(新课标版)高考物理一轮复习基础课件27交变电流的产生与描述 (含解析)

基础课27

交变电流的产生与描述-2-知识点一知识点二知识点三交变电流1.定义大小和方向都随时间做

的电流叫交变电流,简称“交流”。

2.图像如图所示。图

所示电流都属于交变电流,图

所示电流属于恒定电流。

周期性变化

甲、乙、丙、丁

戊

-3-知识点一知识点二知识点三正弦式交变电流的产生及描述1.产生如图所示,在匀强磁场里,线圈绕

方向的轴匀速转动时,可产生正弦式交变电流,简称“正弦式电流”。

2.中性面及其特点(1)定义:与磁场方向

的平面。

(2)特点: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,

经过中性面,线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次。

垂直磁场

垂直

最大

零

零

两次

-4-知识点一知识点二知识点三3.图像用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图像为

曲线,如图所示。

4.变化规律(线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律:e=

。

(2)电压u随时间变化的规律:u=

。

(3)电流i随时间变化的规律:i=

。

其中ω等于线圈转动的

,Em=

=

。正弦

Emsin

ωt

Umsin

ωt

Imsin

ωt

角速度

nBl1l2ωnBSω

-5-知识点一知识点二知识点三描述交变电流的物理量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(s),公式

。

(2)频率(f):交变电流在单位时间内完成周期性变化的

。单位是赫兹(Hz)。

(3)周期和频率的关系:T=

或f=

。

一次周期性

次数

-6-知识点一知识点二知识点三2.交变电流的“四值”提醒交流电动势的最大值Em=nBSω,与转轴位置无关,与线圈形状无关。时刻

最大值

热量

-7-考点一考点二考点三交变电流的产生及变化规律(师生共研)1.交变电流产生过程中的两个特殊位置-8-考点一考点二考点三2.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。3.记忆感应电动势表达式的“小技巧”根据特殊值及函数的增减性可帮助记忆:中性面处感应电动势为零。与B平行时,电动势最大。从中性面转到与中性面垂直的位置的过程中,感应电动势增大,故函数为增函数,表达式为e=emsin

ωt,同理,从与B平行的位置开始转动时,函数为减函数,e=emcos

ωt。-9-考点一考点二考点三例1(多选)(2018·河北沧州五校联考)如图所示,一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'匀速转动,转动周期为T0。线圈产生的电动势的最大值为Em,则(

)思维点拨

(1)用最大值与有效值的关系确定电动势的有效值;(2)据最大值的表达式求磁通量及变化率;(3)电流方向一个周期内改变2次。答案解析解析关闭答案解析关闭-10-考点一考点二考点三例2如图所示,在水平向右的匀强磁场中,一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置,下列说法正确的是(

)

A.t1时刻,穿过线框的磁通量最大B.t1时刻,电阻中的电流最大,方向从右向左C.t2时刻,穿过线框的磁通量变化最快D.t2时刻,电阻中的电流最大,方向从右向左答案解析解析关闭t1时刻,穿过线框的磁通量为零,线框产生的感应电动势最大,电阻中的电流最大,根据楞次定律,通过电阻的电流方向从右向左,A错误,B正确;t2时刻,穿过线框的磁通量最大,线框产生的感应电动势为零,电阻中的电流为零,C、D错误。答案解析关闭B-11-考点一考点二考点三方法归纳求解正弦式交变电流的三点注意(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。(2)注意峰值公式Em=nBSω中的S为有效面积。(3)转轴相对线圈的位置改变,或线圈的形状改变时,电动势仍可由Em=nBSω计算。-12-考点一考点二考点三思维训练风速仪的简易装置如图甲所示。在风力作用下,风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动,线圈中的感应电流随风速的变化而变化。风速为v1时,测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示;若风速变为v2,且v2>v1,则感应电流的峰值Im、周期T和电动势E的变化情况是

(

)

A.Im变大,T变小

B.Im变大,T不变C.Im变小,E变小

D.Im不变,E变大答案解析解析关闭根据Em=NBSω,可知当转速变大时,则最大感应电动势也变大,所以感应电流也变大;根据转速与周期成反比可知,当转速变大时,则周期变小,A正确,B、C、D错误。答案解析关闭A-13-考点一考点二考点三交变电流有效值的求解方法(师生共研)1.公式法2.有效值的定义计算法(非正弦式电流)计算时要抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”,列式求解,注意时间至少取一个周期或为周期的整数倍。3.能量关系法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。-14-考点一考点二考点三4.几种典型的交变电流及其有效值

-15-考点一考点二考点三-16-考点一考点二考点三例1图甲所示电压按正弦规律变化,图乙所示电压是正弦式交变电压的一部分,则下列说法正确的是(

)A.图乙所示的电压也是正弦式交变电压B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=10sin50πt(V)C.图乙所示电压的周期与图甲所示电压周期相同D.图甲所示电压的有效值比图乙所示电压的有效值小答案解析解析关闭答案解析关闭-17-考点一考点二考点三例2某研究小组成员设计了一个如图所示的电路,已知纯电阻R的阻值不随温度变化。与R并联的是一个理想的交流电压表,D是理想二极管(它的导电特点是正向电阻为零,反向电阻为无穷大)。在A、B间加一交流电压,瞬时值的表达式为u=sin100πt(V),则交流电压表示数为(

)

A.10V

B.20V

C.15V

D.14.1V思维点拨

二极管的单向导电性,利用一个周期内有半个周期发热进行计算。答案解析解析关闭答案解析关闭-18-考点一考点二考点三-19-考点一考点二考点三思维训练(2018·全国Ⅲ卷)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦式交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。则Q方∶Q正等于

(

)答案解析解析关闭答案解析关闭-20-考点一考点二考点三交变电流“四值”的理解与应用(师生共研)交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较-21-考点一考点二考点三-22-考点一考点二考点三例1(多选)如图所示,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON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时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则(

)A.两导线框中均会产生正弦式交变电流B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在

时,两导线框中产生的感应电动势相等D.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答案解析解析关闭答案解析关闭-23-考点一考点二考点三例2如图所示,在匀强磁场中有一个内阻r=3Ω、面积S=0.02m2的半圆形导线框可绕OO'轴旋转。已知匀强磁场的磁感应强度B=。若线框以ω=100π

rad/s的角速度匀速转动,且通过电刷给“6V

12W”的小灯泡供电,则:(1)若从图示位置开始计时,求线框中感应电动势的瞬时值表达式;(2)从图示位置开始,线框转过90°的过程中,通过导线横截面的电荷量是多少?该电荷量与线框转动的快慢是否有关?(3)由题目所给已知条件,外电路所接小灯泡能否正常发光?若不能,则小灯泡的实际功率为多大?-24-考点一考点二考点三思维点拨

(1)求瞬时电动势的表达式需要知道哪些量?(2)求通过导线横截面的电荷量需要用哪个物理量?(3)求小灯泡功率需要用哪个物理量?提示

(1)电动势的最大值和线框转动的角速度。(2)用平均电动势和平均电流。(3)用电动势的有效值。-25-考点一考点二考点三-26-考点一考点二考点三-27-考点一考点二考点三方法归纳最大值、有效值、瞬时值、平均值在不同情况下的使用:(1)在研究电容器的耐压值时,只能用最大值。(2)在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时,只能用有