交变电流的产生和描述(含答案).doc

1、精品文档考点内容要求考纲解读交变电流、交变电流的图象1交变电流的产生及其各物理量的变化规律，正弦交变电流的函数表达应用交流电的图象解决问题式、峰值和有效值2利用有效值的定义，对交变电流的有效值进理想变压器行计算远距离输电3理想变压器原、副线圈中电流、电压、功率之间的关系应用，变压器动态变化的分析方法实验：传感器的简单使用4远距离输电的原理和相关计算5传感器的简单使用，能够解决与科技、社会紧密结合的问题 .第 1 课时交变电流的产生和描述导学目标1. 能掌握交变电流的产生和描述，会写出交变电流的瞬时值表达式.2. 能认识交变电流的图象和进行有效值、最大值的计算一、交变电流的产生和变化规律 基础导

2、引 关于线圈在匀强磁场中转动产生的交流电，以下说法中正确的是()A线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C线圈在中性面位置时，磁通量最大，磁通量的变化率为零D线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势最大 知识梳理 1交变电流大小和方向都随时间做_变化的电流如图1(a) 、 (b) 、 (c) 、 (d) 所示都属于交变电流其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图(a) 所示图 1。1欢迎下载精品文档2正弦交流电的产生和变化规律(1) 产生：在匀强磁场里，线圈绕 _ 方向的轴匀速转动(2)

3、中性面： 定义：与磁场方向 _的平面 特点： a. 线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量_，磁通量的变化率为_，感应电动势为_b. 线圈转动一周， _经过中性面 线圈每经过 _一次，电流的方向就改变一次(3) 图象：用以描述交流电随时间变化的规律， 如果线圈从中性面位置开始计时， 其图象为 _ 曲线如图 1(a) 所示思考 ：由正弦交流电的图象可以得出哪些物理量？二、描述交变电流的物理量 基础导引 我们日常生活用电的交变电压是e2202sin 100 t V ，它是由矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的，则下列说法正确的是_ 交流电的频率是50 Hz 交流电压的有效值是220 V 当 t 0 时，

4、线圈平面恰好与中性面平行1 当 t 50 s 时， e 有最大值 2202 V 电流每秒方向改变50 次 知识梳理 1周期和频率(1) 周期 T：交变电流完成 _ 变化 ( 线圈转一周 ) 所需的时间，单位是秒2(s) 公式： T .(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 (Hz) (3) 周期和频率的关系： _或f _.T2交变电流的瞬时值、峰值、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：让交流与恒定电流分别通过 _的电阻， 如果它们在交流的一个周期内产生的 _相等，则这个

5、恒定电流I 、恒定电压U就是这个交流的_(4) 正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I _， U _， E _.(5) 平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值.考点一正弦交流电的变化规律考点解读。2欢迎下载精品文档1正弦式电流的变化规律 ( 线圈在中性面位置开始计时 )规律物理量函数图象 mcost磁通量 BScos t e Emsin t电动势 nBSsin tu Usin tm电压REmt R r sini I msint电流Emt Rr sin2两个特殊位置的特点(1) 线圈平面与中性面重合时， ， 最大，0， 0， 0，电流方向将发生改S Btei变(2) 线圈平面与

6、中性面垂直时， ， 0，最大，e最大，i最大，电流方向不改S Bt变3书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1) 确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em nBS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如： 线圈从中性面位置开始转动，则 i t 图象为正弦函数图象， 函数式为i I msin t . 线圈从垂直中性面位置开始转动，则i t 图象为余弦函数图象，函数式为i I mcost .特别提醒1. 只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，就产生正弦式交流电，其变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关2 t 图象与对应的e t 图象是互余的

7、典例剖析例 1如图 2 甲所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交流电如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向，则()图 2A乙图中 Oa时间段对应甲图中A 至 B 图的过程。3欢迎下载精品文档B乙图中 c 时刻对应甲图中的 C 图C若乙图中 d 等于 0.02 s ，则 1 s内电流的方向改变50 次D若乙图中 b 等于 0.02 s ，则交流电的频率为 50 Hz例 2 实验室里的交流发电机可简化为如图3 所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的 轴匀速转动今在发OO电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25 圈，读出电压表的示数

8、为 10 V 已知 10 ，线圈电阻忽略不计，下R列说法正确的是()图 3A线圈平面与磁场平行时，线圈中的瞬时电流为零B从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为i 2sin 50 AtC流过电阻 R的电流每秒钟方向改变25 次D电阻 R上的热功率等于10 W跟踪训练1矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图象如图4 所示，下列说法中正确的是()A交流电压的有效值为362 VB交流电压的最大值为362 V ，频率为 0.25 HzC 2 s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大D 1 s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快考点二交变

9、电流 “四值 ” 的比较与理解考点解读交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理量物理含义重要关系瞬时值交变电流某一时刻的e Emsint值i I msintmEnBS峰值最大的瞬时值I EmmRr EmE2UmU2跟交变电流的热效应有效值I等效的恒定电流的值mI 2适用于正 ( 余 ) 弦式电流交变电流图象中图线E Bl v平均值E n与时间轴所夹的面积t图 4适用情况及说明计算线圈某时刻的受力情况讨论电容器的击穿电压(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计算通过电路截面的电荷

