《【三维设计】2015高考物理大一轮复习—配套文档：第十章 交变电流 传感器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【三维设计】2015高考物理大一轮复习—配套文档：第十章 交变电流 传感器（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章 交变电流 传感器(1)从近三年高考试题考点分布可以看出，高考对本章内容的考查重点有变压器的原理及应用、交变电流的有效值、交变电流的平均值以及远距离输电等知识的理解和应用。其中针对变压器的原理及应用的题目出现的频率非常高，另外交流电的最大值、瞬时值、平均值、有效值的计算和应用也是考查频率较高的知识点。(2)高考对本章内容的考查主要以选择题的形式出现，多和电路相结合进行命题。试题难度一般在中等及中等偏下的层次。 2015 高考考向前瞻Error!Error!预计在 2015 年高考中，对交流电的考查仍会集中在上述知识点上，仍将通过交变电流的图像考查交变电流的四值、变压器等问题，以分值不超过
2、 6 分的选择题为主。第 1 节交变电流的产生及描述交变电流的产生及变化规律想一想线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交流电，对转轴方位有何要求？电动势的最大值(峰值)跟线圈角速度成正比，跟转轴的位置有关吗？跟线圈的面积成正比，跟线圈的形状有关吗？提示：转轴必须与磁场垂直，电动势的最大值与线圈转轴的位置和线圈的形状无关。记一记1交变电流(1)定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。(2)图像：如图 1011(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 1011(a)所示。图 10112正弦式电流的产生和图像(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕
3、垂直于磁场方向的轴匀速转动。(2)图像：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置时开始计时，其图像为正弦曲线。如图 1011(a)所示。3正弦式电流的函数表达式若 n 匝面积为 S 的线圈以角速度 绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为 enBSsin_t，用 EmnBS 表示电动势最大值，则有 eEmsin t。其电流大小为 i sin tImsin t。eREmR试一试1一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图 1012 甲所示，则下列说法正确的是( )图 1012At0 时刻，线圈平面与中性面垂直Bt0.0
4、1 s 时刻， 的变化率最大Ct0.02 s 时刻，交流电动势达到最大D该线圈产生的交流电动势的图像如图乙所示解析：选 B 由 t 图知，t0 时， 最大，即线圈处于中性面位置，此时 e0，故A、D 两项错误；由图知 T0.04 s，在 t0.01 s 时，0，最大，e 最大，则 B 项正确；t在 t0.02 s 时， 最大，0，e0，则 C 项错误。t描述正弦交流电的物理量记一记1周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式 T。2(2)频率(f)：交变电流在 1 s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)。(3)周期和频率的关系：
5、T 或 f 。1f1T2有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是 I、电压是U，我们就把 I、U 叫做这个交流的有效值。正弦式电流的有效值跟最大值之间的关系是：E Em、I Im，U Um。121212试一试2.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图 1013 所示。此线圈与一个 R10 的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是( )图 1013A交变电流的周期为 0.125 sB交变电流的频率为 8 HzC交变电流的
6、有效值为 A2D交变电流的最大值为 4 A解析：选 C 由图像可知交变电流的周期 T0.250 s，频率 f 4 Hz，故选项 A、B1T错误；交变电流的有效值 IA A， ，故选项 C 正确；交变电流的最大值Um2R202 102Im A2 A，故选项 D 错误。UmR2010考点一Error!Error!正弦式交变电流的变化规律例 1 (多选)(2014广东名校质检)如图 1014 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，导体制作的两个电刷 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
7、确的是( )图 1014A当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大B当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大C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D当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小解析 选 AC 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，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。例 2 (2014连云港摸底)如图 1015 甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈
