高考物理一轮复习课件交变电流产生和描述

高中物理解题模型高中物理

一轮复习交变电流（1/9）高中物理

一轮复习交变电流（1/9）1产生和描述2图像问题3“四值”问题4LC振荡电路5变压器基础6多匝副线圈7原线圈含电阻8变压器动态分析9远距离输电相关知识：交变电流

—产生和描述1.基本概念：恒定电流：大小方向都不随时间变化的电流；直流电：方向不随时间变化的电流叫做直流电，简称直流（DC）；交流电：大小方向随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简称交流（AC）；注意：①直流电大小可以变化；②交流电要有固定的周期；2.交流发电机：基本组成：线圈；磁极；滑环；电刷；相关知识：交变电流

—产生和描述3.电动势求解：中性面：①线圈平面与磁场方向垂直；②AB、CD导棒速度方向平行于磁场方向；③磁通量最大，感应电动势为零；垂直中性面：①线圈平面与磁场方向平行；②AB、CD导棒速度方向垂直于磁场方向；③磁通量为零，感应电动势最大；

垂直中性面

中性面特殊位置：相关知识：交变电流

—产生和描述3.电动势求解：中性面（θ=0）：垂直中性面（θ=π/2）：一般位置（从中性面开始）：

θA(B)D(C)相关知识：交变电流

—产生和描述3.电动势求解：转轴不对称（从中性面开始）：×××××××××BωL1L2×××××××××BωL1L2x×××××××××BωL1L2x相关知识：交变电流

—产生和描述3.电动势求解：非矩形线圈（从中性面开始）：×××××××××Bω×××××××××Bω×××××××××Bω瞬时电动势大小：结论：①电动势最大值与线圈形状无关，εm=Bsω；

②从中性面开始，e=εmsinωt。正弦交流电产生条件：①线圈置于匀强磁场中；②线圈匀速转动；③线圈转轴与磁场方向不平行；相关知识：交变电流

—产生和描述4.正弦交流电图像及瞬时值表达式：多匝线圈（从中性面开始）：基本物理量：周期：频率：特点：①一个周期两次经过中性面；②每个周期电流方向改变两次；Φ–t与e-t图像对比：图像间联系：【例题1】（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（）总结：1.掌握磁通量有效面积，并知道磁通量变化率为瞬时电动势；2.注意中性面及垂直中性面位置磁通量及电动势特点；交变电流

—产生和描述（3）矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（

）A.在t=0.1s时感应电动势最大 B.在t=0.2s时电动势改变方向C.通过图像求出电动势最大值 D.在t=0.4s时，磁通量为0，感应电动势最大（2）图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（）A.交变电流的最大值为B.t=0.01s时线圈位于中性面C.t=0.01s时线圈平面与磁场方向平行D.t=0.02s时穿过线圈磁通量最大CACCD【例题2】（1）在均匀分布的磁场空间中放入一边长为a的正方形单匝线圈，磁场磁感应强度B与线圈平面垂直，B的大小按正弦规律变化，其最大值为Bm，周期为T。如图所示，若线圈每边电阻为r，线圈的自感可或略不计，求：感应电流随时间变化的关系式；总结：1.余弦交流电可以通过加载正弦规律变化的磁场来实现；2.正弦交流电可以让线框切割正弦波形来实现；BTOBmt-Bm（2）如图所示，一矩形线圈在水平外力F作用下以速度v=5.0m/s匀速通过一有界匀强磁场，线圈长和宽分别为L1=3m，L2=2m，线圈总电阻R=2Ω。匀强磁场的磁感应强度B=0.2T，方向垂直于xOy平面，有界磁场的形状满足方程y=2sin(πx/3)（单位：m）；求：①感应电动势随时间变化的关系式；②外力F随时间变化的关系式。交变电流

—产生和描述①②【例题3】某兴趣小组设计了一种发电装置如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为4π/9，磁场均沿半径方向，匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=L、bc=ad=2L。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。求：①线圈切割磁感线时,感应电动势的大小εm；②线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小F；③外接电阻在一个周期内消耗的热量Q。总结：1.线圈匀速转动切割辐射状的磁场，产生恒定的感应电动势；2.注意分析一个周期内产生感应电动势的时间；交变电流

—产生和描述①②③【例题4】图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OO'转动。由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO'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，线圈以恒定角速度逆时针转动。（只考虑单匝线圈）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夹角位置时开始计时，如图丙所示，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）总结：1.熟练掌握瞬时电动势表达式中各项的含义；2.理解变化电流产生的焦耳热可以通过面积来处理；交变电流

