高考物理一轮复习 热学 基础课时3 热力学第一定律与能量守恒定律课件（选修3-3） (35)

1、高考导航考点内容考点内容要求要求说明说明高考命题实况高考命题实况命题热点命题热点2014江苏卷江苏卷 2015江苏卷江苏卷交变电流描述交变电流的物交变电流描述交变电流的物理量和图象理量和图象(1)交变电流的变化规交变电流的变化规律律,如交变电流瞬时值如交变电流瞬时值表达式、交变电流图表达式、交变电流图象的考查；象的考查；(2)交变电流瞬时值、交变电流瞬时值、峰值、有效值、平均峰值、有效值、平均值的理解和计算；值的理解和计算；(3)变压器的原理、远变压器的原理、远距离输电的考查；距离输电的考查；(4)含有变压器的动态含有变压器的动态分析问题的考查分析问题的考查正弦交变电流的函数表达式正弦交变电流

2、的函数表达式电感和电容对交变电流的影响电感和电容对交变电流的影响理想变压器理想变压器限于单个副线限于单个副线圈的理想变压圈的理想变压器器T33分分T13分分远距离输电远距离输电传感器的工作原理及其应用传感器的工作原理及其应用基础课时基础课时26交变电流的产生和描述交变电流的产生和描述知识梳理知识梳理知识点一、交变电流、交变电流的图象知识点一、交变电流、交变电流的图象1.交变电流交变电流(1)定义：定义：_和和_都随时间做周期性变化的电流。都随时间做周期性变化的电流。(2)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流。按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流。2.正弦交变电流的产生和图象正弦交变电流

3、的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里产生：在匀强磁场里,线圈绕线圈绕_方向的轴匀速转动。方向的轴匀速转动。(2)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律图象：用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性如果线圈从中性面位置开始计时面位置开始计时,其图象为正弦曲线。如图甲、乙、丙所示。其图象为正弦曲线。如图甲、乙、丙所示。大小大小方向方向垂直于磁场垂直于磁场一次周期性一次周期性次数次数2.正弦式交变电流的函数表达式正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势电动势e随时间变化的规律：随时间变化的规律：e_。(2)负载两端的电压负载两端的电压u随时间

4、变化的规律：随时间变化的规律：u_。EmsintUmsint(3)电流电流i随时间变化的规律：随时间变化的规律：i_。其中。其中等于线圈转等于线圈转动的动的_,Em_。3.交变电流的瞬时值、峰值、有效值交变电流的瞬时值、峰值、有效值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值瞬时值：交变电流某一时刻的值,是时间的函数。是时间的函数。(2)峰值：交变电流峰值：交变电流(电流、电压或电动势电流、电压或电动势)所能达到的最大的值所能达到的最大的值,也叫最大值。也叫最大值。Imsint角速度角速度nBS知识点三、电感和电容对交变电流的影响知识点三、电感和电容对交变电流的影响1.电感对交变电流的阻碍作用电感对交变

5、电流的阻碍作用电感对交变电流阻碍作用的大小用电感对交变电流阻碍作用的大小用_表示表示,线圈的自感线圈的自感系数越大系数越大,交变电流的频率越高交变电流的频率越高,产生的自感电动势就产生的自感电动势就_,对交变电流的阻碍作用对交变电流的阻碍作用_,感抗就感抗就_。所以。所以电感具有电感具有“通通_、阻、阻_,通通_、阻、阻_”的作的作用。用。2.电容器对交变电流的阻碍作用电容器对交变电流的阻碍作用电容对交流电的阻碍作用叫做电容对交流电的阻碍作用叫做_。电容器的电容越大。电容器的电容越大,交流电的频率越高交流电的频率越高,充、放电进行得越快充、放电进行得越快,容抗就容抗就_。可见可见,电容器具有电

