高考物理专题复习 交变电流（一）

高考物理专题复习 交变电流（一）【亲爱的同学：过了这条河我们就可以抵达花的海洋；爬过这座山我们就可以到达山的顶峰；战胜这个困难我们就可以来到梦想的地方！相信自己！】一、 回顾旧知1、 恒定电流一节中电流、电阻定律、电功和电功率、电阻的串并联、电动势概念公式。2、 楞次定律、右手定则、电磁感应定律二、新课讲解 1、考 点：交变电流的变化规律、周期频率、有效值及最大值、电感和电容、变压器和应用。 2、重难点：交变电流的变化规律及产生过程的分析，电感和电容、变压器3、易混点：电感和电容三、知识点精讲 （一）交变电流1、 概念：大小和方向都随时间作周期性变化的电流如图15-1所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。如图（b）所示。而（a）、(d)为直流其中（a）为恒定电流。2、 交变电流的产生矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，为什么会产生交变电流呢？发电机的工作原理： （甲） （乙） （丙） （丁） （戊）线框逆时针匀速转动过程中，哪些边在切割磁感线？（ab和cd）ab边和cd边在匀强磁场中做匀速圆周运动，切割磁感线，在线框中产生感应电动势，在电路中就产生感应电流。缓慢转动线框，当线框平面与磁感线平行时，就会发现此时感应电动势最大。继续转动线框，当学生发现指针偏角最小，即此时线框平面与磁感线垂直。我们把与磁感线垂直的平面称为中性面，线框处于中性面时通过的磁通量最大，感应电流、感应电动势为零。为了能更加方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析。a(b)d(c)甲a(b)d(c)戊a(b)d(c)乙a(b)d(c)丙a(b)d(c)丁甲图线框处于中性面，ab边和cd边不切割磁感线，线框中E感0，I感0，乙图线框ab边和cd边都在切割磁感线，线框中产生感应电流，根据右手定则可知，感应电流是沿abcd方向流动的。丙图（同甲图）丁图线框ab边和cd边都在切割磁感线，线框中产生感应电流，根据右手定则可知，感应电流是沿dcba方向流动的。戊图（同甲图）可以看出，线框每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次，因此线框每转动一周，感应电流的方向改变两次。 3交变电流的图像和变化规律定量分析线框转动一周过程中感应电动势大小随时间的变化关系。设线框平面从中性面开始转动，角速度是，经时间t线框转过的角度是t，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向的夹角也等于t，ab边的长度为L，磁感强度为B，则ab边的感应电动势是EabBlvsinta(b)d(c)戊vvCd边中的感应电动势跟ab边中的感应电动势大小相同，且两边又是串联，所以这一瞬间整个线框中的感应电动势e2 Blvsintt(s)e(i,u)0Em-Em令Em2 Blv即eEm sintie/REm sint/R=Imsint总结：交变电流的大小和方向都随时间按正弦规律变化。因此，交变电流的规律也可以用图像来表示。在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间t），纵坐标表示感应电动势e（感应电流I）。 4、交流发电机（1）发电机的基本组成：用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生磁场的磁极（2）发电机的基本种类旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子 （二）描述交变电流的物理量 1、表征交变电流大小物理量瞬时值：对应某一时刻的交流的值 用小写字母x 表示，e i u峰值：即最大的瞬时值 用大写字母表示，Ummmm= nsB m=m/ R注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为=NBS，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度四个量决定。与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。有效值：、意义：描述交流电做功或热效应的物理量、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是= I= U=。注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有=，U=的关系，非正弦（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即I=I。、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。、峰值、有效值、平均值在应用上的区别。 峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义。若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。 交流的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的。而平均值是由公式确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的。如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为，而一周期内的平均电动势却为零。在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值。在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值。在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题示不加特别说明，提到的电流、电压、电动势时，都是指有效值。 2、表征交变电流变化快慢的物理量、周期T：电流完成一次周期性变化所用的时间。单位：s .、频率f：一秒内完成周期性变化的次数。单位：Z.、角频率：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位：rad/s.、角速度、频率、周期，的关系=2f=疑难辨析交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正 比。当线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈磁通量也是按正弦（或余弦）规律变化的，若从中性面开始计时，t=0时，磁通量最大，应为余弦函数，此刻变化率为零（切线斜率为零），t=时，磁通量为零，此刻变化率最大（切线斜率最大），因此从中性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式是正弦函数，如图15-2（a）（b）所示分别是=cost和e=sint。（二）课堂练习【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ）At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 【例2】如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。 解析：此题所给交流正负半周的最大值不相同，许多同学对交流电有效值的意义理解不深，只知道机械地套用正弦交流电的最大值是有效值的倍的关系，直接得出有效值，而对此题由于正负半周最大值不同，就无从下手。应该注意到在一个周期内前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根据有效值的定义，选择一个周期的时间，利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相同，从焦耳定律求得。 IRT=I1R+ I2R 即I=(+（) 解得 I=A四、 课堂小结，布置作业。 练 习 题一、选择题 1下面哪些因素影响交流发电机产生的电动势的最大值 【 】 A磁感强度 B线圈匝数C线圈面积 D线圈转速E线圈初始位置2甲、乙两电路中电流与时间关系如图1，属于交变电流的是 【 】A甲乙都是 B甲是乙不是C乙是甲不是 D甲乙都不是3矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t图像如图2，则在时刻 【 】At1，t3线圈通过中性面Bt2，t4线圈中磁通量最大Ct1，t3线圈中磁通量变化率最大Dt2，t4线圈平面与中性面垂直4如图3，矩形线圈在匀强磁场中绕OO轴匀速转动，当转到图示位置时，线圈的 【 】A磁通变化率为零B感应电流为零C磁力矩为零D感应电流最大5关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法中正确的是 【 】A线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次6下列说法正确的是 【 】A使用交流的设备所标的电压和电流都是最大值B交流电流表和电压表测定的是有效值C在相同时间内通过同一电阻，跟直流电有相同热效应的交变电流值是交流的有效值D给定的交变电流值在没有特别说明的情况下都是指有效值7四个接220V交流的用电器，通电时间相同，则消耗电能最多的是 【 】A正常发光的额定功率为100W的灯泡B电流最大值为0.6A的电熨斗C每秒发热40cal的电热器D额定电流I=0.5A的电烙铁8如图4所示的交流为u=311sin（314t+/6）V，接在阻值220的电阻两端，则 【 】A电压表的读数为311VB电流表读数为1.41AC电流表读数是1AD2s内电阻的电热是440J二、填空题 为_，频率为_，接上R=10电阻后，一周期内产生的热量为_，在图5中作出电流与时间关系图i-t10正弦交变电流图象如图6所示，其感应电动势的最大值为_ V，周期为 s.当线圈转速变为原来的倍时，所产生交变电动势的有效值为_V周期为_11如图6所示，在第一个周期时间内，线圈转到中性面的时刻为_末，此时穿过线圈的磁通量_（填最大，最小或零下同），流过线圈的电流为_在0.02s末时刻，线圈在磁场中的位置是_三、计算题 12边长为a的正方形线圈在磁感强度为B的匀强磁场中，以一条边为轴匀速转动，角速度为，转动轴与磁场方向垂直，若线圈电阻为R，则从图7所示线圈平面与磁场方向平行的位置转过90角的过程中，在线圈中产生的热量是多少？ 13如图8中正方形线框abcd边长L=0.1m，每边电阻1，在磁感强度B=0.3T匀强磁场中绕cd以匀速转动，cd两点与外电路相连，外电路电阻R=1，求S断开时，电压表读数；当电键S闭合时，电流表读数