河南省高考物理总复习 第10章 第1讲 交变电流的产生和

第

十

章

交

变

电

流

传

感

器抓

住2

个

基

础

知

识

点

掌

握3

个

核

心

考

点构建物理模型十五高效训练5个题课时限时检测考

纲

点

击备

考

指

南1

.

交

变

电

流

、

交

变

电

流

的

图

象

I1

.

交

变

电

流

的

产

生

及

描

述

(

e

、u

、

i

的

瞬

时

值

表

达

式

、

峰

值

、有

效

值

、

周

期

、

频

率

)

,

特

别是

交

流

电

的

图

象

和

有

效

值

的

计

算

是

考

查

的

热

点

.2

.

变

压

器

的

原

理

，

电

压

比

、

电

流

比

及

功

率

关

系

，

远

距

离

输

电

问

题

等

是

考

查

的

重

点

.3

.

掌

握

传

感

器

的

一

些

简

单

使

用

和

一

些

敏

感

元

件

的

基

本

原

理

.2

.

正

弦

交

变

电

流

的

函

数

表

达

式

、

峰

值

和

有

效

值

I3

.

理

想

变

压

器

远

距

离

输

电

I4

.

远

距

离

输

电

I实

验

十

一

：

传

感

器

的

简

单

使

用第

1

讲

交

变

电

流

的

产

生

和

描

述1.

产

生如图10—1一1所示，将闭合线圈置于

匀

强垂直于磁感线方向的轴做匀速转动.固

本

抓

住

2

个

基

础

知

识

点

抓基础

固根本保基础分知识一

正弦式交变电流的产生和变化规律_磁场中，并绕图10—1—12.

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=

Emsin

ot

.(2)电压u

随时间变化的规律：

u=

Umsin

ot

.(3)

电

流i

随

时

间

变

化

的

规

律

：i=

Insin

ot

.其中w

等于线圈转动的角速度，Em=nBl₁l₂o=

nBSo.

.图

1

0

—

1

—

2判

断

正

误

|(1)闭合线圈在磁场中转动，当线圈中磁通量最大时，线圈中产生的电流最大.(×)(

2

)

只

有

在

中

性

面

开

始

计

时

时

，

电

动

势

表

达

式

才

可

书

写

为

e=Emsin

ot.(√)3.

正弦式交变电流的图象(如图10—1—2所示)知识二

描述交变电流的物理量1.

周期和频率(1)周期T:

交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一周)所需的

时间，单位是秒(s).

公式表达式为

●(2)频率f:

交变电流在1s

内完成

周期性变化

的次数，单位是

赫兹(Hz)

.(3)周期和频率的关系：

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：让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内

产生的热量_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

.(

4

)

正

弦

式

交

变

电

流

的

有

效

值

与

峰

值

之

间

的

关

系=入,

,(5)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，其数值可以用

算

.只有正弦交变电流有效值与峰值之间存在确定的关系，其他交变电流的有效值要根据焦耳定律进行确定.特

别

提

醒K基

础

自

测】1.

图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是(

)【

解

析

】

A

、B

选项中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场且

过

线

圈

平

面

的

转

轴

匀

速

转

动

，

满

足

产

生

正

弦

式

交

变

电

流

的

条

件

，

能产生正弦式交变电流；

C

选项中转轴平行于磁场，转动过程中，

穿过线圈的磁通量始终为零，

故

C中不产生正弦式交变电流；D

选项中虽然只有一半线圈在磁场中，但是始终有一边切割磁感线按照正弦规律产生感应电动势，且一边出时，另一边恰好入，保证

转

动

过

程

中

感

应

电

动

势

连

续

按

照

正

弦

规

律

变

化

.

故

应

选

C.【

答

案

】

C2.

已知某电阻元件在正常工作时，通过它的电流按如图10—

1—3所示的规律变化.现与这个电阻元件串联一个多用电表(已

调至交流电流挡),则多用电表的读数为(

)图10—1—3A.

4

2

A

B.

4

A

C.

5A

D.5√2

A【

解

析

】

多用电表的读数为有效值，

由

得

I=5A,C

项

正

确

.【

答

案

】

C感悟高考3.(2013-海南高考)通过一阻值R=1002

的电阻的交变电流如

图10—1—4所示，其周期为1s.电阻两端电压的有效值为(

)

B.4V10

V图

1

0

—

1

-

4A.

12

VC.

15

VOT●)【

解

析

】

由

有

效

值

定

义

可

得F×1s=(0.1A)²×R×0.4s×2+(0.2A)²×R×0.1s×2,

其中R=100Ω,

可得U=4√

10V,B正确.【

答案

】

B4.(多选)(2012-广东高考)某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin100πt(V).

对此电动势，下列表述正确的有(

)A.

最

大

值

是

5

0

√2

VB.频

率

是

1

0

0

HzC.

有

效

值

是

2

5

√

2

V

D.

周

期

是

0

.

