2011年高考物理 交流电的产生讲义 新人教版

1、2011年高考物理 交流电的产生讲义 新人教版温故自查1交变电流的产生：将线圈置于中，并绕垂直磁感线的轴，线圈中就会产生正(余)弦交变电流2中性面：(1)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(2)线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过一次，电流的方向就改变一次匀强磁场匀速转动最大零零中性面3变化规律：N匝面积为S的线圈以角速度转动，从某次经过中性面开始计时，则eNBSsint，用Em表示峰值，则EmNBS，电流i 考点精析1交变电流的产生当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，闭合线圈中就有交流电产生如图所示关于中性面：中性面在垂直于磁场位置线

2、圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大线圈平面通过中性面时感应电动势为零线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周内线圈中电流方向改变两次2交流电的变化规律设矩形线圈abcd以角速度绕OO轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆时针方向转动此时，线圈都不切割磁感线，线圈中感应电动势等于零经过时间t线圈转过t角，这时ab边的线速度v方向跟磁感线方向夹角等于t.设ab边的长度为l，bd边的长度为l，线圈中感应电动势为e2Bl sintBssint.当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，线圈转过时间，t ，ab边和cd边都垂直切割磁感线，sint1，线圈中感应

3、电动势最大，用Em来表示，EmBS，则eEmsint. 路端电压uiRImRsint，令UmImR，则uUmsint.如果线圈从对应图位置开始转动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化eEmcost，iImcost，uUmcost.3正弦交流电的图象电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，如图所示温故自查1瞬时值：反映交变电流的大小和方向2有效值：根据电流的来规定的，即在同一周期内，跟某一交流电使用同一电阻产生相等热量的直流电的数值正弦交流电的有效值与最大值之间的关系：不同时刻热效应3周期和频率：描述交变电流变化的物理量(1)周期：完成变化所需的时间(2)频率：在

4、1s内完成周期性变化的快慢一次周期性次数考点精析(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应由同时间、同电阻、同热量的直流电流来确定的；交变电流的平均值是根据法拉第电磁感应定律中的平均感应电动势计算的(2)在进行具体的计算，如求电路中的电功率、产生的热量或保险丝的熔断电流时，应该使用有效值；求通过某导体横截面的电荷量时应该用电流的平均值；在纯电阻电路中运用欧姆定律时，可使用有效值或瞬时值(3)交变电流的最大值Im当交变电流是正(余)弦规律时，有效值某段时间内交变电流的平均值不等于这段时间始、终时刻瞬时值的算术平均值，在时间内一个周期T内的平均电动势为零；对非正弦交流电的有效值，必须根据有效值的定义

5、进行计算(4)现实中有效值应用较多，如交流用电器铭牌上标明的额定电压或额定电流、交流电表测出来的电流或电压值都是有效值一般不加特殊说明，提到交流电的电流、电压、电动势时，都是指有效值.温故自查1电感对电流没有影响，对变化的电流有阻碍其的作用，对交变电流也有阻碍作用，电感对交变电流阻碍作用的大小，用来表示，感抗与线圈 和交变电流的都有关系，线圈自感系数越、交变电流的频率越高，感抗也越 电感的作用是“通、阻，通、阻”恒定变化感抗自感系数频率大大直流交流低频高频2电容接在交流电源上，由于电容器交替进行充电和放电，使电路中有了电流，表明交流能通过电容，电容虽能让交变电流通过，但对交变电流也有影响，其大

6、小用来表示容抗与电容的大小和交变电流的都有关系，电容越、交变电流的频率越高，容抗越电容的作用是“通、隔，通 、阻”容抗大频率小交流直流高频低频考点精析1电感对交变电流的阻碍作用交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就不断地发生；而自感电动势总是要阻碍电流变化的，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用，电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，产生的自感电动势就越大，对交变电流的阻碍作用越大，感抗就越大如右图所示，设线圈的电阻为r，自感系数为L，电路电压为U，则接直流电源时，接频率为f交流电源时，I2 显然I2I1.其中XL为感抗，XL2fL

7、.说明线圈的自感系数L越大，交变电流的频率越高，电感对交变电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大2电容器对交变电流的阻碍作用电容器接通电源时，电源使导线中自由电荷向某一方向做定向移动，电容器两极板在此过程中由于电荷积累而产生电势差，因而反抗电荷的继续运动，这就是电容对交变电流的阻碍作用电容对交流电的阻碍作用叫做容抗电容器的电容越大，交流电的频率越高，充、放电进行得越快，容抗就越小例如：设电容器的电容为C，则接直流电源时I10，接频率为f的交流电源时I2 注意：接交流电源时，电流能“通过”电容器，是电容器在充、放电过程中，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器容抗XC.说明电容器的电容C越大，

