2019-2020年高三物理3-2选修教材(必考内容)新课标人教版.doc

2019-2020年高三物理3-2选修教材(必考内容)新课标人教版教学目标：1知道交变电流产生的原理，正弦式电流的图象和三角函数表达2理解最大值与有效值，周期与频率3知道电阻、电感和电容对交变电流的作用，感抗和容抗本讲重点：交变电流的描述、有效值本讲难点：交流电路的分析与计算考点点拨：1交变电流的瞬时值2交变电流的最大值3交变电流的平均值4交变电流的有效值一、考点扫描（一）知识整合1正弦交流电的产生及其变化规律（1）大小和方向都随时间做 变化的电流叫交变电流，按 规律变化的电流叫正弦交流电。（2）交变电流的产生：矩形线圈在 磁场中绕 ，以某一角速度 转动，线圈中将产生正弦式交流电。（3）在线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有感应电流，这样的位置叫 。在此位置时，磁通量 ，磁通量的变化率 ，线圈中感应电动电动势 ，线圈每次经过此位置时，电流方向就改变一次，一周内电流方向改变 次，50HZ的交流电，在1秒内电流改变 次方向。（4）若从中性面开始计时，交流电的瞬时表达式为：i= ，u= ，e= ，试写出推导过程。2表征交变电流的物理量（1）交变电流的最大值（也叫峰值），Em= 。（2）交变电流的有效值是根据电流的 规定的，使交变电流和直流电通过同一电阻，若在相等时间内产生的热量相等，我们就把这一直流电的数值叫做这一交变电流的有效值。交流用电设备上所标的额定电压和额定电流指的就是有效值，交流电压表和交流电流表的示数是有效值，在无特别说明时，交流电的数值都是指有效值。（3）交变电流的有效值I、U、E与最大值Im、Um、Em之间的关系为 。（4）周期：交变电流完成一次 ，叫周期。表示符号是 ，单位是 。（5）频率： ，叫频率。表示符号是_，单位是_。周期与频率的关系式为_。（二）重难点阐释1正弦交流电的产生当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，闭合线圈中就有交流电产生如图所示设矩形线圈abcd以角速度绕oo 轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆时针方向转动此时，线圈都不切割磁感线，线圈中感应电动势等于零经过时间t线圈转过t角，这时ab边的线速度v方向跟磁感线方向夹角等于t ，设ab边的长度为l，bd边的长度为l，线圈中感应电动势为当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，线圈转过时间，t=，ab边和cd边都垂直切割磁感线，sint=1，线圈中感应电动势最大，用Em来表示，Em=BS则e=Emsint。根据闭合电路欧姆定律：，令，则i=Imsint路端电压u=iR=ImRsint，令Um=ImR，则u=Umsint 如果线圈从如图所示位置开始转动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化e=Emcost ，i=Imcost ，u=Umcost 2中性面当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面应注意：中性面在垂直于磁场位置线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大线圈平面通过中性面时感应电动势为零线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次3正弦交流电的图象 当线圈从中性面开始转动，在一个周期中：在t=0T/4内，线圈中感应电动势从0达到最大值Em在t =T/4T/2内，线圈中感应电动势从最大值Em减小到0在t =T/23T/4内，线圈中感应电动势从0增加到负的最大值-Em在t =3T/4T内，线圈中感应电动势的值从负的最大值-Em减小到0电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，如图所示二、高考要点精析（一）交变电流的瞬时值考点点拨它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流电瞬时值表达式为：，。注意必须从中性面开始计时。生活中用的市电电压为220V，其最大值为220V=311V（有时写为310V），频率为50HZ，所以其电压瞬时值的表达式为u=311sin314tV。【例1】有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？解析：由正弦交流电的最大值与有效值U的关系得：Um=120V设t=0时交流电的瞬时电压U=0则交流电的瞬时表达式为U=120sin100t V如图所示，画出一个周期内交流电的U-t图象，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1，当U=U0=60V时，由上式得t1=1/600s，再由对称性求得一个周期内能发光的时间：t=T-4t1=再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为：t=很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有1/300s（如图t2时刻到t3时刻）由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约1/16s为远大于1/300s，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉。（二）交变电流的最大值考点点拨也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。【例2】把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？解析：不低于200V，不少学生往把电容器与灯泡类比，额定电压220 V的灯泡接在220 V的交流电源上正常发光.从而错误的认为电容器的耐压值也只要不低于220V即可，事实上，电容器接在交流电路中一直不断地进行充、放电过程.电容器两极间电压最大可达200V，故电容器C的耐压值应不低于200V.（三）交变电流的平均值考点点拨交变电流的平均值是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律来求，特殊地，当线圈从中性面转过90度的过程中，有.计算平均值切忌用算术平均法即求解。平均值不等于有效值。【例3】如图所示，求线圈由图示位置转过60角的过程中，通过线圈某一横截面的电量.解析：在计算电量问题中，一定要用电流、电压平均值而又，（四）交变电流的有效值考点点拨交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：，对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值。用电器上所标电压、电流值也是指有效值.在计算交流电通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值。【例4】交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中，求：通过R的电荷量q为多少？R上产生电热QR为多少？外力做的功W为多少？