交变电流的产生和描述

交变电流的产生和描述第一页，共三十九页，编辑于2023年，星期六2011高考导航考纲展示1.交变电流、交变电流的图象Ⅰ2．正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ3．理想变压器Ⅰ4．远距离输电Ⅰ实验十一：传感器的简单使用第二页，共三十九页，编辑于2023年，星期六2011高考导航命题热点1.交变电流的产生及描述，特别是有效值的计算．2．变压器的原理，电压比、电流比及功率关系是考查重点．3．将变压器与电磁感应等综合考查．4．常见传感器与实际问题及与其他知识的综合．第三页，共三十九页，编辑于2023年，星期六第一节交变电流的产生和描述第四页，共三十九页，编辑于2023年，星期六基础知识梳理一、交变电流的产生和变化规律图10－1－11．交变电流：

和

都随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流(AC)．方向变化为其主要特征．大小方向第五页，共三十九页，编辑于2023年，星期六基础知识梳理2．正弦交变电流(1)特点：随时间按正(余)弦规律变化的交变电流．(2)产生：如图10－1－1所示，将线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁感线的轴做匀速转动，线圈中就会产生正(余)弦交变电流．第六页，共三十九页，编辑于2023年，星期六基础知识梳理(3)中性面①定义：与磁场方向

的平面．②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，

次经过中性面，线圈每经过

一次，电流的方向就改变一次．垂直最大零中性面零两第七页，共三十九页，编辑于2023年，星期六基础知识梳理3．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势(e)：e＝

.(2)电压(u)：u＝

.(3)电流(i)：i＝

.EmsinωtUmsinωtImsinωt第八页，共三十九页，编辑于2023年，星期六基础知识梳理特别提示：(1)电流大小变化但是方向不变的仍然是直流电；(2)函数表达式e＝Emsinωt，只有从中性面开始计时才能成立，如果开始位置和中性面的夹角为θ，则瞬时值表达式为e＝Emsin(ωt＋θ)．第九页，共三十九页，编辑于2023年，星期六基础知识梳理二、描述交变电流的物理量1．交变电流的周期和频率的关系：T＝.2．峰值和有效值(1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的

．(2)有效值：让交流与恒定电流通过

的电阻，它们在相同时间内产生的

相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值．最大值相同热量第十页，共三十九页，编辑于2023年，星期六基础知识梳理(3)正弦交变电流的有效值与峰值之间的关系：第十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期六基础知识梳理特别提示：(1)只有正弦交变电流的最大值和有效值满足倍关系，其他交变电流无这种关系，且用电器铭牌上标出的值均为有效值(电容器除外)．(2)通常所说交变电流、电压的数值，各种交流电器设备所标的额定电压和额定电流的数值，一般交流电表测量的数值，都是指有效值(除非有特殊说明)．第十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练一、正弦式电流的变化规律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磁通量Φ＝Φmcosωt

＝BScosωt电动势e＝Em·sinωt

＝nBSω·sinωt第十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练第十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练2.交变电流瞬时值表达式的书写基本思路(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝nBSω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．第十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练如：①线圈从中性面开始转动，则i­t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsinωt.②线圈从垂直中性面开始转动，则i­t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcosωt.第十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练在交变电流的产生过程中，要特别注意两个特殊位置的不同特点．1．线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦ/Δt＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．2．线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΦ/Δt最大，e最大，i最大，电流方向不改变．特别提醒第十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练1．如图10－1－2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．已知匀强磁场的磁感应强度B＝1T，线圈所围面积S＝0.1m2，转速12r/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()即时应用图10－1－2第十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练A．e＝12πsin120t(V)B．e＝24πsin120πt(V)C．e＝0.04πsin0.4πt(V)D．e＝0.4πcos2πt(V)解析：选C.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Em＝BSω＝BS·2πn＝1×0.1×0.4π(V)＝0.04π(V)第十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练初相：Φ0＝0则感应电动势瞬时值表达式为e＝Emsin(ωt＋Φ0)＝0.04πsin0.4πt(V)由此可知选项C是正确的．第二十页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练二、对交变电流“四值”的比较和理解1．交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较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＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em＝nBSωIm＝Em/(R＋r)讨论电容器的击穿电压第二十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练第二十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练2.对交变电流有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算．注意“三同”：即“相同电阻”，“相同时间”内产生“相同热量”．计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期．第二十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练注意：在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值．在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的是有效值．第二十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练1．由感应电动势的最大值公式Em＝nBSω得，Em仅由n、B、S、ω四个物理量所决定，与轴的具体位置和线圈的形状都无关．特别提醒第二十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练2.某交变电压为u＝6sin(314t)V，则()①用此交变电流作打点计时器的电源时，打点周期为0.02s②把额定电压为6V的小灯泡接在此电源上，小灯泡正常发光即时应用第二十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练③把额定电压为6V的小灯泡接在此电源上，小灯泡将被烧毁④耐压6V的电容器不能直接接在此电源上A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④第二十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期六课堂互动讲练第二十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期六高频考点例析一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共n匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图10－1－3所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.题型一正确应用交变电流的“四值”例1图10－1－3第二十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期六高频考点例析(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向；(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势多大？(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的电荷量是多少？第三十页，共三十九页，编辑于2023年，星期六高频考点例析【解析】(1)电流方向dcba(图略)．(2)根据E＝Blv得Em＝nBSω＝nBωL2.(3)线圈平面与B成60°时的瞬时感应电动势第三十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期六高频考点例析第三十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期六高频考点例析第三十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期六高频考点例析【规律总结】(1)求线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦交流电的电动势的最大值Em时，可用公式Em＝nBSω求解，此时要注意别忘记线圈的匝数n.第三十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期六高频考点例析如图10－1－4为一交变电流的i­t图象，该交变电流的有效值为多少？题型二交变电流有效值的计算例2图10－1－4第三十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期六高频考点例析【思路点拨】根据有效值的定义即可求出交变电流的有效值．【解析】从题图看出交变电流周期T＝0.4s，t1＝0.1s，t2＝0.1s，t3＝0.15s，设有效值为I，则：I