8、交流电的频率f越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，容抗也就越小因此有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”.温故自查在交变电流的电路中，首先要搞清电路结构，再者注意、平均值等概念的区分，最后将交流知识和知识结合起来，用已有的知识和方法处理部分问题最大值有效值恒定电流考点精析交流电的产生是交流电部分的基础，应准确理解，重点掌握中性面是交流电产生过程中的一个重要位置，应明确计时开始时线圈平面所在位置与中性面的关系交流电的瞬时值表达式eEmsint、uUmsint、iImsint均为t0时，线圈在中性面的位置条件下的表达式其中EmnBS，2f.在交流电路中，交流电表测的都是交流电的有效值，要搞清正(余)

9、弦交流电有效值与最大值的关系(E 另外对特殊交流电(如方波交流电)的有效值与最大值的关系能根据有效值的定义进行计算在交流电路中欧姆定律同样适用恒定电流的有关电功、电功率、电源效率、电源功率的有关计算方法在交变电流电路中仍然成立命题规律利用交变电流的产生和变化规律，确定瞬时电压、电流、最大值、有效值、平均值等考例1(2008宁夏)如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO以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()解析线圈平面从与磁场夹角45到转到垂直磁场过程中，穿过线圈向右

10、的磁通量增大，根据楞次定律可知这段时间(T/4)内电流是从b到a，再根据电流正方向的规定，知应在图像横轴下方；又因为在中性面时电流为零，且电流是按正弦规律变化，故D图正确答案D 总结评述本题以矩形线圈在匀强磁场中匀速转动立意命题，考查交流电的产生、规律、图像及楞次定律或右手定则本题难度属于中等求解本题，要注意线圈转到中性面时电流为零，交流电的电动势或电流与时间关系是按正弦规律变化如图所示，单匝线圈在匀强磁场中绕OO轴从图示位置开始匀速转动已知从图示位置转过 时，线圈中电动势大小为10V，求(1)交变电动势的峰值；(2)交变电动势的有效值；(3)设线圈电阻R1，角速度100rad/s，线圈由图示

11、位置转过 过程中通过导线截面的电荷量q.解析(1)图示位置为中性面，从此时开始计时，交变电动势的瞬时值为eEmsint(2)此电流为正弦交变电流，所以交变电动势的有效值答案(1)20V(2)10 (3)0.2C命题规律利用电流的热效应等效方法确定有效值考例2如图为一交流电的it图线，00.01s内图线为正弦函数，0.01s0.02s内也是正弦函数，以后依次重复求：(1)交变电流的最大值；(2)交变电流的有效值解析(1)交变电流的最大值Im15A (2)在每半个周期内，交流电为正弦交流电，则相应的有效值分别为答案(1)15A(2)总结评述有效值的求解应该紧紧抓住一个周期内的交变电流产生的热量和某

12、一个恒定电流在相同时间内产生的热量相同(2009福建)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，如图甲所示已知发电机线圈内阻为5.0，外接一只电阻为95.0的灯泡，如图乙所示，则()A电压表的示数为220VB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484WD发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J解析电压表测外电压，U 95V209V，故A项错；由图可知T2102s，电路中电流方向每秒改变100次，B项错；小灯泡消耗的功率为PI2R459.8W，故C项错；QrI2rt24.2J，D项正确答案D命题规律题目分两类，一类是给出图象，求解有关物理量，另一类是通过计算，将结

13、果用图象表示出来考例3如图所示，矩形闭合金属线圈abcd的边长分别为l1和l2，电阻为R，ab边是固定转动轴，它恰位于有界匀强磁场的边界处，磁感强度大小B.某时刻线圈位置如图，磁感线垂直线圈平面，方向向里，线圈绕固定转动轴匀速转动，角速度大小为，从图示位置开始计时，规定电流沿abcd方向流动为正方向求：(1)在直角坐标系上画出线圈内感应电流随时间变化的关系图象(画出两个周期)；(2)此感应电流的有效值解析如果在如图所示的右半部区域里有磁感强度为B的匀强磁场，则线圈绕ab轴匀速转动时，线圈中产生正弦交流电，而且是从中性面开始计时的，现在的情况恰好在半个周期内没有感应电流，因此根据正弦交流电的图象所画出如图所示的曲线答案(1)见解析图电阻R1、R2和交流电源按照图甲所示方