2019版高考物理课标版一轮复习课件：11-1交变电流的产生及其描述 .ppt

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1、第十一章第十一章 交变电流交变电流 传感器传感器 -2-考点及要求 命题视角 复习指要 交变电流、交变电流的图象 正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值 理想变压器 远距离输电 实验:传感器的简单使用 最近几年的考查主要体现“三突出”:一是突出考查交变电流的产生过程;二是突出考查交变电流的图象和交变电流的四值;三是突出考查变压器。一般试题难度不大,且多以选择题的形式出现。1.复习时,要结合电磁感应知识,强化对交变电流的产生、有效值与瞬时值的理解和计算,并要注意让学生明确交变电流四值适用的场合,要做到“情、数、形”三者相统一。“情”就是物理情景,即线圈在磁场中转动的情形;“数”就是用数学表达式

2、表示交变电流的产生过程;“形”就是用图象表示交变电流的产生过程。在这三者中若知其一,便知其二。-3-考点及要求 命题视角 复习指要 2.对变压器的内容复习要注意有两个方面:一是变压器原、副线圈电路中的电流、电压与电功率的求解,理解相应的制约关系,理解并学会动态变化过程的分析;二要掌握应用变压器进行远距离输电的分析。第第1 1节节 交变电流的产生及其描述交变电流的产生及其描述 -5-基础夯实 自我诊断 一、交变电流 1.定义 大小和方向都随时间做周期性变化 的电流叫作交变电流,简称“交流”。2.图象 如图所示:图甲、乙、丙、丁 所示电流都属于交变电流,图戊 所示电流属于恒定电流。-6-基础夯实

3、自我诊断 二、正弦式交变电流的产生和变化规律 1.产生 如图所示,在匀强磁场里,线圈绕垂直磁场 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”。-7-基础夯实 自我诊断 2.中性面及其特点(1)定义:与磁场方向垂直 的平面。(2)特点:线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零。线圈转动一周,2次 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。-8-基础夯实 自我诊断 3.图象 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,其图象为正弦 曲线,如图所示。-9-基础夯实 自我诊断 4.变化规律(线圈在中性面位置开始计时)

4、(1)电动势e随时间变化的规律:e=Emsin t。(2)电压u随时间变化的规律:u=Umsin t。(3)电流i随时间变化的规律:i=Imsin t。其中等于线圈转动的角速度,Em=nBl1l2=nBS。-10-基础夯实 自我诊断 三、描述交变电流的物理量 1.周期和频率(1)周期(T):交变电流完成一次周期性 变化,即线圈转一周 所 需要的时间,单位是秒(s),公式T=。(2)频率(f):交变电流在单位时间内内完成周期性变化 的次数,单位是赫兹(Hz)。2.交变电流的周期和频率的关系 T=1。2-11-基础夯实 自我诊断 3.交变电流的“四值”(1)瞬时值:交变电流某一时刻的值,是时间的函

5、数。(2)峰值:交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值,也叫最大值。(3)有效值:跟交变电流的热效应 等效的恒定 电流的值叫做交变电流的有效值。对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系 为:E=m 2,U=m 2,I=m 2。(4)平均值:用 E=n 来计算,一个周期的平均值,一般用从中性面转过14圈来计算。-12-基础夯实 自我诊断 如图为交流发电机线圈的平面图,设磁感应强度为B,线圈边长为l,匝数为n,以O1O2为起点、角速度匀速转动,经过时间t转至实线位置,试推导此时线圈中感应电动势的表达式。提示：AB 边产生的感应电动势 e1=n B l vsin,为线圈转过的角度,因为 v=

6、r=12 l,=t,可得 e1=12nBl2 sin t;同理 CD 边产生的感应电动势 e2=12nBl2 sin t。则线圈中感应电动势e=nBl2 sin t。-13-基础夯实 自我诊断 1.(多选)如图所示为交流发电机示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在滑环L上,导体制作的两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理,下列分析正确的是()A.当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大 B.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大 C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小 D.当线圈平面转到

7、跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小 答案 答案 关闭 AC-14-基础夯实 自我诊断 2.家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦式交流电压的波形截去一部分来实现的,由截去部分的多少来调节电压,从而实现灯光的可调,比用变压器调压方便且体积较小。某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示,若用多用电表测灯泡两端的电压,多用电表示数为()A.22Um B.24Um C.12Um D.14Um 答案 解析 解析 关闭 多用电表测得的电压值为有效值,根据电流的热效应有 Q=m 2 22=有2T,得 U有=12Um,C 正确。答案 解析 关闭 C-15-基础夯实 自我诊断 3.(多选)(201

8、7 河北定州模拟)一交流电压为 u=100 2sin 100t V,由此表达式可知()A.用交流电压表测该电压,其示数为 50 V B.该交变电流的周期为 0.02 s C.将该电压加在“100 V 100 W”的灯泡两端,灯泡的实际功率小于100 W D.t=1400 s 时,该交流电压的瞬时值为 100 V-16-解析 交流电压的表达式为 u=100 2sin 100t V,可知最大值为100 2 V,则电压的有效值 U=100 V,用交流电压表测该电压,其示数为 100 V,故A错误。由公式=2,可得周期T=0.02 s,故 B正确。由于电压的有效值为 100 V,则该电压加在“100

