高考物理一轮总复习 专题十 第1讲 交变电流的产生和描述课件 新人教版.ppt

专题十交变电流 第1讲 交变电流的产生和描述 一 交变电流1 定义 和 都随时间周期性变化的 电流 简称交变电流 大小 方向 2 图象 如图10 1 1 a b c d 所示都属于交变电流 其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流 如图 a 所示 图10 1 1 二 正弦式交变电流 正 余 弦规律 磁场 匀速 1 定义 按 变化的交变电流 2 产生 闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于 方向的轴 从中性面开始 转动 线圈中产生的电流 1 中性面 与磁场方向 的平面 线圈平面位于中性面时 穿过线圈平面的磁通量 而磁通量的变化率为 产生的感应电动势为 线圈每经过中性面一次 电流方向就改变 线圈转动一周 两次经过 3 两个重要位置 垂直 最大 零 零 中性面 所以电流方向改变 一次 两次 2 与中性面垂直的位置 穿过线圈平面的磁通量为 磁通量的变化率 产生的感应电动势 零 最大 最大 4 正弦交变电流的瞬时表达式 线圈在中性面位置开始计时 5 确定交变电流瞬时值表达式的基本思路 1 确定正弦交变电流的峰值 根据已知图象或由公式Em nBS 求出相应峰值 2 明确线圈的计时位置 找出对应的函数关系式 线圈从中性面开始转动 则i t图象为正弦函数图象 函 数式为i Imsin t 线圈从垂直中性面开始转动 则i t图象为余弦函数图象 函数式为i Imcos t 基础检测 1 2015年江苏连云港摸底 如图10 1 2甲所示为一台小型发电机的示意图 单匝线圈逆时针转动 若从中性面开始计时 产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示 已知发电机线圈内阻为1 0 外接灯泡的电阻为9 0 求 图10 1 2 1 写出流经灯泡的瞬时电流的表达式 2 转动过程中穿过线圈的最大磁通量 数 通常用f表示 单位是 3 周期和频率的关系 1 周期 交变电流完成一次 变化所需的时间 通常用T表示 单位是 2 频率 交变电流在 内完成周期性变化的次 三 表征交变电流的物理量 1 周期和频率 周期性 秒 赫兹 单位时间 2 峰值和有效值 最大值 电流的热效应 相同 1 峰值 指交变电流的电动势 电压或电流的 2 有效值 是根据 来规定的 让交变电流和恒定电流分别通过 的电阻 使它们在 时间内产生的 相等 就把这一直流电的I U值叫做这一 交流电的电流 电压的有效值 相等 热量 3 正弦式交变电流的有效值和最大值之间的关系 E I U 基础检测 2 多选 2014年广东惠州一调 家庭中用的取暖器 正常工作时所用电压是按照图10 1 3中正弦规律变化的交流电 取 暖器正常工作时的电流是3A 下列表述正确的是 图10 1 3 A 该交流电电压的有效值是220VB 该交流电的周期是0 01s C 该交流电电压的瞬时表达式为u 311sin100t V D 取暖器正常工作时的功率是660W答案 AD 考点1正弦交变电流的产生及图象 重点归纳 交流电的产生及图象问题的分析方法分析要点 一看 二变 三判 一看 看 轴 看 点 看 斜率 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 考点练透 1 多选 2013年山东卷 如图10 1 4甲所示是小型交流发电机的示意图 两磁极N S间的磁场可视为水平方向的匀强 磁场 为交流电流表 线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO 沿逆时针方向匀速转动 从图示位置开始计时 产生的交变电 流随时间变化的图象如图乙所示 以下判断正确的是 图10 1 4 A 电流表的示数为10A B 线圈转动的角速度为50 rad s C 0 01s时线圈平面与磁场方向平行 D 0 02s时电阻R中电流的方向自右向左答案 AC 2 多选 2014年广东深圳二模 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 产生的感应电动势e随时间t变 化的规律如图10 1 5所示 下列说法正确的有 图10 1 5A t1时刻线圈位于中性面B t2时刻通过线圈的磁通量最大 C 电动势的有效值为 D 一个周期内交变电流的方向改变一次答案 AC 考点2正弦交变电流的四值问题 