8、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 1015(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；(3)线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功。解析 (1)由图得 eEmsin t6sin 100t(V)2则电流 i0.6sin 100t(A)eRr2(2)EmBSEm6 V2100mBS 2.7102WbEm(3)E6 V，Em2外力所做的功 WQT7.2102J。E2Rr答案 (1)i 0.6sin 100t(A) (2)2.7102Wb2(3)7.2102 J1两
9、个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，SB， 最大，0，e0，i0，电流方向将发生t改变。(2)线圈平面与中性面垂直时，SB，0，最大，e 最大，i 最大，电流方向不改t变。2书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式 EmnBS 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若线圈从中性面位置开始转动，则 it 图像为正弦函数图像，函数式为 iImsin t。若线圈从垂直中性面位置开始转动，则 it 图像为余弦函数图像，函数式为 iImcos t。考点二Error!Error!交流电四值的理解和应用例 3 (多选)(201
10、3山东高考)图 1016 甲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。线圈绕垂直于磁场的水平轴AOO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像如图乙所示。以下判断正确的是( )图 1016A电流表的示数为 10 AB线圈转动的角速度为 50 rad/sC0.01 s 时线圈平面与磁场方向平行D0.02 s 时电阻 R 中电流的方向自右向左解析 选 AC 根据 it 图像可知，交流电的最大值为 10 A，所以电流表的示数(有2效值)为 10 A，A 正确。交流电的周期 T0.02 s，线圈转动的角速度 100 2Trad
11、/s，B 错误。0.01 s 时，感应电流达到峰值，线圈平面与磁场方向平行，C 正确。0.02 s时，线圈又回到题图所示位置，根据右手定则可以判断，电阻 R 中电流的方向自左向右，D 错误。例 4 (2013福建高考)如图 1017，实验室一台手摇交流发电机，内阻 r1.0 ，外接 R9.0 的电阻。闭合开关 S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势 e10sin 10t(V)，则( )2图 1017A该交变电流的频率为 10 HzB该电动势的有效值为 10 V2C外接电阻 R 所消耗的电功率为 10 WD电路中理想交流电流表的示数为 1.0 AA解析 选 D 由交流电的表达式可知
12、10 rad/s，Em10 V，得 f5 22Hz，E10 V，A、B 错误。I1 A，D 正确。PRI2R9 W，C 错误。ERr交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsin t iImsin t计算线圈某时刻的受力最大值最大的瞬时值EmnBSImEmRr确定用电器的耐压值，如电容器、晶体管等的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正弦式交流电：E Em2U Um2IIm2计算与电流热效应相关的量，如功、功率、热量等；交流电表的测量值；电气设备所标注的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流平均值交变电流图像中图线与时间轴
13、围成面积与时间的比值nEtIERr计算通过电路某一截面的电荷量 q tI“电动机”模型和“发电机”模型是高考题 中时常出现的两种物理模型，凡在安培力作用下 在磁场中运动的通电导体均可看做电动机模型， 在外力作用下在磁场中做切割磁感线运动的导体 均可看做发电机模型，此模型综合考查了磁场力 的作用、电磁感应、恒定电流、交流电、能量转化与守恒等知识。电动机发电机工作原理通电线圈在磁场中受到安培力而转动闭合线圈在磁场中受外力转动，产生感应电动势能量转化电能转化为机械能机械能转化为电能解题要点(1)受力由左手定则来判断(2)能量关系：P总P输出P热(3)实际功率：P实际P额定(4)电压、电流关系：UIR
14、(1)产生的感应电动势方向由右手定则判定(2)感应电动势大小由法拉第电磁感应定律计算(3)注意感应电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值的计算(4)能量转化中满足守恒形象比喻左手抓着电动机右手抓着发电机典例 如图 1018 甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，一个半径r0.10 m、匝数 n20 的线圈套在永久磁铁槽中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)。在线圈所在位置磁感应强度 B 的大小均为 B0.20 T，线圈的电阻为R10.50 ，它的引出线接有 R29.5 的小电珠 L。外力推动线圈框架的 P 端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠。当线圈向右的位移
15、 x 随时间 t 变化的规律如图丙所示时(x 取向右为正)。求：图 1018(1)线圈运动时产生的感应电动势 E 的大小；(2)线圈运动时产生的感应电流 I 的大小；(3)每一次推动线圈运动过程中作用力 F 的大小；(4)该发电机的输出功率 P。解析 (1)由 xt 图，可得线圈的切割速度 v0.8 m/s。xt线圈做切割磁感线运动产生的感应电动势 En2rBv2023.140.10.20.8 V2 V。(2)由闭合电路的欧姆定律，感应电流I A0.2 AER1R220.59.5(3)由于线圈每次运动都是匀速直线运动，由平衡条件 F推F安，即 F推nBI2r200.20.223.140.1 N0.5 N。(4)发电机的输出功率即小电珠的电功率PI2R20.229.5 W0.38 W。答案 (1)2 V (2)0.2 A (3)0.5 N (4)0.38 W题后悟道(1)线圈在辐射形磁场中切割磁感线产生的电动势等于每匝线圈产生电动势的和。(2)线圈所受的安培力等于各匝线圈所受