解析：按照电流的定义I=q/t，计算电荷量q应该用电流的平均值：即，这里电流和电动势都必须要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬时值。求电热应该用有效值，先求总电热Q，再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR。，。这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值。根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出电热。因此W=Q 。一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能。【例5】如图所示，两平行导轨与水平面间的倾角为，电阻不计，间距L0.3m，长度足够长，导轨处于磁感应强度B1T，方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.导轨两端各接一个阻值为R02电阻，另一横跨在导轨间的金属棒质量m1kg，电阻r1棒与导轨间的滑动摩擦因数0.5，当金属棒以平行于导轨的向上初速度010m/s上滑，直至上升到最高点过程中，通过上端电阻电量0.1C（g取10m/s2），求上端电阻R0产生的焦耳热？（1）（2）解析：设棒沿斜面能上升的最大距离为s，磁感应强度B垂直斜面向上，则等效电路和导体棒受力分析分别如图（1）、（2）所示。由图可知，在棒上升过程中，通过棒某一截面的电量应为2。由得而 s=m设电路各电阻消耗的总焦耳热为R从金属棒开始运动到最高点过程，利用能量守恒关系有mgcossmgsinsR5J此题中，求电阻产生的焦耳热应该用电流的有效值计算，由于无法求，因此只能通过能量关系求得.考点精炼1左图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 Pu V1 2 3 4 5Ot/10-2su/V311A.110V B.156VC.220V D.311Vx/my/mO0.3F2如图所示，一个被x轴与曲线方程（m）所围的空间中存在着匀强磁场。磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B=0.2T。正方形金属线框的边长是L=0.40m，电阻是R=0.1，它的一边与x轴重合，在拉力F的作用下，以v=10m/s的速度水平向右匀速运动。试求：（1）拉力F的最大功率是多少？（2）拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区？（3）有位同学在老师的帮助下算出了曲线与x轴所围的面积为m2。请你再帮他算出线框右边框通过磁场区域的过程中通过线框某一截面的电荷量。（结果保留两位有效数字）考点精炼参考答案1解：从u-t图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为220V；后半周期电压为零。根据有效值的定义， ，得U=156V，选B。2解：（1）当线框的一条竖直边运动到x=0.15m处时，线圈的感应电动势最大。Em=BLv=0.20.210（V）=0.4V 根据欧姆定律可得最大电流为：A 所以拉力F的最大值为：Fm=BLIm=0.240.2（N）=0.16N 拉力F最大功率为：Pm=Fmv=0.1610（W）=1.6W （2）把线框拉过磁场区域时，因为有效切割长度是按正弦规律变化的，所以，线框中的电流也是按正弦规律变化的（有一段时间线框中没有电流）。电动势的有效值是：V 通电时间为：s 拉力做功：J （3）通过线框截面的电荷量 而 所以 当磁场全部进入线框内部时，通过线框截面的电荷量最多，C C 三、考点落实训练1一个矩形线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生交变电动势的瞬时表达式为e = 10sin4tV ，则（ ）A该交变电动势的频率为2Hz B零时刻线圈平面与磁场垂直Ct=0.25s时，e达到最大值 D在1s时间内，线圈中电流方向改变100次2下列关于交变电流的说法正确的是（ ）A交变电流的大小和方向都一定随时间变化B交变电流的有效值就是平均值C线圈平面跟磁场垂直时，穿过线圈的磁通量最大，而感应电动势为零D线圈平面跟磁场平行时，穿过线圈的磁通量为零，而感应电动势为零3一个矩形线圈的匝数为N匝，线圈面积为S ，在磁感强度为B的匀强磁场中以的角速度绕垂直磁感线的轴匀速转动，开始时，线圈平面与磁场平行。对于它产生的交变电动势，下列判断正确的是（ ）A瞬时表达式为e = NBSsint B有效值为NBSC平均值为NBS D频率为24如图所示，正弦波和方波交变电流的最大值相等，周期也相等，现把它们通入完全相同的电阻，则在相同的时间（远大于周期）内，两电阻发热之比Q甲/Q乙等于（ ）A1/ B1/2 C1/4 D1/15如图甲所示，A、B为相同的环形线圈，它们共轴且相距很近，A线圈中通有图乙所示的交变电流，则（ ）A在t1时刻，A、B的相互作用力为零B在t1到t2时间内，A、B相互吸引C在t2到t3时间内，A、B相互排斥D在t2时刻，A、B的相互作用力最大6如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕OO轴匀速旋转，产生感应电动势最小的位置是（ ）. A.线圈平面与磁力线平行 B.线圈平面与磁力线成45角 C.线圈平面与磁力线成60角 D.线圈平面与磁力线垂直 7一个电热器接在10V的直流电源上，具有一定的热功率.把它改接在交流电源上要使其热功率为原来的一半，则交流电源电压的最大值应为（ ）. A.7.07V B.6V C.14V D.10V 8处在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），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变化的图线是（ ）9正弦交流电源与电阻R、交流电压按照甲图所示的方式连接，R=10，交流电压表的示数是10V，乙图是交变电源输出电压u随时间变化的图象，则：甲图A通过R 的电流i随时间t变化的规律是icos100t（A）B通过R 的电流i随时间t变化的规律是i=cos50t（A）CR两端的电压uR随时间t的变化规律是uR=5cos100t（v）DR两端的电压uR随时间t的变化规律是uR=5cos50t（v）10将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它的磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为p的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为：11一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动，形成如图所示的交变电动势图象，试根据图象求出：（1）线圈转动的角速度；（2）电动势的有效值；（3）t = 1.0102s时，线圈平面和磁场方向的夹角。12如图所示，为一交流发电机和外接负载的示意图，发电机电枢线圈为n匝的矩形线圈，边长 = L1 ， = L2 ，绕OO轴在磁感强度为B的磁场中以角速度转动（不计一切摩擦），线圈电阻为r ，外电路负载电阻为R 。试求：（1）电路中伏特表的示数；（2）线圈每转动一周，外力所做的功。参考答案1AB 2C 3B 4B 5ABC 6D 7D 8C . 9A . 10B 11（1）105rad/s ；（2）14.1V ；（3）3012（1）；（2）