2019年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学案

1、第1讲交变电流的产生和描述微知识对点练重温教材夯实基础知识梳理微知识1交变电流、交变电流的图象1 .交变电流定义大小和方向随时间做周期性变化的电流。(2)图象如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流。2 .正弦交流电的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直磁场方向的轴匀速转动。(2)图象：如图甲、乙所示。甲 乙微知识2正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值1 .周期和频率(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)。公式:T=w(2)频率f :交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)。一一、一 1 .1(3)周期和频率的关系：T= 1或

2、f =2 .交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值,是时间的函数。(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值。(3)有效值如果它们在相同的时间内产生的热量相等,定义：让交流和直流通过相同阻值的电阻, 把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电有效值和峰值的关系:EnE= %(4)平均值：交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值。基础诊断思维辨析对点微练、思维辨析(判断正误，正确的画，错误的画“X”。)1 .交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化。(V)2 .线圈经过中性面位置时产生的感应电动势最大。(X)3 .我国使用的交流电周期是0

3、.02 s ,电流方向每秒钟改变 100次。(V)4 .任何交变电流的最大值Im与有效值I之间的关系是I m=/I。(X)5 .交流电压表及电流表的读数均为峰值。(X)二、对点微练1.(交变电流的产生)如图甲所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中A.乙图中0t1时间段对应甲图中至图的过程B.乙图中t3时刻对应甲图中的图C.若乙图中t4等于0.02 s，则1 s内电流的方向改变 50次D.若乙图中t2等于0.02 s ,则交流电的频率为50 Hz答案 A 2.（交变电流的瞬时值表达式）如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO与磁感线垂直。已知匀弓II磁场的磁

4、感应强度B= 1 T,线圈所围面积 S= 0.1 m2,转速12 r/min。若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为（）A. e=12Ttsin120 t(V)C. e=0.04 兀 sin0.4 兀 t(V)B. e = 24Tt sin120 兀 t (V)D. e = 0.4 兀 cos2 兀 t(V)271nEm= BSco = BS-60电路中的其他电阻不计。A.交变电流的周期为解析矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生感应电动势的最大值为2 71n 12,一一1X0.1 X0.4 兀(V) =0.04 兀(V),角速度 =-60-=2tt X 而 rad/s =0

5、.4 兀 rad/s ,从中性面开始，故其瞬时值表达式为e= 0.04兀sin0.4 Ttt(V) , C项正确。答案 C3.（交变电流的图象）小型交流发电机中， 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呈正弦函数关系，如图所示。此线圈与一个R= 10 Q的电阻构成闭合电路，B.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 A解析 由题图可直接获取的信息是：交变电流的周期是0.250 s , A项错；感应电动势的最大值为20 V,线圈中产生的交变电流为正弦式交变电流，从而可推出：交变电流的频率f11T= 0.250Hz =4 Hz,B项错；

6、交变电流的最大值Em 20I m= R= 10 A = 2 A , D项错；父变电流的有效值22A-2Ao所以正确选项为Co答案 C4.（交变电流的有效值）已知某电阻元件在正常工作时，通过它的电流按如图所示的规律变化。现与这个电阻元件串联一个多用电表（已调至交变电流挡），则多用电表的读数为（）B. 4 AD. 5 2 AA. 4 2 AC. 5 A解析多用电表的读数为有效值，由I2R户（2）苗+ （3山）2苗得I =5 A。答案 Co微考点悟方法O见学生用书P170微考点 1交变电流的产生及变化规律 核|心|微|讲1 .变化规律（线圈从中性面位置开始计时）2.两个特殊位置及其特点两个特殊位置特

7、点中性面线圈处于中性面时S_E中最大. :=0,?= 03=0,交变电流方向发 生改变与中性面垂 直的位置线圈平面与中性面垂直时. S&.（T）=0，；最大，e最大，E最大.交变也t流方向不改变典|例|微|探【例1】 在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示, 产生的交变电动势的图象如图乙所示，则（）甲乙A. t = 0.005 s时线框的磁通量变化率为零B. t=0.01 s时线框平面与中性面重合C.线框产生的交变电动势有效值为311 VD.线框产生的交变电动势频率为100 Hz【解题导思】(1)线框转动到中性面位置时，通过线框的磁通量最大，磁通量的变化率也最大，

8、对吗? 答：不对，线框转动到中性面位置时，通过线框的磁通量最大，磁通量的变化率为零。(2)正弦式交变电流的频率、周期、线框转动角速度之间的关系如何？-1答：f = T，T=解析 线框中感应电动势与磁通量的变化率成正比，而t =0.005 s时e最大，A项错误；t2= 0.01 s时e=0, B项正确；电动势有效值 E= 3115-犷220 V, C项错误；周期T= 0.02一1一s,频率f = T= 50 Hz, D项错误。答案 B技巧点拨解决交变电流的产生及变化规律的三点注意事项(1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内

9、的位置无关。(2)注意峰值公式 Em= nB&o中的S为有效面积。(3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来,再根据特殊位置求特征解。题|组|微|练1. 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化甲 乙A. 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，交流电动势达到最大D.该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示解析 由题图甲可知，t = 0时，通过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面位置。t = 0.01 s时刻，磁通量为零，但磁通量变化率最大，所以A项错误，B项正

10、确；t=0.02 s时，交流电动势应为0, C、D项均错误。答案 B2 .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3逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角0 =45。时，如图乙所示为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，则四幅图正确的是（）解析 从图甲可以看出线圈从垂直于中性面位置开始旋转，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向由b到a,故瞬时电流的表达式为 i = ImaQoscot ,若从题图乙所示位置开始计时，A ）右则i = I maQOs 7 + 3 t5选项D正确。答案 D微考点 2交变电流“四值”的理解和应用交变电流的“四值

