《2018届高三物理一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生和描述课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018届高三物理一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生和描述课件（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十一章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述 知识梳理 知识点1交变电流 交变电流的图象1 交变电流 和 都随时间做周期性变化的电流 最常见的交变电流是 交变电流 大小 方向 正弦式 2 正弦交流电的产生和图象 1 产生 如图所示 在匀强磁场里 线圈绕 方向的轴匀速转动时 可产生正弦式交变电流 2 两个特殊位置 垂直于磁场 垂直 平行 3 变化规律 线圈在中性面位置开始计时 电动势e随时间变化的规律 e 电压u随时间变化的规律 u 电流i随时间变化的规律 i 其中Em Em sin t nBS 知识点2描述交变电流的物理量1 周期和频率 1 周期T 所需的时间 单位是秒 s 公式 T 2
2、频率f 次数 单位是赫兹 Hz 3 周期和频率的关系 T 或f 交变电流完成一次周期性变化 线圈转动 一周 交变电流在1s内完成周期性变化的 2 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值 时刻 最大 热量 所围面积 如图所示是某交变电流的电压随时间的变化关系 则该交流电 1 周期是 s 频率是 Hz 2 电压峰值是220V 有效值是 V 3 0 005s时的瞬时值是 V 0 0075s时的瞬时值是 V 0 02 50 220 220 易错辨析 1 交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化 2 大小变化而方向不变的电流也叫交变电流 3 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时 经过中性
3、面时产生的感应电动势最大 4 在一个周期内 正弦交流电的方向改变两次 5 交变电流电压的有效值与峰值之间的关系是U 6 交流电压表及交流电流表的读数均为瞬时值 提示 1 据交变电流的定义可知 交变电流的方向随时间发生周期性变化 2 方向不变的电流为直流电 3 据中性面的定义可知 此时穿过线圈的磁通量最大 而产生的感应电动势最小 为零 4 线圈经过中性面时方向改变一次 而一个周期内线圈两次经过中性面 5 有效值是根据电流的热效应定义的 只有正 余 弦交流电才是倍的关系 6 交流电的瞬时值是变化的 而电表的读数均为有效值 考点1正弦式交变电流的产生及变化规律 核心要素精讲 1 正弦式交变电流变化规
4、律推导 匀强磁场中 矩形线圈绕垂直于磁场的轴转动时 从中性面开始计时 切割速度与磁感应强度夹角 t 一条边上的电动势 e1 Blvsin Bl Rsin t 总电动势 e 2ne1 2nBl Rsin t nBS sin t 2 两个特殊位置的特点 3 书写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 根据已知图象读出或由公式Em nBS Im 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 线圈从中性面位置开始转动 则i t图象为正弦函数图象 函数式为i Imsin t 线圈从垂直中性面位置开始转动 则i t图象为余弦函数图象 函数式为i Imcos t 高考命题探
5、究 典例1 多选 2014 天津高考 如图甲所示 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 则世纪金榜导学号42722235 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 解析 选A C 线圈位于中性面时 磁通量最大 电动势为零 A正确 转速之比等于周期的反比 故该比值为3 2 B错误 频率为周期的倒数 a的周期为0 04s 频率为25Hz C正确 正弦交变电流的电动势的有效值为E 已知Ea V 且
6、b a 故可知Eb V 5V D错误 强化训练 2017 临汾模拟 一矩形线框在匀强磁场内绕垂直于磁场的轴匀速转动过程中 线框输出的交流电压随时间变化的图象如图所示 下列说法中正确的是 A t 0时刻线框平面与磁场方向平行B 交流电压的频率为4HzC 1s末线框平面垂直于磁场方向 通过线框的磁通量变化最快D 2s末线框平面垂直于磁场方向 通过线框的磁通量最大 解析 选D 由u t图象可知 t 0时刻瞬时电压为零 线框处于中性面 与磁场方向垂直 频率f Hz 0 25Hz 故选项A B错误 由图象可知 1s末交变电压最大 通过线框的磁通量变化率最大 此时线框与磁场方向平行 而2s末交变电压为零
7、此时线框经过中性面 与磁场方向垂直 穿过线框的磁通量最大 故选项C错误 D正确 规律总结 求解正弦式交变电流的三点注意 1 只有当线圈从中性面位置开始计时 电流的瞬时值表达式才是正弦形式 2 注意峰值公式Em nBS 中的S为有效面积 3 转轴相对线圈的位置改变 线圈的形状改变时 电动势仍可由Em nBS 计算 加固训练 1 一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动 在转动过程中 线框中的最大磁通量为 m 最大感应电动势为Em 下列说法中正确的是 A 当磁通量为零时 感应电动势也为零B 当磁通量减小时 感应电动势也减小C 当磁通量等于0 5 m时 感应电动势等于0 5EmD 角
8、速度 等于 解析 选D 根据正弦式交变电流的产生及其变化规律 当磁通量最大时 感应电动势为零 当磁通量减小时 感应电动势在增大 磁通量减为零时 感应电动势最大 由此可知A B项错误 设从线框位于中性面开始计时 则有e Emsin t 式中Em BS 因 m BS 故角速度 D项正确 设e 0 5Em 则解出 t 此时 B Scos所以C项错误 2 多选 如图所示为交流发电机示意图 线圈的AB边连在金属滑环K上 CD边连在滑环L上 导体做的两个电刷E F分别压在两个滑环上 线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接 关于其工作原理 下列分析正确的是 A 当线圈平面转到中性面时 穿过线圈的磁