—产生和描述①②③i2RTOIm2Rt例题1例题2例题3例题4交变电流

—产生和描述【例题1】（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（）（3）矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（

）A.在t=0.1s时感应电动势最大 B.在t=0.2s时电动势改变方向C.通过图像求出电动势最大值 D.在t=0.4s时，磁通量为0，感应电动势最大（2）图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（）A.交变电流的最大值为B.t=0.01s时线圈位于中性面C.t=0.01s时线圈平面与磁场方向平行D.t=0.02s时穿过线圈磁通量最大CACCD例题1例题2例题3例题4交变电流

—产生和描述【例题2】（1）在均匀分布的磁场空间中放入一边长为a的正方形单匝线圈，磁场磁感应强度B与线圈平面垂直，B的大小按正弦规律变化，其最大值为Bm，周期为T。如图所示，若线圈每边电阻为r，线圈的自感可或略不计，求：感应电流随时间变化的关系式；BTOBmt-Bm（2）如图所示，一矩形线圈在水平外力F作用下以速度v=5.0m/s匀速通过一有界匀强磁场，线圈长和宽分别为L1=3m，L1=3m，L2=2m，线圈总电阻R=2Ω。匀强磁场的磁感应强度B=0.2T，方向垂直于xOy平面，有界磁场的形状满足方程y=2sin(πx/3)（单位：m）；求：①感应电动势随时间变化的关系式；②外力F随时间变化的关系式。①②例题1例题2例题3例题4交变电流

—产生和描述【例题3】某兴趣小组设计了一种发电装置如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为4π/9，磁场均沿半径方向，匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=L、bc=ad=2L。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。求：①线圈切割磁感线时,感应电动势的大小εm；②线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小F；③外接电阻在一个周期内消耗的热量Q。①②③例题1例题2例题3例题4交变电流

—产生和描述【例题4】图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OO'转动。由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO'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，线圈以恒定角速度逆时针转动。（只考虑单匝线圈）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夹角位置时开始计时，如图丙所示，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）①②③i2RTOIm2Rt本节重点：交变电流

—产生和描述1.电动势求解：

θ2.正弦交流电图像及瞬时值表达式：多匝线圈（从中性面开始）：3.Φ–t与e-t图像对比：中性面：①线圈平面与磁场方向垂直；②磁通量最大；③感应电动势为零；交变电流（1/9）讲解人：王老师谢谢观看交变电流

—产生和描述【例题4】如图甲，超级高铁是一种以“真空管道运输”为理论核心设计的交通工具，它具有超高速、低能耗、无噪声、零污染等特点。列车主要通过电磁驱动和电磁阻尼实现启动与制动，如图乙、丙分别是电磁驱动和电磁阻尼模型简化。两水平且平行金属导轨间存在垂直导轨平面的匀强磁场，列车上固定着导体棒1、2和直流电源，两导体棒与导轨垂直且接触良好，电源通过电刷与导轨连接。已知，两导轨间距为d，电源电动势为E，电源与导体棒1、导体棒1与导体棒2之间距离均为d，列车总质量为m，导体棒与金属导轨单位长度的电阻为r，其它电阻忽略不计，摩擦阻力忽略不计。①如图乙，启动时两导轨间有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度为B，求刚接通电源瞬间列车的加速度大小；②如图丙，当列车进站时，导轨间依次分布宽度为d、且相邻方向相反的匀强磁场，磁感应强度为B。断开电源，导体棒2刚进入磁场时的速度为v0，求此时流过两棒的电流大小；③接②问，求列车整个制动过程导轨上产生的焦耳热；④接②问，求列车整个制动过程发生的位移。电磁感应

—单杆模型（单杆与电阻）【例题2】（1）如图所示，两光滑平行金属导轨MN与PQ，其间距为L，质量为m，电阻为r的直导线ab垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。电路中电容器电容为C，定值电阻阻值为R，其它电阻不计。现给直导线ab一水平向右的初速度，当电路稳定后，直导线ab以速度v向右匀速运动；求：①最终电容器所带电荷量；②直导线ab初速度大小；总结：1.单杆与电源构成电动式单杆模型；2.单杆与电阻构成阻尼式单棒模型；3.注意能量守恒及分配的运用；①②电磁感应

