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1、,第1单元 交变电流的产生和描述,填一填,1交变电流：大小和 都随时间做 变化的电流，简称交流(AC) 2.正弦式交变电流(如图所示),(1)定义：按 变化的交变电流 (2)产生：将闭合矩形线圈置于 磁场中，并绕 方向的轴做 转动 (3)中性面：与磁场方向 的平面 (4)正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)： a电动势e随时间变化的规律：e . b电压u随时间变化的规律：u .,c电流i随时间变化的规律：i . 其中等于线圈转动的 ，Em . (5)正弦交变电流的图象(如图所示),2交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一 的值，是时间的函数 (2)峰
2、值：交变电流的电流或电压所能达到的 (3)有效值：让交流与恒定电流通过 的电阻，如果它们在一个周期内产生的 相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有 ,(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I ，U ，E . (5)平均值：是交变电流et图象中波形与横轴所围的面积跟时间的比值，其数值可以用 计算,练一练 1如图所示各图线中表示交变电流的是( ),【解析】 交变电流的方向做周期性变化，只有大小变化的电流不是交变电流 【答案】 BCD,【答案】 C,3如图甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交流电如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向，则(
3、) A乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程 B乙图中c时刻对应甲图中的C图 C若乙图中d等于0.02 s，则1 s内电流的方向改变了50次 D若乙图中b等于0.02 s，则交流电的频率为50 Hz,【解析】 由交变电流的产生原理可知，甲图中的A、C两图中线圈所在的平面为中性面，线圈在中性面时电流为零，再经过1/4个周期电流达到最大值，再由楞次定律判断出电流的方向，因此图甲中A至B图的过程电流为正且从零逐渐增大到最大值，A对；甲图中的C图对应的电流为零，B错；每经过中性面一次线圈中的电流方向将要改变一次，所以一个周期以内电流方向要改变两次，所以在乙图中对应Od段等于交变电流的一个周期，若已知
4、d等于0.02 s，则频率为50 Hz,1 s内电流的方向将改变100次，C错；而D选项频率应该是25 Hz. 【答案】 A,【答案】 BD,考点一 正弦交变电流的变化规律及应用 考点梳理 1正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时),3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，根据已知图象读出或由公式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图象为正弦函数图象，函数式为iImsin t. 若线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为iImcos t.,典例应用 (2014天津
5、理综，7)如图1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2中曲线a、b所示，则( ) A两次t0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23 C曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D曲线b表示的交变电动势有效值为10 V,【答案】 AC,【总结提升】 求解交变电流变化规律有关问题的三点注意 (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其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关 (2)注意峰值公式EmnBS中的S为有效面积 (3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交
6、变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解,如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 .从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1 A，那么( ) A线圈消耗的电功率为4 W B线圈中感应电流的有效值为2 A,【答案】 AC,考点二 交流电“四值”的理解与应用 考点梳理 交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较,典例应用,【答案】 D,如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R，当线圈由图示位置转过60的过程中，下列判断正
7、确的是( ),【答案】 B,两种机械模型的分析 1模型概述 “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,2模型比较,如图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.
8、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x随时间t变化的规律如图丙所示时(x取向右为正)求：,(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.,【答案】 (1)2 V (2)0.2 A (3)0.5 N (4)0.38 W,【总结提升】 (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安培力的和 (3)线圈是电源，灯泡是负载，其能量来源是推力做的功. 如图所示为电
9、动机的简化模型，线圈abcd可绕O1O2自由转动当线圈中通入如图所示的电流时，顺着O1O2的方向看去，线圈将( ),A顺时针转动 B逆时针转动 C仍然保持静止 D既可能顺时针转动，也可能逆时针转动 【解析】 在题中图示位置，由左手定则可以判断，ab边受到的安培力向上，cd边受到的安培力向下，则线圈顺时针转动，故A项正确 【答案】 A,如图所示是一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场若从图示位置开始计时，当线框绕
10、固定转动轴匀速转动时，下列图象中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是( ),【解析】 因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线如图所示，即呈辐向分布磁场，磁感应强度的大小不变，仅方向发生改变，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，线框越过空隙段后，由于线框切割磁感线方向发生变化，所以感应电动势的方向发生变化，综上所述，D正确,【答案】 D,模拟题组 1(2015江南六校模拟)一交流电压的图象如图所示，将该交流电压加在一阻值为22 的电阻两端，下列说法中正确的是( ),【答案】 B,2(2015淮南高三质检)如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀
11、速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是( ) A在图中t0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B线圈先后两次转速之比为32 C交流电a的瞬时值为u10sin 5t (V) D交流电b的最大值为5 V,【答案】 BC,高考题组 3(2012广东卷)某小型发电机产生的交变电动势为e50sin 100t(V)对此电动势，下列表述正确的有( ),【答案】 CD,甲 乙,A电流表的示数为10 A B线圈转动的角速度为50 rad/s C0.01 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,【答案】
12、AC,新题快递 5.如图所示的空间存在一匀强磁场，其方向为垂直于纸面向里，磁场的右边界为MN，在MN右侧有一矩形金属线圈abcd，ab边与MN重合现使线圈以ab边为轴按图示方向匀速转动(从上往下看为顺时针转动)，将a、b两端连到示波器的输入端，若ab边中电流从a到b为正，则从下列图中示波器观察到的ab中电流随时间变化的图形是( ),【解析】 本题可将右侧磁场补全，即矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，会产生正弦式交流电，由楞次定律可知：从中性面开始，电流从0开始，沿负向，可画出完整电流随时间变化的图形，在此基础上，去掉右侧磁场，故电流仅在左侧磁场中切割磁感线而产生电流，故选项D正确，选项A、B、C错误 【答案】 D,课时作业(二十九),本小节结束 请按ESC键返回,