9、通量最大B 当线圈平面转到中性面时 线圈中的感应电流最大C 当线圈平面转到跟中性面垂直时 穿过线圈的磁通量最小D 当线圈平面转到跟中性面垂直时 线圈中的感应电流最小 解析 选A C 当线圈平面转到中性面的瞬间 穿过线圈的磁通量最大 磁通量变化率为零 感应电动势为零 线圈中的感应电流为零 故选项A正确 B错误 当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间 穿过线圈的磁通量最小 磁通量变化率最大 感应电动势最大 感应电流最大 选项C正确 D错误 考点2交变电流有效值的求解 核心要素精讲 1 公式法 利用计算 此方法只适用于正弦式交变电流 2 定义法 1 设阻值 定时间 设将交变电流加在阻值为R的电阻上 时间取
10、t T 2 求热量 Q Q1 Q2 分段法 3 求解有效值 根据Q I2Rt t代入求解有效值 3 比例法 由P I2R P 可知 R一定时 P I2 P U2 所以可根据功率的变化比例确定有效值的变化比例 此方法适合分析对两种状态进行对比的问题 自思自悟 1 什么时候应用公式法求有效值 2 按有效值的定义计算有效值的思路是什么 3 功率与有效值间有什么样的比例关系 高考命题探究 典例2 如图所示为一交流电的电流随时间变化的图象 此交流电的有效值是 世纪金榜导学号42722236 A 2 5AB 3 5AC 5AD 5A 解析 选D 交流电的有效值是根据其热效应而定义的 它是从电流产生热量相等
11、的角度出发 使交流电与恒定电流等效 设交流电的有效值为I 令该交流电通过一个纯电阻用电器R 在一个周期内有I2RT 所以该交流电的有效值为I 代入数据得I 5A 故D正确 迁移训练 迁移1 正弦式交变电流的有效值电阻R1 R2与交流电源按照图甲所示方式连接 R1 10 R2 20 合上开关S后 通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示 则 A 通过R1的电流有效值是AB R1两端的电压有效值是6VC 通过R2的电流最大值是AD R2两端的电压最大值是6V 解析 选B 首先从交变电流图象中找出交变电流的最大值即为通过R2的电流的最大值 为A 由正弦交变电流最大值与有效值的关系Im
12、 I 可知其有效值为0 6A 由于R1与R2串联 所以通过R1的电流的有效值也是0 6A A C错误 R1两端电压的有效值为U1 IR1 6V B正确 R2两端电压的最大值为Um2 ImR2 D错误 迁移2 部分缺失的正弦式交变电流的有效值如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压 正弦交流电的每一个二分之一周期中 前面四分之一周期被截去 则现在电灯上电压的有效值为 解析 选D 由题给图象可知 交流电压的变化规律具有周期性 用电流热效应的等效法求解 设电灯的阻值为R 正弦交流电压的有效值与峰值的关系是U 由于一个周期内半个周期有交流电压 一周期内交流电产生的热量为Q 设交流电压的有效值为U
13、 由电流热效应得Q 所以该交流电压的有效值U 选项D正确 迁移3 方形波的有效值通过一阻值R 100 的电阻的交变电流如图所示 其周期为1s 电阻两端电压的有效值为 A 12VB 4VC 15VD 8V 解析 选B 根据图象 一个周期T 1s 设该交变电流的有效值为U 0 0 4s的时间间隔为t1 0 4s 0 4 0 5s的时间间隔t2 0 1s 根据电流的热效应 由2 I12Rt1 I22Rt2 T 解得U 4V B正确 加固训练 如图所示电路 电阻R1与电阻R2阻值相同 都为R 与R1并联的D为理想二极管 正向电阻可看作零 反向电阻可看作无穷大 在A B间加一正弦交流电u 20sin10
14、0 t V 则加在R2上的电压有效值为 A 10VB 20VC 15VD 5V 解析 选D 由二极管的单向导电性可知 加在R2上的电压波形为半个周期最大值为20V 半个周期最大值为10V 由有效值的定义可得可得加在R2上的电压有效值为5V 选项D正确 考点3交变电流 四值 的比较和应用 核心要素精讲 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值的比较 高考命题探究 典例3 2015 四川高考 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
15、则发电机输出电压 世纪金榜导学号42722237 A 峰值是e0B 峰值是2e0C 有效值是Ne0D 有效值是Ne0 思考探究 1 矩形线圈ab边和cd边产生的感应电流的方向在闭合电路中是相同还是相反 提示 由于它们切割磁感线的方向相反 故产生的感应电动势的方向相反 但对于感应电流的方向在闭合电路中 所以产生感应电流的方向相同 2 该交流电的最大值与有效值之间有什么关系 提示 产生的是正弦式交变电流 E 3 若线圈以ab边为轴以相同的角速度匀速转动 则发电机的输出电压变大还是变小 提示 输出电压的大小与转轴位置无关 所以输出电压不变 解析 选D 由题意可知 线圈ab边和cd边产生的感应电动势的
16、最大值都为e0 因此对于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系可知 U 即U Ne0 故C错误 D正确 强化训练 1 多选 2017 青岛模拟 一交变电流的图象如图所示 由图可知 A 用电流表测该电流 其示数为14 1AB 该交变电流的频率为50HzC 该交变电流通过10 电阻时 电阻消耗的电功率为1000WD 该交变电流瞬时值表达式为i 14 1sin628t A 解析 选C D 根据图象知交变电流的有效值为10A 则电流表示数为有效值10A 选项A错误 周期T 0 01s 频率为100Hz 选项B错误 通过10 的电阻 电功率P I2R 1000W 选项C正确 瞬时值表达式为i Imsin t 14 1sin200 t A 14 1sin628t A 选项D正确 2 如图所示 N 50匝的矩形线圈abcd ab