—单杆模型（单杆与电源）（2）如图所示，两水平导轨间距L=0.6m，处于竖直向上的匀强磁场中，磁感强度B=1T，一金属杆与导轨垂直放置并接触良好，R1=R2=R3=5Ω，电容C=300μF，理想电流表0刻线在刻度盘中央，金属杆接入电路部分电阻r=2Ω，框架电阻不计，导轨足够长，金属杆向左以v=10m/s的速度匀速运动，单刀双掷开关S开始接触点2。①当单刀双掷开关S接触点1，求电流表的示数和通过电流表的电流方向；②一段时间后再把单刀双掷开关S接触点2，直到电流表示数为0，求通过电流表的电荷量。【例题4】如图1所示，MN和PQ为竖直放置的两根足够长的光滑平行金属导轨，两导轨间距为L，电阻均可忽略不计。在M和P之间接有阻值为R的定值电阻，导体杆ab质量为m、电阻不计，并与导轨接触良好．整个装置处于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中．将导体杆ab由静止释放。求：①a.试定性说明ab杆运动；b.ab杆下落稳定后，电阻R上的热功率。②若将M和P之间的电阻R改为接一电动势为E，内阻为r的直流电源，发现杆ab由静止向上运动（始终未到达MP处），如图2所示。a.试定性说明ab杆的运动；b.杆稳定运动后，电源的输出功率。③若将M和P之间的电阻R改为接一电容为C的电容器，如图3所示。ab杆由静止释放．请推导证明杆做匀加速直线运动，并求出杆的加速度。总结：1.理解反电动势产生的原因及特点；2.安培力做正功的过程是将电能转化为其他形式的能量；①②③电磁感应

—单杆模型（单杆与电源）【例题2】如图所示，两水平导轨间距L=0.6m，处于竖直向上的匀强磁场中，磁感强度B=1T，一金属杆与导轨垂直放置并接触良好，R1=R2=R3=5Ω，电容C=300μF，理想电流表0刻线在刻度盘中央，金属杆接入电路部分电阻r=2Ω，框架电阻不计，导轨足够长，金属杆向左以v=10m/s的速度匀速运动，单刀双掷开关S开始接触点2。①当单刀双掷开关S接触点1，求电流表的示数和通过电流表的电流方向；②一段时间后再把单刀双掷开关S接触点2，直到电流表示数为0，求通过电流表的电荷量。总结：1.理解反电动势产生的原因及特点；2.安培力做正功的过程是将电能转化为其他形式的能量；①②电磁感应

—单杆模型（单杆与电源）①②（2）如图所示，两水平导轨间距L=0.6m，处于竖直向上的匀强磁场中，磁感强度B=1T，一金属杆与导轨垂直放置并接触良好，R1=R2=R3=5Ω，电容C=300μF，理想电流表0刻线在刻度盘中央，金属杆接入电路部分电阻r=2Ω，框架电阻不计，导轨足够长，金属杆向左以v=10m/s的速度匀速运动，单刀双掷开关S开始接触点2。①当单刀双掷开关S接触点1，求电流表的示数和通过电流表的电流方向；②一段时间后再把单刀双掷开关S接触点2，直到电流表示数为0，求通过电流表的电荷量。【例题2】（1）如图所示，两光滑平行金属导轨MN与PQ，其间距为L，质量为m，电阻为r的直导线ab垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。电路中电容器电容为C，定值电阻阻值为R，其它电阻不计。现给直导线ab一水平向右的初速度，当电路稳定后，直导线ab以速度v向右匀速运动；求：①最终电容器所带电荷量；②直导线ab初速度大小；总结：1.单杆与电源构成电动式单杆模型；2.单杆与电阻构成阻尼式单棒模型；3.注意能量守恒及分配的运用；①②电磁感应

—单杆模型（单杆与电源）（2）如图所示，两水平导轨间距L=0.6m，处于竖直向上的匀强磁场中，磁感强度B=1T，一金属杆与导轨垂直放置并接触良好，R1=R2=R3=5Ω，电容C=300μF，理想电流表0刻线在刻度盘中央，金属杆接入电路部分电阻r=2Ω，框架电阻不计，导轨足够长，金属杆向左以v=10m/s的速度匀速运动，单刀双掷开关S开始接触点2。①当单刀双掷开关S接触点1，求电流表的示数和通过电流表的电流方向；②一段时间后再把单刀双掷开关S接触点2，直到电流表示数为0，求通过电流表的电荷量。①②相关知识：1.双杆放置同一磁场中（不计摩擦，初状态一静一动）：电磁感应

—双杆模型（等距无外力）电路分析：受力及加速度分析：杆1：加速度a减小的加速直线运动，最终匀速直线运动；杆2：加速度a减小的减速直线运动，最终匀速直线运动；B