10、量。4欢迎下载精品文档与时间的比值EI R r典例剖析例 3 一理想变压器原、副线圈匝数比n n 11 5，12原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u 如图 5 所示副线圈仅接入一个10 的电阻则 ()A流过电阻的电流是20 A图 5B与电阻并联的电压表的示数是1002 VC经过 1 分钟电阻发出的热量是6103 JD变压器的输入功率是1103 W例4 如图 6所示，线圈 abcd 的面积是 0.05 m 2，共100 匝，线圈电阻为1 ，外接电1阻 R 9 ，匀强磁场的磁感应强度B T ，当线圈以300 r/min 的转速匀速旋转时问：(1) 若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的

11、瞬时值表达式；1(2) 线圈转过 30 s 时电动势的瞬时值多大？(3) 电路中，电压表和电流表的示数各是多少？1(4) 从中性面开始计时，经s 通过电阻 R的电荷量是多少？30思维突破有效值是交流电中最重要的物理量，必须会求， 特别是正弦交流电的有效值，应记住公式求交变电流有效值的方法有：I m，UUmEm(1) 利用 I， E计算，只适用于正 ( 余 ) 弦式交流电222(2) 利用有效值的定义计算 ( 非正弦式交流电 ) 在计算有效值时 “ 相同时间 ” 至少取一个周期或周期的整数倍(3) 利用能量关系求解当有电能和其他形式的能转化时，可利用能量守恒定律来求有效值跟踪训练2一正弦交流电的

12、电压随时间变化的规律如图7 所示由图可知()图 7A该交流电的电压瞬时值的表达式为 100sin (25t) VuB该交流电的频率为 25 HzC该交流电的电压的有效值为1002 VD若将该交流电压加在阻值为 100 的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 WR。5欢迎下载精品文档14. 对交变电流图象的意义认识不清例 5 如图 8 甲所示， 一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中， 并绕过、cd中点的轴 以abOO角速度 逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角 45时 ( 如图乙 ) 为计时起点，并规定当电流自 a 流向 b 时，电流方向为正 则下列四幅图中正确的是()图 8误区警示不能将交变电流的产

13、生原理与图象正确结合，或判断初始时刻的电流方向错误而错选C.正确解析从乙图可看出初始时刻线圈平面与中性面的夹角为，又由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为从b 到 a( 与正方向相反 ) ，故瞬时电流的表达式为i=-imcos ( +t) ，图象 D 符合题意答案 D正本清源 对于交变电流的图象问题， 关键在于把线圈在匀强磁场中的具体位置与图象上的时刻对应好， 也就是把交变电流的变化规律与线圈在磁场中转动的具体情景对应好！跟踪训练 3 如图 9所示，在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置矩形线圈 abcd. 线圈 cd 边沿竖直方向且与磁场的右边界重合线圈平面2与磁场方向垂直从t 0 时刻起，线圈以

14、恒定角速度 T 绕 cd边沿图示方向转动，规定线圈中电流沿abcda 方向为正方向，则从 t 0图 9到 t T 时间内，线圈中的电流 i随时间 t 的变化关系图象为下图中的 ()。6欢迎下载精品文档15忽视交变电流“四值 ” 的区别，造成运用时的错误例 6一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图10 甲所示已知发电机线圈内阻为5.0，现外接一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，则()图 10A电压表的示数为 220 VB电路中的电流方向每秒钟改变50 次C灯泡实际消耗的功率为 484 WD发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J误区警示错解 1：不能正确区分电源电动势和

15、路端电压，易错选A.错解 2：认为在一个周期内电流的方向改变1 次，则会错选 B.正确解析电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由图象知电动势的最大值Em 220 2REV，有效值 E 220 V ，灯泡两端电压 U Rr 209 V ， A 错；由图象知T0.02 s ，一个周期内电流方向改变两次，可知1 s 内电流方向改变 100 次， B 错；灯泡消耗的实际功率U22092EP R 95.0 W 459.8 W， C 错；电流的有效值I R r 2.2 A ，发电机线圈内阻每秒钟22产生的焦耳热为QI rt 2.2 5.0 1 J 24.2 J ， D 对正本清源 在解答有关交变电流问题时，

16、 除要注意电路结构外， 还要区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值， 最大值是瞬时值中的最大量值，有效值是以电流的热效应来等效定义的， 与电磁感应问题一样，求解与电能、 电热相关问题时， 一定要使用有效值，而求解通过导体截面的电荷量时一定要用平均值.跟踪训练4某交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间的关系如图11 所示如果此线圈和一个R100 的电阻构成闭合电路，图 11不计电路的其他电阻，下列叙述正确的是()A交变电流的周期为0.02 sB交变电流的最大值为1 AC交变电流的有效值为1 AD电阻 R两端的最大电压为141 V。7欢迎下载精品文档A 组交变

