高考物理总复习课件：11.1.1 交流电的产生及描述（粤教版选修3－2）

欢迎进入物理课堂 第一单元交变电流第1课时交流电的产生及描述 选修3 2第十一章交变电流传感器 基础回顾 1 交流电产生的条件 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴 转动 在线圈中将产生按 规律变化的交变电流 2 中性面 穿过线圈的磁通量 的变化率为 即感应电动势为 答案 1 匀速正弦2 最大磁通量零零 3 交流电的变化规律 1 感应电动势瞬时值的表达式 如果线圈从中性面开始 在匀强磁场中以角速度 绕垂直于磁感线的轴匀速转动 产生感应电动势的最大值为Em 式中N为线圈匝数 S为线圈面积 则在时刻t 线圈中产生的感应电动势的瞬时值是e 由于电流与电动势的同步性 若感应电流的最大值为Im 感应电流的瞬时值的表达式i 答案 3 1 NBS NBS sin t 2 一次 2 线圈转动一周 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 3 交变电流的图象 交变电动势 电流 电压的图象都是 图象 答案 2 一次 3 正弦 要点深化 交变电流的产生过程及其描述方法当线圈平面转动到与磁感线平行时 感应电动势具有最大值 峰值 Em 如果磁感应强度是B 线圈两边的边长分别是l1和l2 线圈面积为S 匝数为n 转动角频率为 则峰值为 如果线圈从中性面开始转动 如右图所示 任一时刻t感应电动势的瞬时值就是 即 e Emsin t如果把线圈和电阻R组成闭合电路 电路中就有感应电流 可见 线圈产生的感应电动势和形成的感应电流都是按正弦规律变化的 电动势随时间变化的关系可表示为右图所示 值得注意的是 以上反映线圈上感应电动势瞬时值的公式和图象都是当线圈平面恰通过中性面时开始计时作出的 线圈通过中性面的瞬时 线圈导体不切割磁感线 感应电动势为零 磁通量的变化率为零 但穿过线圈平面的磁通量最大 右图所示是穿过线圈平面的磁通量随时间变化的 t图线 它可以帮助我们更进一步理解这个问题 磁通量的变化率反映在 t图线上是各点的切线斜率 可以看出 在t 0 T等时刻 图线上对应点a c e的切线均平行于时间轴 斜率为零 这说明在线圈恰通过中性面的各个瞬时 尽管穿过线圈的磁通量最大 但磁通量对时间的变化率为零 因此电动势也为零 公式和图象都是研究交流电常用的工具 我们应理解其物理意义并在实际中灵活运用 基础回顾 1 瞬时值 反映交流电在 的电流或电压的大小和方向 2 有效值 根据电流的 来规定的 即交流电和直流电通过同样阻值的两个电阻 如果在一个周期内它们产生的 都相等 则这个直流电的数值即作为交流电的有效值 3 有效值与最大值的关系 对正弦式电流而言 其最大值是有效值的倍 即 答案 1 某一时刻2 热效应热量 4 周期 频率和角频率 它们都是用来表征交流电 的物理量 1 周期 完成一次 所需的时间 2 频率 在1s内完成周期性变化的次数 3 角频率 单位时间内线圈平面转过的角度 4 三者的关系是 5 我国工农业生产和生活用的交流电 频率是 Hz 周期是 s 电流方向每秒钟改变 次 答案 4 变化快慢 1 周期性变化 5 500 02100 要点深化 1 正确理解有效值概念交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的 它是交流电在一个周期内输出电能的量度 是过程量 对于正弦式交变电流有效值的计算 必须从电热角度求解 交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流是有效值 交流电表测得的电流 电压也是有效值 不加特别说明 提到交流的电流 电压 电动势时 都是指有效值 2 区分有效值与平均值有效值不是平均值 如右图所示 当矩形线圈由位置1逆时针转到位置2 由于穿过线圈的磁通量无变化 所以这一过程的感应电动势的平均值为零 但是 在这段时间内线圈内确有感应电流通过 消耗了电能 发了热 因此感应电流的有效值并不为零 感应电动势的有效值也不为零 可见 不能把有效值与平均值当作一回事 应加以区分 对一个确定的交变电流来说 其有效值是一个定值 而平均值由E n确定 与所取的时间间隔有关 正弦式交变电流的正半周平均电动势是 而一个周期内的平均电动势却为零 在进行具体计算时 求电路中的电功率 热量时 用有效值 求通过导体横截面的电量时 用平均值 1 分析物理图象的要点 一看 二变 三判 一看 看 轴 看 