6、容器具有“隔隔_、通、通_,阻阻_、通、通_”的作用。的作用。感抗感抗越大越大越大越大越大越大直流直流交流交流低频低频高频高频容抗容抗越小越小直流直流交流交流低频低频高频高频思考思考(1)线圈平面与中性面重合时线圈平面与中性面重合时,有何特点？线圈平面与中性面有何特点？线圈平面与中性面垂直时垂直时,有何特点？有何特点？(2)我国使用的交变电流周期是我国使用的交变电流周期是0.02s,电流方向每秒改变多少电流方向每秒改变多少次？次？诊断自测诊断自测1.如图所示如图所示,面积均为面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度中以角速度匀速转动匀速

7、转动,能产生正弦交变电动势能产生正弦交变电动势eBSsint的的图是图是()解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所轴在线圈所在平面内在平面内)匀速转动匀速转动,产生的正弦交变电动势为产生的正弦交变电动势为eBSsint,由由这一原理可判断这一原理可判断,A图正确。图正确。参考答案参考答案A2.(多选多选)(2016广东中山六校联考广东中山六校联考)某正弦式交变电流的某正弦式交变电流的it图象如图象如图图1所示所示,则该电流的则该电流的()图图1参考答案参考答案BD3.一边长为一边长为L的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动的正方形单匝

8、线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动,线线框中产生的感应电动势框中产生的感应电动势e随时间随时间t的变化情况如图的变化情况如图2所示。已知匀所示。已知匀强磁场的磁感应强度为强磁场的磁感应强度为B,则结合图中所给信息可判定则结合图中所给信息可判定()图图2参考答案参考答案D4.通过一阻值通过一阻值R100的电阻的交变电流如的电阻的交变电流如图图3所示所示,其周期为其周期为1s。电阻两端电压的。电阻两端电压的有效值为有效值为()图图3参考答案参考答案B5.(多选多选)如图如图4所示所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T,转轴转轴O1O2垂直于磁场方向垂直于

9、磁场方向,线圈电阻为线圈电阻为2。从线圈平面与磁场。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时方向平行时开始计时,线圈转过线圈转过60角时的感应电流为角时的感应电流为1A。那么。那么()图图4参考答案参考答案AC考点一正弦交变电流的产生及变化规律考点一正弦交变电流的产生及变化规律1.交流电产生过程中的两个特殊位置交流电产生过程中的两个特殊位置2.正弦式交变电流的变化规律正弦式交变电流的变化规律磁通量：磁通量：mcost；电动势：；电动势：eEmsint；电流：；电流：iImsint。【例【例1】(多选多选)如图如图5甲是小型交流发电机的示意图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极两磁极N、S间的磁场可视为

10、水平方向的匀强磁场间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表。线圈绕为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开从图示位置开始计时始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。以下判产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是断正确的是()图图5A.电流表的示数为电流表的示数为10AB.线圈转动的角速度为线圈转动的角速度为50rad/sC.0.01s时线圈平面与磁场方向平行时线圈平面与磁场方向平行D.0.02s时电阻时电阻R中电流的方向自右向左中电流的方向自右向左参考答案参考答案AC反思总结反思总结(1

11、)解决此类问题的关键在于把线圈在匀强磁场中的具体位置与图解决此类问题的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象上的时刻对应好,也就是电流的变化规律与线圈在磁场中转动的也就是电流的变化规律与线圈在磁场中转动的具体情境对应好。具体情境对应好。(2)由正弦式交变电流图象可直接、间接得到的信息由正弦式交变电流图象可直接、间接得到的信息由图象可读出交变电流的电压或电流的最大值由图象可读出交变电流的电压或电流的最大值,进而利用正弦式进而利用正弦式交变电流最大值与有效值的关系得到有效值。交变电流最大值与有效值的关系得到有效值。根据最大值、角速度等信息可以写出交变电流的瞬时值表达式。根据最大

