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第十三章交变电流第十三章交变电流 电磁场电磁场 电磁波电磁波 2014高考导航高考导航考纲展示考纲展示热点视角热点视角1.交流发电机及其产生正弦交流电交流发电机及其产生正弦交流电的原理正弦式电流的图象和三的原理正弦式电流的图象和三角函数表达式最大值与有效值角函数表达式最大值与有效值,周期与频率周期与频率2电阻、电感和电容对交变电流电阻、电感和电容对交变电流的作用的作用3变压器的原理电压比和电流变压器的原理电压比和电流比比(只要求讨论单相理想变压器只要求讨论单相理想变压器)4电能的输送电能的输送5电磁场、电磁波电磁波的周电磁场、电磁波电磁波的周期、频率、波长和波速期、频率、波长和波速6无线电波的发射和接收无线电波的发射和接收7电视雷达电视雷达8实验十七：练习使用示波器实验十七：练习使用示波器1.考查交流电的产生、图象和表达考查交流电的产生、图象和表达式式,常常以选择题形式出现以选择题形式出现2交变电流的四值计算以及变压器的交变电流的四值计算以及变压器的原理和应用是高考考查的热点，题型原理和应用是高考考查的热点，题型以选择题为主以选择题为主3考查电磁波的传播规律、波速公考查电磁波的传播规律、波速公式式4考查用示波器观察亮斑、正弦信号考查用示波器观察亮斑、正弦信号等的简单操作等的简单操作5本章知识与生产、生活联系紧密，本章知识与生产、生活联系紧密，理论联系实际的题目出现的可能性较理论联系实际的题目出现的可能性较大，如涉及民生的远距离输电问题大，如涉及民生的远距离输电问题.第一节交变电流的产生和描述电感和电容第一节交变电流的产生和描述电感和电容对交变电流的影响对交变电流的影响本节目录本节目录基础梳理基础梳理自学导引自学导引要点透析要点透析直击高考直击高考考点探究考点探究讲练互动讲练互动知能演练知能演练轻巧夺冠轻巧夺冠技法提炼技法提炼思维升华思维升华基础梳理基础梳理自学导引自学导引一、交变电流的产生和变化规律一、交变电流的产生和变化规律 1交变电流：交变电流：_和和_都随时间做周期性变化的电都随时间做周期性变化的电流叫交变电流流叫交变电流2正弦交变电流正弦交变电流(1)特点：随时间按正特点：随时间按正(余余)弦规律变化的交变电流弦规律变化的交变电流(2)产生：如图所示，将线圈置于匀产生：如图所示，将线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于强磁场中，并绕垂直于_的的轴做匀速转动轴做匀速转动大小大小方向方向磁感线磁感线(3)变化规律变化规律(线圈在中性面位置开始计时线圈在中性面位置开始计时)电动势电动势(e)：e_.电压电压(u)：u_.电流电流(i)：i_.(4)图象图象(如图如图)EmsintUmsintImsint最大值最大值相同相同热量热量三、电感和电容对交变电流的作用三、电感和电容对交变电流的作用感抗感抗容抗容抗物理物理意义意义电感线圈对交变电流阻碍电感线圈对交变电流阻碍作用的大小作用的大小电容器对交变电流阻碍电容器对交变电流阻碍作用的大小作用的大小相关相关因素因素线圈线圈的的_、交变交变电流的频率电流的频率电容器电容器的的_、交变交变电流的频率电流的频率作用作用特点特点通直流通直流、_、通低通低频频、_通交流通交流、_，通通高频高频、_自感系数自感系数电容电容阻交流阻交流阻高频阻高频隔直流隔直流阻低频阻低频要点透析要点透析直击高考直击高考一、正弦式电流的变化规律一、正弦式电流的变化规律1正弦式电流的变化规律正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时线圈在中性面位置开始计时)规律规律物物理量理量函数函数图象图象磁通量磁通量mcostBScost电动势电动势eEmsintnBSsint2.交变电流瞬时值表达式的书写基本思路交变电流瞬时值表达式的书写基本思路(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式EmnBS求出相应峰值求出相应峰值(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式如：如：线圈从中性面开始转动，则线圈从中性面开始转动，则it图象为正弦函数图象图象为正弦函数图象,函数式为函数式为iImsint.线圈从垂直中性面开始转动，则线圈从垂直中性面开始转动，则it图象为余弦函数图象图象为余弦函数图象,函数式为函数式为iImcost.特别提醒：特别提醒：在交变电流的产生过程中，要特别注意两个特殊在交变电流的产生过程中，要特别注意两个特殊位置的不同特点位置的不同特点.( (1) )线圈平面与中性面重合时，线圈平面与中性面重合时，SB，最大，最大，/t0，e0，i0，电流方向将发生改变，电流方向将发生改变.( (2) )线圈平面与中性面垂直时，线圈平面与中性面垂直时，SB，0，/t最大，最大，e最最大大，i最大，电流方向不改变最大，电流方向不改变.即时应用即时应用 1如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线动，其转动轴线OO与磁感线垂直已知匀强磁场的磁感与磁感线垂直已知匀强磁场的磁感应强度应强度B1 T，线圈所围面积，线圈所围面积S0.1 m2，转速，转速12 r/min.若从若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为式应为()Ae12sin120t(V)Be24sin120t(V)Ce0.04sin0.4t(V)De0.4cos2t(V)二、对交变电流二、对交变电流“四值四值”的比较和理解的比较和理解1交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较2.对交变电流有效值的理解对交变电流有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热生热(或热功率或热功率)进行计算注意进行计算注意“三同三同”：即：即“相同电阻相同电阻”, “相同时间相同时间”内产生内产生“相同热量相同热量”计算时计算时“相同时间相同时间”要要取周期的整数倍，一般取一个周期取周期的整数倍，一般取一个周期注意：注意：在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值在没有具体说明的情况下，所给出的为交变电流的有效值在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的是有效值交变电流的电压、电流指的是有效值即时应用即时应用 2(2011高考四川卷高考四川卷)如图所示，在匀强磁场中匀速如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为转动的矩形线圈的周期为T，转轴，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈垂直于磁场方向，线圈电阻为电阻为2 .