压 热点 3 交变电流“四值”的比较 物理量物理含义重要关系适用情况及说明 有效值 跟交变电流的 热效应等效的 恒定电流的值 适用于正(余)弦 式交变电流 (1)计算与电流的 热效应有关的量 (如电功、电功率、 电热等) (2)电气设备“铭 牌”上所标的一 般是有效值 (3)保险丝的熔断 电流为有效值 (续表) 物理量物

14、理含义重要关系适用情况及说明 平均值 交变电流图象 中图线与时间 轴所夹的面积 与时间的比值 计算通过电路横 截面的电荷量 (续表) 【典题 4】(多选，2018 届广东茂名五大联盟学校联考)如 图 10-1-9 甲所示，一个匝数 N200、电阻 r2 的矩形线圈 置于磁感应强度 B 1 T 的匀强磁场中，绕垂直于磁场的 轴 OO匀速转动，产生的电流通过滑环与电刷输送到外电路.电 路中的交流电压表为理想电表，可变电阻 R 接入电路的阻值为 18 .穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图乙所示，则下列 说法正确的是() 甲乙 图 10-1-9 A.线圈的面积为 0.02 m2 B.线圈内产生的感应电动势的峰值为 300V C.理想交流电压表的读数约为 255 V D.通过可变电阻的电流的瞬时值表达式为 i20sin 100t(A) 律变化，所以电流的瞬时值表达式为 i20cos 100t(A)，D 错误. 所以 A、C 正确，B、D 错误. 答案：AC 方法技巧：书写交变电流瞬时值表达式的基本思路： (1)确定正弦式交变电流的峰值，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，找出对应的函数关系式. 若线圈从中性面位置开始转动，则i-t 图象为