线 看 斜率 看 截距 看 面积 看 拐点 并理解其物理意义 二变 掌握 图与图 图与式 和 图与物 之间的变通关系 三判 在此基础上进行正确的分析和判断 2 因交变电流i随时间t的变化规律不再是简单的正比例 线性 关系 故需借助图象法来分析研究 这比单纯地用代数方法显得更为直观 简捷 3 对于正弦交变电流的变化规律 不应只从其随时间按正弦规律变化这一点去认识 还应看到交流的电动势随线圈在匀强磁场中空间位置的变化而变化 随线圈的磁通量变化而变化 处于匀强磁场中的矩形线圈abcd 以恒定的角速度绕ab边转动 磁场方向平行于纸面并与ab垂直 在t 0时刻 线圈平面与纸面重合 如图甲所示 线圈的cd边离开纸面向外运动 若规定由abcda方向的感应电流为正 则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图象是 解析 由题给的条件可知 cd在t 0时 由题图示的位置开始做切割磁感线运动 但感应电动势的大小随线圈平面与磁场方向夹角 的变化为e Blvcos 感应电流可知选项AB错误 又由楞次定律可判断C项正确 D项错误 答案 C 点评 交流电的产生原理和变化规律要理解 不仅要理解线圈绕垂直于磁场的轴旋转时的瞬时电动势表达式 而且要会根据此数学表达式画出其变化的图象 或根据图象写出与图象对应的数学表达式 不仅要会用公式 图象表达交流电 而且还要能想象出与图象对应的物理情景 线圈在磁场中的方位 完成 情景 公式 图象 之间的相互转化 题型训练 1 有一个小型发电机 机内的100匝面积为1m2的矩形线圈在匀强磁场中 以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动 穿过每匝线圈的磁通量 随时间的变化规律如图所示 由此可知发电机电动势瞬时值表达式是 A e 220sin100 t V B e 220cos100 t V C e 314sin100 t V D e 314cos100 t V 解析 Em NB S N m 100 1 0 10 2 100 314 V 因t 0时磁通量变化率最大 故感应电动势最大 故e 314sin100 t V 答案 C 矩形线圈面积为S 匝数为N 线圈电阻为r 在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO 以角速度 匀速转动 外电路电阻为R 当线圈由右图所示位置转过90 的过程中 下列说法正确的是 A 线圈产生的交流电的周期为T B 平均感应电动势C 电阻R所产生的焦耳热D 通过电阻R的电量为 解析 周期 线圈转过90 的时间A错 平均感应电动势R的焦耳热通过R的电量为答案 BC点评 本题涉及了交流电几个物理量的理解及应用 在进行具体计算时 求电路中的电功率 热量时 用有效值 求通过导体横截面的电量时 用平均值 题型训练 2 关于正弦式电流的有效值 下列说法中不正确的是 A 交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的B 在交流电路中 交流电流表和交流电压表的示数表示的都是有效值C 对于正弦式电流 最大值的平方等于有效值平方的2倍D 有效值就是交流电在一周期内的平均值 解析 A涉及交流电有效值的定义 B通过实验得到的结果 C涉及有效值的现实意义 D混淆有效值与平均值的物理含义 答案 D 矩形线圈abcd绕OM轴在匀强磁场中运动 如图所示 当线圈平面与磁感线平行时 穿过线圈的磁通量及磁通量的变化率 当线圈平面与磁感线垂直时又如何 错解 当线圈平面与磁感线平行时 0 穿过它的磁通量变化率为 0 当线圈平面与磁感线垂直时 穿过它的磁通量 BS最大 因而变化率也最大 分析纠错 磁通量 和磁通量变化率是两个不同的概念 好多同学认为 大时 一定大 实际上正好相反 正确解答 当线圈平面与磁感线平行时 0 两边刚好垂直切割磁感线 此时E最大 因而穿过它的磁通量变化率最大 当线圈平面与磁感线垂直时 穿过它的磁通量 BS最大 两边刚好平行于磁感线 此时E 0 因而穿过它的磁通量变化率 0 答案 当线圈平面与磁感线平行时 求穿过线圈的磁通量为零 磁通量的变化率最大 当线圈平面与磁感线垂直时 穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率为零 祝 您 学业有成 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全