重点归纳 正弦式交变电流四值的计算及应用 续表 只适用于正弦式交变电流 典例剖析例1 多选 2014年天津卷 如图10 1 6甲所示 在匀强磁场中 一矩形金属线圈两次分别以不同的转速 绕与磁感线垂直的轴匀速转动 产生的交变电动势图象如图乙中曲线a b 所示 则 图10 1 6 A 两次t 0时刻线圈平面均与中性面重合B 曲线a b对应的线圈转速之比为2 3C 曲线a表示的交变电动势频率为25HzD 曲线b表示的交变电动势有效值为10V 思维点拨 由图乙可以看出 a b均为正弦式交变电流 由二者的周期关系可求出二者的角速度关系 进而求两者峰值的关系 再确定b的有效值 答案 AC 考点练透 3 多选 2015年河北联考调研 如图10 1 7所示 有一矩形线圈 面积为S 匝数为N 内阻为r 绕垂直磁感线的对称轴OO 以角度速 匀速转动 从图示位置转90 的过程中 下 列说法正确的是 图10 1 7 答案 BC 4 多选 2015年河北沧州五校联考 如图10 1 8所示 一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO 匀速转动 转动周期为T0 线圈产生的电动势的最大值为Em 则 图10 1 8 C 线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为EmD 经过2T0的时间 通过线圈电流的方向改变2次答案 BC 方法 等效替代法 1 等效法是在保证某种效果相同的前提下 将实际的 复杂的物理问题和物理过程转化为等效的 简单的 易于研究的物理问题和物理过程来研究和处理的方法 2 运用等效法处理问题的一般步骤为 1 分析原事物 需研究求解的物理问题 的本质特性和非本 质特性 2 寻找适当的替代物 以保留原事物的本质特性 抛弃非 本质特性 3 研究替代物的特性及规律 4 将替代物的规律迁移到原事物中去 5 利用替代物遵循的规律 方法求解 得出结论 例2 2013年海南卷 通过一阻值R 100 的电阻的交变电流如图10 1 9所示 其周期为1s 电阻两端电压的有效值为 图10 1 9 审题突破 选定一个周期 在一个周期内用热效应相同来求解 答案 B题外拓展 高中物理中常用等效替代的思想进行解题 如 1 力的等效 合力与分力之间的等效 2 运动的等效 合运动和分运动的等效 3 模型的等效 如碰撞各类模型的等效 触类旁通 2015年河北唐山模拟 一个U形金属线框在匀强磁场中绕OO 轴以相同的角速度匀速转动 通过导线给同一电阻R供电 如图10 1 10甲 乙所示 其中甲图中OO 轴右侧有磁场 乙图中整个空间均有磁场 两磁场磁感应强度相同 则甲 乙 两图中交流电流表的示数之比为 图10 1 10 图D50 答案 A 易错点 四值问题的计算 例3 2015年四川卷 小型手摇发电机线圈共N匝 每匝可简化为矩形线圈abcd 磁极间的磁场视为匀强磁场 方向垂直于线圈中心轴OO 线圈绕OO 匀速转动 如图10 1 11所示 矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为 图10 1 11 e0 不计线圈电阻 则发电机输出电压 答案 D 触类旁通 2015年北京海淀区联考 如图10 1 12甲所示 长 宽分别为L1 L2的矩形金属线框位于竖直平面内 其匝数为n 总电阻为r 可绕其竖直中心轴O1O2转动 线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C D 集流环 焊接在一起 并通过电刷和定值电阻R相连 线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场 磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示 其中B0 B1和t1均为已知 在0 t1的时间内 线框保持静止 且线框平面和磁场垂直 t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度 匀速转动 求 图10 1 12 1 0 t1时间内通过电阻R的电流大小 2 线框匀速转动后 在转动一周的过程中电流通过电阻R 产生的热量 3 线框匀速转动后 从图甲所示位置转过90 的过程中 通过电阻R的电荷量 nL1L2 B1 B0 I 解 1 0 t1时间内 线框中的感应电动势 E n tt1 根据闭合电路欧姆定律可知 通过电阻R的电流 ER r nL1L2 B1 B0 R r t1