高考物理大一轮复习-第十章--交变电流的产生及描述PPT资料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,知识梳理,重难突破,思想方法,栏目索引,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高考物理大一轮(y ln)复习 第十章 交变电流的产生及描述课件,第一页，共34页。,一、交变电流的产生,1.交变电流:大小(dxio)和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流。,知识梳理,将线圈置于匀强磁场,并绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦(zhngxin)交变电流。,第二页，共34页。,(1)定义:与磁场方向垂直的平面。,(2)特点:,a.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。,b.线圈转动一周(y zhu),两次经过中性面,线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次。,第三页，共34页。,二、交变电流的变化规律,N匝面积为S的线圈以角速度转动,从某次经过中性面开始计时,则e=NBS sin t,用Em表示峰值,则Em=NBS,电流i=sin t=,Im sin t。,三、描述交变电流的物理量,1.瞬时值:反映某时刻交变电流的大小和方向。,2.有效值:根据电流的热效应来规定的,即在同一时间内,跟某一交流电使同一电阻产生相同热量(rling)的直流电的数值。,正弦交流电的最大值与有效值之间的关系:Um=U,Im=,第四页，共34页。,I,Em=E。,3.周期和频率:描述交变电流变化快慢的物理量。,(1)周期:完成(wn chng)一次周期性变化所需的时间。,(2)频率:在1 s内完成(wn chng)周期性变化的次数。,(3)周期和频率的关系:T=,=2f。,注意通常只有正弦交变电流才有I=的关系,对于非正弦式交变电,流的有效值要根据有效值的定义求解。,第五页，共34页。,1.(1)线框在匀强磁场中转动经过中性(zhngxng)面时,磁通量最大,感应电流也最大。(),(2)各种交变电流的最大值都是有效值的倍。(),(3)线框在匀强磁场中转动产生交变电动势的最大值为Em=nBS。(),(4)可以用平均值计算交变电流产生的热量。(),(5)可以用有效值计算交变电流电路中的电荷量问题。(),答案(1)(2)(3)(4)(5),第六页，共34页。,2.如图所示,处在磁感应强度为B的匀强磁场中的单匝矩形线圈abcd,以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向垂直于纸面向(min xin)里,线圈所围面积为S,线圈导线的总电阻为R。t=0时刻线圈平面与纸面重合,且cd边正在离开纸面向外运动。则(),i=cos t,I=,I=,P=,第七页，共34页。,答案C由题目条件可知,回路中感应电流最大值为,而如题图所,示,t=0时刻(shk)线圈处于中性面,则电流瞬时值的表达式为i=sin t,故A,错。线圈中电流的有效值为I=,故B错,C正确。线圈消耗的电,功率为P=I2R=R=,故D错。,第八页，共34页。,3.(多选)边长为l的正方形闭合线框abcd,在磁感应强度为B的匀强磁场中,以角速度绕cd从图所示位置开始匀速转动,转动轴与磁场垂直,线框总电阻为R,一理想电压表接在线框的c、d两点之间,下列说法中正确(zhngqu)的是(),A.线框转一周外力所做的功为,的过程中感应电动势的,最大值为Bl2,的过程中通过线框导线,横截面的电荷(dinh)量为,D.电压表示数为,第九页，共34页。,答案(d n)ABC线框在转动过程中,产生的感应电动势的有效值为E=,电流的有效值为I=,又周期T=,则线框转动一周产生的热,量Q=I2RT=R=,外力做的功W=Q,选项A正确;感应电动,势的最大值Em=Bl2,选项B正确;线框转动90的过程中,流过导体某一横截面的电荷量q=,选项C正确;电压表的示数等于cd两端电压的有效,值:U=I=,选项D错误(cuw)。,第十页，共34页。,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,比过去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(dngpo)两端的电压,多用电表示数为(),A.UmB.UmC.UmD.Um,答案C多用电表测得的电压值为有效值,根据电流的热效应有Q=,=T,得U有=Um,C正确(zhngqu)。,第十一页，共34页。,两个特殊位置,特点,中性面,线圈处于中性面时,S,B,最大,=0,e,=0,i,=0,交变电流方向发生改变,与中性面垂直的位置,线圈平面与中性面垂直时,S,B,=0,最大,e,最大,i,最大,交变电流方向不改变,重难一交变(jio bin)电流的产生及变化规律,重难突破,交变电流的最大值,二是线圈的计时位置;线圈转动一周(y zhu)两次经过中性面,因此一个周期内交变电流方向改变两次。,注意确定正弦式交变电流的瞬时值表达式需要解决两个(lin)问题,一是,第十二页，共34页。,函数,图象,磁通量,=,m,cos,t,=,BS,cos,t,电动势,e,=,E,m,sin,t,=,nBS,sin,t,电压,u,=,U,m,sin,t,=,sin,t,2.变化规律(线圈(xinqun)位于中性面位置开始计时),第十三页，共34页。,电流,i,=,I,m,sin,t,=,sin,t,第十四页，共34页。,典例1一台小型发电机产生的电动势随时间变化(binhu)的规律图象如图甲所示,已知发电机线圈内阻为20,现外接一只“100 V,125 W”的灯泡(忽略温度对电阻的影响),如图乙所示,则:(),t的变化规律是i=Imcos(100t)A,D.灯泡的实际(shj)功率是80 W,第十五页，共34页。,解析(ji x)由图乙可看出,该时刻线圈平面与磁场方向平行,穿过线圈的磁通,量的变化率最大,故感应电流最大,选项A错误;灯泡的电阻R=8,0,电路中的电流I=A=1 A,通过灯泡的电流i随时间t的变化,规律为i=Im sin t=sint=sin 100t(A),故选项B错误;灯泡的额,定电流I额=A=1.25 AI,故灯泡不能正常发光,选项C错误;灯泡的实,际功率(gngl)P=I2R=1280 W=80 W,故选项D正确。