高考物理大一轮复习专题十交变电流第1讲交变电流的产生和描述课件.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 大小 方向 1 定义 和 都随时间周期性变化的电流 简称交变电流 2 图象 如图10 1 1甲 乙 丙 丁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 如图甲所示 甲 乙 丙 丁 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 3 两个重要位置 垂直 最大 零 零 一次 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 两次经过中性 面 所以电流方向改变 零 最大 最大 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 两次 基础检测 1 2016年山东烟台模拟 在匀强磁场中 一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动 如图10 1 2甲所示 产生的交变电动势随时间变化规律的图象如图乙所示 已知发电机线 圈内阻为1 0 外接一个电阻为9 0 的灯泡 则 甲 乙 图10 1 2 A 电压表 的示数为20V B 电路中的电流方向每秒改变5次C 灯泡实际消耗的功率为36WD 电动势随时间变化的瞬时值表达式为e 20cos5 t V 解析 根据题图乙可知 交变电流的周期T 0 2s 频率f 5Hz 所以电路中的电流方向每秒改变10次 B错误 电动 数为灯泡两端电压U IR 2 9V 18V A错误 灯泡的实际功率为P I2R 36W C正确 答案 C 三 表征交变电流的物理量 1 周期和频率 周期性 秒 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 单位时间 赫兹 2 频率 交变电流在 内完成周期性变化的次数 通常用f表示 单位是 3 周期和频率的关系 T 1f 2 峰值和有效值 最大值 电流的热效应 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 变电流的电流 电压的有效值 相同 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 如图10 1 3所示是某种正弦式交变电压的波形图 由图 可确定 A 最大值是311VB 周期是0 01sC 有效值是311V D 表达式为U 220sin100 t V 图10 1 3 解析 由题图可知 交流电的最大值是311V 有效值为 V 220V 周期为0 02s 表达式为U 311sin100 t V 故选A 答案 A 线圈平面与中性面重合时 S B 最大 考点1正弦交变电流的产生及图象 重点归纳1 正弦式交变电流的产生 1 线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 2 两个特殊位置的特点 t 0 e 0 i 0 电流方向将发生改变 最大 e最 线圈平面与中性面垂直时 S B 0 t 大 i最大 电流方向不改变 3 电流方向的改变 线圈通过中性面时 电流方向发生改变 一个周期内线圈两次通过中性面 因此电流的方向改变两次 4 交变电动势的最大值Em nBS 与转轴位置无关 与线圈形状无关 2 正弦式交变电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计 时 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 甲 乙 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 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 续表 典例剖析例1 多选 2014年天津卷 如图10 1 5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 5 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 解析 t 0时刻 两次产生的交流电的电动势瞬时值均为零 因此线圈平面均与中性面重合 A项正确 图中a b对应 答案 AC 考点练透 2 多选 2016年新课标全国卷 如图10 1 6所示 M为半圆形导线框 圆心为OM N是圆心角为直角的扇形导线框 圆心为ON 两导线框在同一竖直面 纸面 内 两圆弧半径相等 过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场 磁场方向垂直于纸面 现使线框M N在t 0时从图示位置开始 分别绕垂直于纸面 且过OM和ON的轴 以相同的周期T逆时针匀速转动 则 图10 1 6 A 两导线框中均会产生正弦交流电 B 两导线框中感应电流的周期都等于T D 两导线框的电阻相等时 两导线框中感应电流的有效值 也相等 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 7所示 其周期为1s 电阻两端电压的有效值为 图10 1 7 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 如图10 1 8所示 甲 乙为两种电压的波形 其中图甲所示的电压按正弦规律变化 图乙所示的电压波形是正弦函数图 象的一部分 下列说法正确的是 图10 1 8 A 图甲 图乙均表示交变电流B 图甲所示电压的瞬时值表达式为u 20sin100 t V C 图乙所示电压的有效值为20VD 图乙所示电压的有效值为10V解析 根据交变电流的定义 题图甲 图乙均表示交变电流 选项A正确 图甲所示电压最大值为Um 20V 周期为 示电压的有效值为U 10V 选项C错误 D正确 答案 ABD 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 9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e0 不计线圈电阻 则发电机输出电压 图10 1 9 正解分析 由题意可知 线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0 因此对单匝矩形线圈总电动势最大值为2e0 又因为发电机线圈共N匝 所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne0 根据闭合电路欧姆定律可知 在不计线圈内阻时 输出电压等于感应电动势的大小 即其峰值为2Ne0 故选项A B错误 又由题意可知 若从图示位置开始计时 发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流 由其有效值与峰值的关 答案 D 触类旁通 如图10 1 10所示 矩形线圈abcd与可变电容器C 理想 电流表 组成闭合电路 线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场 的bc边匀速转动 转动的角速度 100 rad s 线圈的匝数N 100匝 边长ab 0 2m ad 0 4m 电阻不计 磁场只分布 16 T 电容器放电时间不 在bc边的左侧 磁感应强度大小B 计 下列说法正确的是 图10 1 10A 该线圈产生的交流电动势峰值为50V B 该线圈产生的交流电动势有效值为25 V C 电容器的耐压值至少为50VD 电容器的电容C变大时 电流表的示数变小答案 B