11、”的比较核|心|微|讲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e = Enisint IR（1）产生的感应电 动势方向由右手定 则判断；（2）感应电动势大 小由法拉第电磁感 应定律计算；（3）注意感应电流 的最大值，瞬时值， 有效值和平均值的 计算；（4）能量转化中满 足能量守恒定律形象比喻左手抓着电动机右手抓着发电机 经典考题 图甲是一台小型发电机的构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势 随时间t变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈的内电阻不计，外接灯泡的电阻为 12 。则（）eA.在t =0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量为零B.电压表的示数为 6 2 VC

12、.灯泡消耗的电功率为3 WD.若其他条件不变，仅将线圈的转速提高一倍，则线圈电动势的表达式e=12q2sin100 7tt (V)套=6 乂选0.02 s ,则瞬时电解析 在t = 0.01 s时刻，电动势为 0,则线圈位于中性面，穿过线圈的磁通量最大，选项A错误；电动势的最大值为 Em= 6/2 V,电压表测量的为有效值，故示数为E 62项B错误；灯泡消耗的电功率P= r= W= 3 W,选项C正确；周期为动势的表达式为e=Esin j= 642sin100 % t(V);转速提高一倍后，最大值变成1272 V, 3 = 2兀小 故角速度变为原来的2倍，表达式应为e= 12/2sin200

13、% t(V),选项D错误。答案 C对法对题1 .如图所示为一台发电机的结构示意图，其中 N S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面成半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图示位置开始计时电动势为正值，则下列图中能正确反映线圈中感应电动势 e随时间t变化规律的是()A.B.C.D.解析 由磁场分布特点知：线圈在每一个位置的切割磁感线情况相同，故感应电动势大小是相同的，方向做周期性变化。答案 D2 .如图所示为电动机的简化模型，线圈abcd可绕轴OO自由转动。当线圈中通入如图所示的电流时，顺着OO的方

14、向看去，线圈将（）A.顺时针转动B.逆时针转动C.仍然保持静止ab边受到的安培力向上,cd边受到的安培D.既可能顺时针转动，也可能逆时针转动 解析 在题中图示位置，由左手定则可以判断, 力向下，则线圈顺时针转动，故 A项正确。答案 A专题选萃近移应用微考场提技能见学生用书P1721 .（多选）如图甲所示，一单匝圆形闭合导线框半径为r,线框电阻为R,连接一交流电流表（内阻不计）。线框内充满匀强磁场， 已知该磁场磁感应强度 B随时间按正弦规律变化， 如图乙所示（规定向下为B的正方向），则下列说法正确的是（）A. t= 0.005 s时线框中的感应电流最大B. t=0.01 s时线框中感应电流方向从

15、上往下看为顺时针方向C. t =0.015 s时电流表的示数为零4 4D. 00.02 s内闭合导线框上产生的热量为工!R一一、一， 、一一一，一A 一解析 t = 0.005 s时，磁感应强度最大，磁通量最大，而E=y=0, A项错误；t=0.01s时感应电流的方向与 0.0050.01 s内电流方向相同，由楞次定律可知，感应电流的方向沿顺时针方向，B项正确；t = 0.015 s时的瞬时电流为零，但电流表的示数为有效值，不等于零，C项错误；线框中产生的感应电动势的最大值日尸BSo=10Tt2r2,有效值E= -Em,一.2E2Jr4个周期内产生的热量 Q= Ex 0.02 = %, D项正

16、确。RR答案 BD1 s。电阻两端电压的有2 .通过一阻值 R= 100 Q的电阻的交变电流如图所示，其周期为效值为（）A. 12 VB. 4 10 VC. 15 VD. 8 5 V解析设电流的有效值为I,由有效值定义知I2RX 1 = 2(0.1 2XRX 0.4+0.2 2XRX 0.1),解得 1=0.04 诉 A,则 U= IR=410 V, B 项正确。答案 B 3.（多选）如图，M为半圆形导线框，圆心为 Q; N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为O;两导线框在同一竖直面（纸面）内；两圆弧半径相等；过直线 OON的水平面上方有一匀强 磁场，磁场方向垂直于纸面。 现使线框M N在t=0

17、时从图示位置开始， 分别绕垂直于纸面、 且过。和Q的轴，以相同的周期 T逆时针匀速转动，则（X X X X X X XX X X * X XA.两导线框中均会产生正弦交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在t=T时，两导线框中产生的感应电动势相等 8D.两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等解析 当导线框N完全进入磁场后，通过线框的磁通量将不变， 故无感应电流产生， 因此它不会产生正弦交流电， A项错误；导线框每转动一圈，产生的感应电流的变化为一个周期，B项正确；在t=T时，导线框转过角度为 45 ,切割磁感线的有效长度相同，均为绕圆心 81 一的转动切割形式，设圆弧半径为 R,则感应电动势均为 E= /BRco, C项正确；导线框N转动 的一个周期内，有半个周期无感应电流产生， 所以两导线框的感应电动势的有效值并不相同， 由闭合电路欧姆定律可知，两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值一定不相同，D项错误。答案 BCR, abB,若4.（多选）如图所示，边长为 L的正方形单匝线圈 abcd,电阻为r,外电路的电阻为 的中点和cd的中点的连线 OO恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为线圈从图示位置开始，以角速度3绕OO轴匀速转动，则以下判断正确的是 （A.B. 1C闭合电路中感应电动势的瞬时值表达