12、值、角速度等信息可以写出交变电流的瞬时值表达式。(3)交变电动势的最大值交变电动势的最大值EmnBS,与转轴位置无关与转轴位置无关,与线圈形状无与线圈形状无关。关。【变式训练】【变式训练】1.交变电流的产生过程交变电流的产生过程(2016四川成都新津中学考试四川成都新津中学考试)一闭合矩形一闭合矩形线圈线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴绕垂直于磁感线的固定轴OO匀速转动匀速转动,线圈平面位于线圈平面位于如图如图6甲所示的匀强磁场中。通过线圈内的磁通量甲所示的匀强磁场中。通过线圈内的磁通量随时间的变随时间的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是化规律如图乙所示。下列说法正确的是()图图6A.t1、

13、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大时刻通过线圈的磁通量变化率最大B.t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变时刻线圈中感应电流方向改变C.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变时刻线圈中感应电流方向改变D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小时刻线圈中感应电动势最小解析解析t1、t3时刻磁通量最大时刻磁通量最大,磁通量的变化率为零磁通量的变化率为零,这两个时刻这两个时刻感应电流方向改变感应电流方向改变,t2、t4时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大,选项选项A、B、D错错误误,C正确。正确。参考答案参考答案C2.图象信息的应用图象信息的应用(2016陕西宝鸡质检陕西宝鸡质检)如图如图7所示所示,图线图

14、线a是线圈是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦式交变电流的图象在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦式交变电流的图象,当调整当调整线圈转速后线圈转速后,所产生的正弦式交变电流的图象如图线所产生的正弦式交变电流的图象如图线b所示。以下所示。以下关于这两个正弦式交变电流的说法中正确的是关于这两个正弦式交变电流的说法中正确的是()图图7参考答案参考答案C考点二描述交变电流的物理量考点二描述交变电流的物理量1.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较图图8参考答案参考答案B【变式训练】【变式训练】3.(多选多选)(2016河南郑州一模河南郑州一模)边长为边长

15、为L的正方形线框在匀强磁场的正方形线框在匀强磁场B中中以角速度以角速度匀速转动匀速转动,产生的感应电流的最大值为产生的感应电流的最大值为Im,设灯泡的电阻为设灯泡的电阻为R,其他电阻不计。从如图其他电阻不计。从如图9所示位置开始计时所示位置开始计时,则则()图图9参考答案参考答案AD考点三电感和电容对交变电流的影响考点三电感和电容对交变电流的影响电阻、感抗、容抗的比较电阻、感抗、容抗的比较电阻电阻感抗感抗容抗容抗产生的原因产生的原因定向移动的自由电荷与定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞不动的离子间的碰撞电感线圈的自感现象阻碍电感线圈的自感现象阻碍电流的变化电流的变化电容器两极板上积累的电荷

16、电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用荷的反抗作用在电路中的特在电路中的特点点对直流、交流均有阻碍对直流、交流均有阻碍作用作用只对变化的电流只对变化的电流,如对交如对交流有阻碍作用流有阻碍作用不能通直流不能通直流,只能通变化的电只能通变化的电流。对直流的阻碍作用无限流。对直流的阻碍作用无限大大,对交流的阻碍作用随频率对交流的阻碍作用随频率的降低而增大的降低而增大决定因素决定因素由导体本身由导体本身(长短、粗长短、粗细、材料细、材料)决定决定,与温度与温度有关有关由线圈本身的自感系数和由线圈本身的自感系数和交流的频率决定交流的频率决定由电容的大小和交

17、流的频率由电容的大小和交流的频率决定决定电能的转化与电能的转化与做功做功电流通过电阻做功电流通过电阻做功,电电能转化为内能能转化为内能电能和磁场能往复转化电能和磁场能往复转化电能与电场能往复转化电能与电场能往复转化特别提醒特别提醒电感、电容接到交流电源上时电感、电容接到交流电源上时,电能与磁场能或电场能电能与磁场能或电场能往复转化往复转化,所以不会消耗电能。而电流通过电阻时所以不会消耗电能。而电流通过电阻时,一定会产生焦一定会产生焦耳热耳热,从而造成电能的损耗。从而造成电能的损耗。【例【例3】(2015江苏无锡一模江苏无锡一模)某电源输出的电流既有交流成分某电源输出的电流既有交流成分又有直流成