从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为时的感应电流为1 A那么那么()考点探究考点探究讲练互动讲练互动例例1 考点考点1交流电交流电“四值四值”的计算的计算 一个电阻为一个电阻为r、边长为、边长为L的正方形线圈的正方形线圈abcd共共N匝，线圈在匝，线圈在磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO以如图以如图所示的角速度所示的角速度匀速转动，外电路电阻为匀速转动，外电路电阻为R. (1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向在图中标出此刻线圈感应电流的方向 (2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？ (3)线圈平面与磁感线夹角为线圈平面与磁感线夹角为60时的感应电动势为多大？时的感应电动势为多大？ (4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？柴油机做多少功？ (5)从图示位置开始从图示位置开始,线圈转过线圈转过60的过程中通过的过程中通过R的电量是多少的电量是多少? (6)图中电流表和电压表的示数各是多少？图中电流表和电压表的示数各是多少？【答案】见解析【答案】见解析例例2考点考点2交变电流的图象问题交变电流的图象问题 如图甲所示，一矩形线圈如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并放置在匀强磁场中，并绕过绕过ab、cd中点的轴中点的轴OO以角速度以角速度逆时针匀速转动若以逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角线圈平面与磁场夹角45时时(如图乙如图乙)为计时起点，并规定为计时起点，并规定当电流自当电流自a流向流向b时电流方向为正则下列四幅图中正确的是时电流方向为正则下列四幅图中正确的是()【思路点拨】【思路点拨】确定感应电流的变化图象确定感应电流的变化图象,应从三个方面分析应从三个方面分析: (1)感应电流的方向，感应电流的方向，(2)感应电流的大小，感应电流的大小，(3)感应电流大小的感应电流大小的变化趋势，从而排除错误选项，确定正确选项变化趋势，从而排除错误选项，确定正确选项【解析】法一：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向【解析】法一：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生的电流按正弦规律变化，由于的轴匀速转动时，产生的电流按正弦规律变化，由于t0时，时，线圈的转动方向如图乙，由右手定则判断可得，此时线圈的转动方向如图乙，由右手定则判断可得，此时ad中电中电流方向为由流方向为由a到到d，线圈中电流方向为，线圈中电流方向为adcba，与规定，与规定的电流正方向相反，电流为负值的电流正方向相反，电流为负值【答案】【答案】D【总结提升】【总结提升】交变电流的图象问题有两类：一类是选图，交变电流的图象问题有两类：一类是选图，即根据题目的要求选出合适的对应图，像本例中；另一类是即根据题目的要求选出合适的对应图，像本例中；另一类是用图，即根据图象提供的信息解决题目两类问题的关键是用图，即根据图象提供的信息解决题目两类问题的关键是将图象与交变电流的规律相对应将图象与交变电流的规律相对应技法提炼技法提炼思维升华思维升华易错辨析易错辨析交变电流的产生及变化规律交变电流的产生及变化规律【范例】【范例】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面一矩形线圈，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内的固定轴转动线圈中的感应电动势e随时间随时间t的变化规律如的变化规律如图所示下面说法中正确的是图所示下面说法中正确的是()At1和和t3时刻穿过线圈的磁通量为零时刻穿过线圈的磁通量为零Bt1和和t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零时刻穿过线圈的磁通量变化率为零C图中是从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时的图中是从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时的D每当感应电动势每当感应电动势e变换方向时，穿过线圈的磁通量的绝对变换方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都为最大值都为最大【正确解析】由图象可知，在【正确解析】由图象可知，在t0时，感应电动势有最大时，感应电动势有最大值，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大值，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大,即线圈平面与磁即线圈平面与磁场方向平行时开始计时，选项场方向平行时开始计时，选项C正确；正确；t1、t3时刻感应电动时刻感应电动势为零，即线圈平面与磁场方向垂直势为零，即线圈平面与磁场方向垂直(位于中性面位于中性面)，穿过线，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零,所以选项所以选项B正确，正确，选项选项A错误；当线圈通过中性面时是感应电动势改变方向的错误；当线圈通过中性面时是感应电动势改变方向的时刻，选项时刻，选项D正确正确【答案】【答案】BCD【真知灼见】【真知灼见】交变电流的产生与描述交变电流的产生与描述正弦式交流电正弦式交流电产生的方法产生的方法将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动规律的数学表规律的数学表达式达式eEmsint(其中其中EmnBS，t0时，线时，线圈在中性面的位置圈在中性面的位置)规律的图规律的图象描述象描述正弦交变电流正弦交变电流的图象是正弦曲线的图象是正弦曲线规律与情规律与情境的对应境的对应线圈平面位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，线圈平面位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为磁通量的变化率为0，感应电动势为，感应电动势为0线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈的磁通量为线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈的磁通量为0，磁通量的变化率最大，感应电动势最大磁通量的变化率最大，感应电动势最大线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过一次线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过一次中性面，电流的方向就改变一次中性面，电流的方向就改变一次
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