0

2

s【

解

析】

交变

电动势

e=Emsin为电动势的

最

大

值，o为角速度，知

，Em=50V, Hz=50ot

或

e=Emcos有

效

值,频

率

由

e=50sin100πt正

确

.【

答案】

CDH,所以选项

C

、Dot,

其

中Em周

期规律物理量函数图象磁通量φ=Pm*cos

ot=BScos

oDPmO一φmT

t突

破

掌

握

3

个

核

心

考

点

攻考点破难点拿能力分考点一[82]

正弦式交变电流的变化规律一、正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)电动势e=Em*sinnBSosinot=oteEmO-EmT

t电压u=Um

·

sin

ot=uUmO-UmT

t电流i=Im*sin

ot=i

ImOT

tT二、

两个特殊位置的特点1.线圈平面与中性面重合时，S⊥B,φ最大，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,P=0,大

，

i

最

大

，

电

流

方

向

不

改

变

.,e=0,大

，e

最三、

交变电流瞬时值表达式书写的基本思路1.

确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或公式

Em=nBSo

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.(1)线圈从中性面位置开始转动，则i-t

图象为正弦函数图象，函

数

式

为

i=Imsin

ot.(2)线圈从垂直中性面位置开始转动，则i—t

图象为余弦函数图象，函数式为i=Imcos

ot.[

1

个

示

范

例

]

一

(

2

0

1

2

-

安

徽

高

考

)

图

1

0

—

1

一

5

甲是交流发电

机

模

型示意图.在磁感应强度为

B

的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd

可

绕

线圈平面

内垂直于磁感线的轴0O’转动

，

由线圈

引

出

的导线

ae

和

df

分别与两个

跟

线圈一

起绕

0

0’

转动的金

属圆

环

相连

接，金

属圆环又分

别

与

两

个固

定的电刷

保

持

滑

动

接

触，

这

样

矩

形

线圈

在

转动中就可以保持

和

外电路电阻R形成闭合电路.

图

1

0

—

1

-

5

乙

是

线圈的

主

视图，导

线

ab和

cd

分别

用

它

们的

横

截

面

来

表

示.已

知

ab长

度

为L₁,bc长

度

为L₂,线圈以恒定角速度o逆时

针

转

动

.(只

考

虑

单匝

线圈

)甲

乙图

1

0

—

1

-

5丙(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导

t

时刻整个线圈中的感应电动势

e₁的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成φ₀夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势

e₂的表达式；(3)若线圈电阻为

r,

求线圈每转动一周电阻

R

上产生的焦耳热.(其他电阻均不计)【

审

题

指

导

】

(1)开始计时时线圈的初位置不同，则瞬时值表达式不同.(2)求解的是电阻R

上产生的焦耳热，

不要忽视线圈电阻r

的影

响

.【

解

析】(

1

)

矩

形

线

圈abcd在磁场中

转

动时，ab

、cd切

割磁

感线，

且

转

动的

半

径

为

转动时ab

、cd的线速度且与磁场方向的夹角为

ot,所以，

整

个

线圈中

的

感

应电

动

势

e₁=2BL₁vsinot=BL₁L₂osinCot.(2)当

t=0时，线圈平面与中性

面的

夹角

为

φo,

则某

时

刻t时，线圈平面与中性面的夹角为(ot+φo)故此时

感

应电动势的瞬时值e₂=2BL₁vsin(ot+φo)=BL₁L₂osin(ot+φo).

(3

)

线

圈

匀

速

转

动

时

感

应电

动

势的

最

大

值Em=BL₁L₂w,

故

有

效

值

回路中

电流

的有效值

【

答

案

】

(1)e₁=BL₁L₂osin(2)e₂=BL₁L₂osin(ot+φo)根据焦

耳

定

律

知

转

动

一

周电阻R

上的焦耳热为ot

—

[1个预测例]一

▶例2

一只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的图象如图10—1—6甲所

示，则下列说法中正确的是(

)甲

乙图10—1—6A.t=0

时

刻

线

圈

平

面

与

中

性

面

垂

直B.t=0.01s时

刻

φ

的

变

化

率

达

到

最

大C.t=0.02s时

刻

感

应

电

动

势

达

到

最

大D.

该

线

圈

相

应

的

感

应

电

动

势

图

象

如

图

乙

所

示【

解

析

】

由φ一t图知，在

t=0

时，

φ最大，

即线圈处于中性面位置

，

此

时

e=0,

故

A、D

两

项

错

误

；

由

图

知

T=0.04

s,

在

t=0.01s

时

，P=0,

大，

e最大，则

B项正确；在

t=0.02

s

时

，

φ

最

大

，

,e=0,

则C

项错.【

答

案

】

B考点

二[

83

]交变电流有效值的计算一

、

正弦交变电流的有

效

值利

用

计算.只适用于正(余)弦式交流电.,

,二

、

非正弦交

变电

流的

有

效

值的

计

算1.计

算

有效

值时

要

注

意

根

据电

流的热

效

应

，

抓

住

“

三同”

:

“

相同时间”内“相同电阻”

上产生“相同热量”

列式

求

解.

“相