17、电流的产生与图象1如图 12 所示，图线 a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b 所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()A在图中 t 0 时刻穿过线圈的磁通量均为零图 12B线圈先后两次转速之比为3 2C交流电a的瞬时值表达式为10sin 5 (V)utD交流电 b 的最大值为 5 V2如图 13 所示， 50 匝的矩形线圈，ab边长l1 20 cm，ad边Nabcd长l2 25 cm ，放在磁感应强度0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈B绕垂直于磁感线且通过线圈中线的轴以 3 000 r/min的转速匀OOn速转动，线

18、圈电阻r 1 ，外电路电阻9 ， 0 时，线圈平面Rt与磁感线平行， ab 边正转出纸外、cd 边转入纸里(1) 在图中标出 t 0 时感应电流的方向(2) 写出线圈感应电动势的瞬时值表达式图 13(3) 线圈转一圈外力做功多大？(4) 从图示位置转过 90的过程中流过电阻 R的电荷量是多大？B组交变电流的 “ 四值 ”3在如图 14 甲所示的电路中，电阻 R的阻值为50 ，在 ab 间加上图乙所示的正弦交流电，则下面说法中正确的是()图 14A交流电压的有效值为100 VB电流表示数为2 AC产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14 rad/sD在 1 分钟内电阻R上产生的热量为1.

19、2 104 J。8欢迎下载精品文档4如图 15 所示，交流发电机线圈的面积为0.05 m2，共 100 匝该线1圈在磁感应强度为 T的匀强磁场中，以10rad/s的角速度匀速转动，电阻1 和2 的阻值均为 50 ，线圈的内阻忽略不计，若RR从图示位置开始计时，则()图 15A线圈中的电动势为e50sin 10 VtB电流表的示数为2 AC电压表的示数为502 VD 1 上消耗的电功率为50 WR。9欢迎下载精品文档课时规范训练(限时： 45 分钟)一、选择题1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和电流值是交流的最大值B用交变电流表和交变电压表测定的读数值是交流的瞬时值

20、C给定的交流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值D对同一电阻且时间相同，则跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值2. 某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图1 所示，由图中信息可以判断()A在 A 和 C时刻线圈处于中性面位置B在 B 和 D时刻穿过线圈的磁通量为零图 1C从 A D线圈转过的角度为2D若从 O D历时 0.02 s ，则在 1 s 内交变电流的方向改变100 次3如图所示，面积均为 S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B 中以角速度 匀速转动， 能产生正弦交变电动势e BSsin t 的图是()4(2011 四川理综 20) 如图

21、 2 所示， 在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为 T，转轴 O1O2 垂直于磁场方向，线圈电阻为2 . 从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1A那么()A线圈消耗的电功率为4 W图 2B线圈中感应电流的有效值为2 A2C任意时刻线圈中的感应电动势为e 4cosT t。10欢迎下载精品文档D任意时刻穿过线圈的磁通量为T2 sinTt5如图 3 所示，矩形线圈 abcd 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴 P1 和 P2 以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时()A线圈绕 1转动时的电流等于绕2 转动时的电流PPB线圈绕 P1转动时的电动势小于绕

22、P2 转动时的电动势图 3C线圈绕 P1和 P2 转动时电流的方向相同，都是a b c dD线圈绕 P 转动时 dc 边受到的安培力大于绕P 转动时 dc 边受到的安培力126图 4 中甲、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()甲乙图 4A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u 311sin 100 t VD图甲所示电压经匝数比为10 1 的变压器变压后，频率变为原来的7小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，110产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图5 所示此线圈与一个 R10 的电阻构成闭

23、合电路，不计电路的其他电阻下列说法正确的是()图 5A交变电流的周期为0.125 sB交变电流的频率为8 HzC交变电流的有效值为2 AD交变电流的最大值为4 A8一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图6 甲所示，则下列说法中正确的是()。11欢迎下载精品文档图 6A t 0 时刻线圈平面与中性面垂直B t 0.01 s时刻， 的变化率最大C t 0.02 s时刻，感应电动势达到最大D该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示9如图 7 所示的正方形线框abcd 边长为 L，每边电阻均为r ，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕cd 轴以角速度 转动， c

24、、 d 两点与外电路相连，外电路电阻也为r ，则下列说法中正确的是()A S 断开时，电压表读数为2 2图 72B LB S 断开时，电压表读数为2BL28C S 闭合时，电流表读数为2 210r B LD S 闭合时，线框从图示位置转过2过程中流过电流表的电荷量为10如图 8 所示，矩形线圈面积为S，匝数为 N，线圈电阻为r ，磁感应强度为 B的匀强磁场中绕 OO 轴以角速度 匀速转动，外电路电阻为 R，当线圈由图示位置转过 60的过程中，BL27r在下列判断正确的是()NBSA电压表的读数为图 82NBSB通过电阻R的电荷量为 q 2( R r )N2B2S2RC电阻 R所产生的焦耳热为Q 4( R r ) 2D当线圈由图示位置转过60时的电流为NBS2( R r )二、非选择题11如图 9 所示，单匝矩形闭合导线框abcd 全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S