18、分又有直流成分,而我们只需要稳定的直流而我们只需要稳定的直流,下列设计的电路图中下列设计的电路图中,能最大限度使电阻能最大限度使电阻R2获得稳定直流的是获得稳定直流的是()解析由解析由A图电路图可知图电路图可知,电感线圈阻挡住低频交流电电感线圈阻挡住低频交流电,使低频交流使低频交流电通过电阻电通过电阻R1,电容器与电阻电容器与电阻R2并联并联,高频交流电通过电容器高频交流电通过电容器,直流直流通过通过R2,符合要求符合要求,故故A正确；由正确；由B电路图可知电路图可知,该电路不能有效过滤该电路不能有效过滤高频交流电高频交流电,故故B错误；由错误；由C电路图可知电路图可知,该电路不能过滤通过该电

19、路不能过滤通过R2的的低频交流电低频交流电,故故C错误；由错误；由D电路图可知电路图可知,该电路不能有效过滤通过该电路不能有效过滤通过R2的低频成分的低频成分,故故D错误。错误。参考答案参考答案A【变式训练】【变式训练】4.(2015江苏盐城二模江苏盐城二模)某电源输出的电流中既有交流成分又有直某电源输出的电流中既有交流成分又有直流成分流成分,如果需要在如果需要在R上得到直流成分上得到直流成分,应在如图应在如图10所示电路中的所示电路中的A、B两处连接合适的元件。合理的连接方式是两处连接合适的元件。合理的连接方式是()图图10A.A、B处均接电感处均接电感B.A、B处均接电容处均接电容C.A处

20、接电感处接电感,B处接电容处接电容D.A处接电容处接电容,B处接电感处接电感解析由电感线圈通直流、阻交流解析由电感线圈通直流、阻交流,电容器隔直流、通交流的特点电容器隔直流、通交流的特点可知可知,A应接电感应接电感,B处应接电容器处应接电容器,故故C正确。正确。参考答案参考答案C1.(2016北京朝阳区一模北京朝阳区一模)一正弦式交变电流的电压随时间变化的一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图规律如图11所示。由图可知该交变电流所示。由图可知该交变电流()图图11参考答案参考答案B2.(2015四川理综四川理综,4)小型手摇发电机线圈共小型手摇发电机线圈共N匝匝,每匝可简化为矩每匝可简化为

21、矩形线圈形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴方向垂直于线圈中心轴OO,线圈绕线圈绕OO匀速转动匀速转动,如图如图12所示。矩形线圈所示。矩形线圈ab边和边和cd边产边产生的感应电动势的最大值都为生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻不计线圈电阻,则发电机输出电则发电机输出电压压()图图12参考答案参考答案D3.(多选多选)一正弦交流电源的一正弦交流电源的ut图象如图图象如图13甲所示甲所示,将它接在图乙将它接在图乙所示电路的所示电路的ef两端两端,若电阻的阻值为若电阻的阻值为110,电源的内阻不计电源的内阻不计,交交流电压表是量程为流电压

22、表是量程为250V的理想电表的理想电表,则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是()图图13A.通过电阻的电流方向通过电阻的电流方向1秒钟改变秒钟改变50次次B.交流电压表示数为交流电压表示数为220VC.产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为100rad/sD.在在1分钟内电阻分钟内电阻R上产生的热量为上产生的热量为5.28104J参考答案参考答案BC4.(多选多选)(2015四川南充期末四川南充期末)如图如图14所示所示,闭合的矩形导体线圈闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动。沿匀速转动。沿着着OO方向观察方向观察,线圈沿顺时针方向转动。已知匀强磁场的磁感线圈沿顺时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为应强度为B,线圈匝数为线圈匝数为n,ab边的边长为边的边长为L1,ad边的边长为边的边长为L2,线圈线圈电阻为电阻为R,转动的角速度为转动的角速度为,则当线圈转至图示位置时则当线圈转至图示位置时()图图14A.线圈中感应电流的方向为线圈中感应电流的方向为abcdaB.线圈中的感应电动势为线圈中的感应电动势为2