《备考指南 物理 》课件-第11章 第1讲

交变电流传感器第十一章第1讲交变电流的产生和描述【考纲解读】1.理解交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的表达式.2.理解描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值．栏目导航01知识梳理回顾03核心素养改造02考点各个击破04配套训练知识梳理回顾11．交变电流(1)定义：________和________都随时间做周期性变化的电流．(2)常见类型：如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦交流电，如图甲所示．一正弦交变电流的产生和变化规律大小方向

垂直于磁场大将发生改变最大不改变中性面两次nBSω

【答案】A【解析】线圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流，产生的电流、电动势及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关，故A对，B、D错．图示时刻产生电流的方向为a→d→c→b→a，故C错．2．(2019年临沂名校期中)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势如图所示，则(

)A．t＝0时线圈通过中性面B．t2时线圈中磁通量最大C．t3时线圈中磁通量变化率最大D．t4时线圈中磁通量变化率最大【答案】D【解析】t＝0时刻感应电动势最大，磁通量为零．此时线圈与中性面相互垂直，故A错误．t2时刻感应电动势最大，线圈平面与中性面垂直，磁通量为零，故B错误．t3时刻线圈通过中性面，感应电动势为零．根据法拉第电磁感应定律可知，磁通量变化率为零，最小．故C错误．t4时刻线圈中感应电动势最大，磁通量变化率最大，故D正确．二描述交变电流的物理量次数220V

0.02s

50Hz

100

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__________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_________________．(3)有效值：让交变电流与恒定电流通过相同的电阻，如果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．(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I＝________，U＝________，E＝________.(5)平均值：交变电流图像中波形与横轴所围的面积跟时间的比值．某一时刻最大数值热量夯基题组3．(2018年资阳模拟)如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示．若外接电阻的阻值R＝9Ω，线圈的电阻r＝1Ω，则下列说法正确的是(

)A．线圈转速为100πrad/sB．0.01s末穿过线圈的磁通量最大C．通过线圈的最大电流为10AD．伏特表的示数为90V【答案】C考点各个击破21．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)考点1交变电流的产生及变化规律2．对中性面的理解(1)中性面是与磁场方向垂直的平面，是假想的参考面．(2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量最大，而磁通量的变化率为零，产生的感应电动势为零．(3)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大．(4)线圈每经过中性面一次，电流方向就改变一次，线圈转动一周．一个周期内两次经过中性面，所以电流的方向改变两次．3．确定交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)根据已知图像或由公式Em＝nBSω求出正弦交变电流的峰值．(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．①若线圈从中性面开始转动，则i－t图像为正弦函数图像，函数式为i＝Imsinωt.②若线圈从垂直中性面位置开始转动，则i－t图像为余弦函数图像，函数式为i＝Imcosωt.例1

(2019年江苏模拟)图甲是小型交流发电机的示意图．在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示．发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为90Ω的灯泡．不计电路的其他电阻，则(

)A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直B．每秒钟内电流方向改变100次C．灯泡两端的电压为22VD．0～0.01s时间内通过灯泡的电量为0【答案】B

思路当线框经过中性面时通过线圈的磁通量最大，感应电动势最小为零．由题图乙可知交流电电动势的周期，即可求解角速度．线框每转一周，电流方向改变两次．练1

(多选)(2019年南安期末)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动时，线圈跟中性面重合的瞬间，下列说法正确的是(

)A．线圈中的磁通量为零B．线圈中的感应电动势最大C．线圈的每一边都不切割磁感线D．线圈所受到的磁场力为零【答案】CD【解析】在中性面时，线圈与磁场垂直，磁通量最大．在中性面时，没有边切割磁感线，感应电动势为零，通过线圈的磁通量变化率为零．故C、D正确，A、B错误．解决交变电流图像问题的三要点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的位置无关．2．注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积．3．在解决有关交变电流的图像问题时，应先把交变电流的图像与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解．交变电流瞬时值、最大值、有效值和平均值的比较(线圈在中性面位置开始计时)考点2交变电流中的“四值”例2

如图所示，一个半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n.ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B．M和N是两个集流环，负载电阻为R.线圈、电流表和连接导线的电阻不计．求：练2

如图所示，N＝50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1＝20cm，ad边长l2＝25cm，放在磁感应强度B＝0.4T的匀强磁场中．外力使线圈绕垂直于磁感线且绕通过线圈中线的OO′轴以n＝3000r/min的转速匀速转动．线圈电阻r＝1Ω，外电路电阻R＝9Ω.t＝0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外，cd边正转入纸里．求：(1)t＝0时感应电流的方向；(2)感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做的功；(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量．【答案】(1)感应电流方向沿adcba(2)e＝314cos(100πt)V

(3)98.6J

(4)0.1C【答案】B交变电流“四值”应用的几点提醒1．在解答有关交变电流的问题时，要注意电路结构．2．注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值．最大值是瞬时值中的最大值，有效值是以电流的热效应来等效定义的．3．与电磁感应问题一样，求解与电能、电热相关的问题时，一定要用有效值；而求解通过导体某横截面的电荷量时，一定要用平均值．核心素养改造3问题专攻：交变电流瞬时值表达式的书写问题书写的基本思路1．确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式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．(1)若线圈从中性面位置开始转动，则i－t图像为正弦函数图像，函数式为i＝Imsinωt.(2)若线圈从垂直中性面位置开始转动，则i－t图像为余弦函数图像，函数式为i＝Imcosωt.例题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分别与两个随线圈一起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e、f保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以和外电路电阻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ω逆时针转动．(