,答案D,第十六页，共34页。,交变(jio bin)电流瞬时值表达式求法:,(1)先求电动势的最大值Em=nBS;,(2)求出角速度=;,(3)明确(mngqu)从哪一位置开始计时,从而确定是正弦函数还是余弦函数;,(4)写出瞬时值的表达式。,第十七页，共34页。,1-1(多选)一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流,其电动势的变化规律如图线a所示,当调整(tiozhng)线圈转速后,电动势的变化规律如图线b所示。以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是(),B.线圈(xinqun)先后两次转速之比为23,a和b中,t=0时刻穿过(chun u)线圈的磁通量均为零,b电动势的瞬时值表达式为e=100 sin t(V),第十八页，共34页。,答案AD,解析根据图线a:感应电动势最大值Em=BSa=ma,因此磁通量的最大,值m=Wb,A正确。线圈(xinqun)先后两次周期之比=,则转,速之比=,B错误。t=0时刻感应电动势为零,线圈(xinqun)与中性面平行,磁通量最大,C错误。感应电动势的最大值Em=BS,因此=,即Emb=Ema=100 V,图线b电动势的瞬时值表达式为e=Embsin bt=100 sin,t(V),D正确(zhngqu)。,第十九页，共34页。,1-2如图所示,一矩形(jxng)线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角=45时如图(b)为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则选项图中正确的是(),第二十页，共34页。,答案D,解析(ji x)t=0时线圈中感应电流方向cbadc为负,经过时间,线圈,平面与磁场垂直,线圈中瞬时电流为零,所以D正确,A、B、C错误。,第二十一页，共34页。,物理量,物理含义,重要关系,适用情况及说明,交变电流某一时刻,的值,e,=,E,m,sin,t,i,=,I,m,sin,t,计算线圈某时刻的,受力情况,最大的瞬时值,E,m,=,nBS,E,m,=,n,m,I,m,=,讨论电容器的击穿,电压,重难二交变(jio bin)电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值的比较,第二十二页，共34页。,跟交变电流的热效应等效的恒定电流值,对正(余)弦交流电有:,E,=,E,m,/,U,=,U,m,/,I,=,I,m,/,(1)计算与电流热效应有关的量(如,功、功率、热量等),(2)电器设备“铭牌”上所标的一般是有效值,(3)保险丝的熔断电流为有效值,交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值,=,BL,=,n,=,计算通过电路截面的电荷量,第二十三页，共34页。,典例2如图所示,边长为L的正方形线圈abcd的匝数为n,线圈电阻为r,外电路的电阻为R,ab的中点和cd的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界上,磁感应强度为B,现在线圈以OO为轴,以角速度匀速转动(zhun dng),求:,(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式;,(2)线圈从图示位置转过90的过程中电阻R上产生的热量;,(3)线圈从图示位置转过90的过程中电阻R上通过的电荷量;,(4)电阻R上的最大电压。,解析(1)线圈转动(zhun dng)时,总有一条边切割磁感线,且ad边和bc边转动(zhun dng)的线速,度大小相等,当线圈平行于磁场时,产生的感应电动势最大,为Em=nBLv=nBLL=nBL2。,第二十四页，共34页。,由闭合电路欧姆定律可知Im=,当以图示位置为计时起点时,流过R的,电流瞬时值表达式为i=Im sin t=sin t。,(2)在线圈由图示位置匀速转动90的过程中,用有效值来计算电阻R上产生的热量,Q=I2R,其中(qzhng)I=,T=,则,Q=I2R=。,(3)在转过90的过程中感应电动势的平均值为,第二十五页，共34页。,=n=,流过R的平均电流=,所以流过R的电荷量q=。,(4)由部分电路欧姆定律可知电阻R上的最大电压,Um=ImR=。,答案(d n)见解析,第二十六页，共34页。,2-1(多选)如图,交流发电机的矩形(jxng)线圈边长ab=cd=0.4 m,ad=bc=0.2 m,线圈匝数N=100,电阻r=1,线圈在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以=100 rad/s的角速度匀速转动,外接电阻R=9,以图示时刻开始计时,则(),e=160 sin(100t)V,B.t=0时线圈中磁通量变化率最大,C.t=s时线圈中感应电动势最大,A,答案BCD,解析电动势的瞬时值e=NBS cos t=1000.2)100 cos(100,t)V=160 cos(100t)V,A错误。图示时刻即t=0时,=0,但最大,B正确。t,=s时,e=Em,C正确。交变(jio bin)电流的有效值I=8 A,D正确。,第二十七页，共34页。,2-2如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形(shn xn)闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)。则线框内产生,的感应电流的有效值为(),A.B.C.D.,答案D,解析扇形(shn xn)闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径L,各点的平均,速度v=,导线框进磁场和出磁场时有感应电流产生,由法拉第电磁感应,定律和有效值的定义有:E=,=I2RT,可得I=,故D正确,A、B、C错误。,第二十八页，共34页。,交变(jio bin)电流有效值的计算方法,思想方法,交变电流类型,有效值求解方法,正