9、V 100 W”的灯泡两端,电阻消耗的电功率为 100 W,故 C错误。将t=1400 s 代入瞬时表达式,得瞬时电压值为 100 V,故 D 正确。答案答案 BD -17-基础夯实 自我诊断 4.(多选)一个按正弦规律变化的交变电流的i-t图象如图所示,根据图象可以判定()A.交变电流的频率f=0.02 Hz B.交变电流的有效值I=10 A C.交变电流瞬时值表达式为i=20sin 0.02t A D.在t=时刻,电流的大小与其有效值相等 8 2 答案 解析 解析 关闭 从题图中可以看出,交变电流的最大值为 Im=20 A,有效值为 I=m 2=20 2 A=10 2 A14.14 A。交

10、变电流的周期为 T=0.02 s,所以 f=1=50 Hz。交变电流的瞬时值表达式为 i=Imsin t=Imsin 2ft=20sin 100t A,在 t=8时,交变电流的瞬时值为 i=Imsin 2t=Imsin 4=m 2 A。所以选项 B、D 正确。答案 解析 关闭 BD-18-考点一 考点二 考点三 交变电流的产生及变化规律交变电流的产生及变化规律(师生共研师生共研)1.正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。(2)两个特殊位置的特点:线圈平面与中性面重合时,SB,最大,=0,e=0,i=0,电流方向将发生改变。线圈平面与中性面垂直时,SB,=0,最大,e最大,

11、i最大,电流方向不改变。(3)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。(4)交变电动势的最大值Em=nBS,与转轴位置无关,与线圈形状无关。-19-考点一 考点二 考点三 2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)项目 函数表达式 图 象 磁通量=mcos t=BScos t 电动势 e=Emsin t=nBSsin t 电 压 u=Umsin t=RER+rsin t -20-考点一 考点二 考点三 项目 函数表达式 图 象 电 流 i=Imsin t=ER+rsin t -21-例 1 一台小型发电机的原理示意

12、图如图甲所示,单匝矩形线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。已知发电机线圈内阻为 1 ,外接有灯泡和电压表,则下列说法正确的是()A.电压表的示数为 220 V B.线圈转到如图甲所示位置时感应电动势为零 C.当 t=0.01 s 时线圈中的磁通量最小为零 D.当 t=0.01 s 时线圈中的磁通量最大为11 25 Wb -22-解析 由题图可知电源电动势的有效值为220 V,电压表的读数为路端电压,应小于220 V,故A错误;线圈转到如图甲所示位置时感应电动势最大为 220 V,故 B错误;当 t=0.01 s 时线圈中的磁通量最大,故C 错误;

13、由 Em=BS=m2T,解得当 t=0.01 s 时线圈中的磁通量最大为11 25 Wb,故 D 正确。答案答案 D -23-考点一 考点二 考点三(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0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。答案 解析 解析 关闭(1)矩形线圈 ABCD 转动过程中,只有 AB和 CD 切割磁感线,设 AB和CD 的转动速度为 v,则 v=22 在 t 时刻,导线 AB 和 CD 因切割磁感线而产生的感应电动势均为 E1=Bl1vy 由图可知 vy=vsin

14、 t 则整个线圈的感应电动势为 e1=2E1=Bl1l2sin t(2)当线圈由图丙位置开始运动时,在 t 时刻整个线圈的感应电动势为 e2=Bl1l2sin(t+0)。答案 解析 关闭(1)e1=Bl1l2sin t (2)e2=Bl1l2sin(t+0)-24-考点一 考点二 考点三 例2(多选)如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交流电动势图象如图乙中曲线a、b所示,则()A.两次t=0时刻线圈平面均与中性面重合 B.曲线a、b对应的线圈转速之比为23 C.曲线a表示的交流电动势频率为25 Hz D.曲线b表示的交流电动势有效值为

15、10 V 答案 解析 解析 关闭 由题图知,t=0 时刻,两次产生的交流电动势的瞬时值均为零,因此线圈平面均与中性面重合,A 正确;图中 a、b 对应的周期之比为 23,因此线圈转速之比nanb=11=32,B错误;曲线a表示的交变电流的频率为 fa=1=1410-2 Hz=25 Hz,C正确;曲线 a表示的交流电动势的最大值Eam=NBS2,由图象知Eam=15 V,曲线b表示的交流电动势的最大值 Ebm=NBS2,因此mm=23,Ebm=10 V,有效值 Eb=10 2 V=5 2 V,D 错误。答案 解析 关闭 AC-25-考点一 考点二 考点三 规律总结解决交变电流图象问题的三点注意

16、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函数形式,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=nBS中的S为有效面积。3.在解决有关交变电流的图象问题时,应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来,再根据特殊位置求特征解。-26-考点一 考点二 考点三 突破训练突破训练 1.(2016 江苏连云港摸底)如图甲为一台小型发电机的示意图,单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时,产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为1.0 ,外接灯泡的电阻为9.0 。(1)写出流经灯泡的瞬时电流的表达式;(2)求转动过程中穿过线圈的最大磁通量;(3)线圈匀速转动一周的过程中,求外力所做的功。答案 解析 解析 关闭(1)由题图乙得 e=Emsin t=6 2sin 100t V 则电流 i=+=3 25sin 100t A。(2)Em=BS,Em=6 2 V,=100,则 m=BS=m=2.710-2 Wb。(3)E=m 2=6 V,根据能量守恒,外力所做的功全部转化为内能,则外力所做的功W=Q=2+T=7.2 10-2 J。答案