《2020版高考物理总复习 第十一章 第1节 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《2020版高考物理总复习 第十一章 第1节 交变电流的产生和描述课件（57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,高考导航(教师备用),1.考查方式:高考涉及考点有交变电流的产生规律、图像及变压器的工作原理,一般难度中等或者中等偏下,以选择题居多. 本章还将重点考查: (1)交变电流产生的原理、图像表达式及有效值的计算; (2)变压器原理中的电压比、电流比、功率关系及输电过程中的能量损耗. 说明:(1)不要求讨论交变电流的相位和相位差的问题;(2)只限于单相理想变压器. 2.命题趋势:变压器结合电路分析仍将是今后命题的热点.,第1节 交变电流的产生和描述,基础过关,考点研析,素养提升,基础知识,一、交变电流 1.交变电流:大小和方向随时间做 变化的电流.,周期性,基础过关 紧扣
2、教材自主落实,2.正弦交流电的产生和图像 (1)产生:如图所示,在匀强磁场里,线圈绕 方向的轴匀速转动.,垂直于磁场,(2)中性面 定义:与磁场方向 的平面.,垂直,特点:线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量 ,磁通量的变化率为 ,感应电动势为 .线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次. (3)图像:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图像为 曲线,如图所示.,最大,零,零,正弦,1.人教版教材选修3-2 P31手摇教学发电机产生交变电流;转动手柄,观察红黄二极管的发光情况,请问观察到什么现象?说明什么问题?,答案:转动速度较慢的时候,观察到两个二极管轮流发光且
3、比较暗;转速稍微加快,两个发光二极管亮度增大且几乎同时闪闪发光,分不出前后,说明电流的方向不断改变,改变快慢与线圈转动的速度有关.,2.人教版教材选修3-2 P32图5.1-3交流发电机线圈的平面示意图中,设匀强磁场磁感应强度为B,正方形线圈边长为L,匝数为n,以O1O2为起点、角速度匀速转动,经过时间t转至实线位置,试推导此时线圈中感应电动势的表达式.,二、描述交变电流的物理量 1.交变电流的周期和频率的关系:T= .,2.交变电流的“四值” (1) 值:交变电流某一时刻的值,是时间的函数. (2) 值:交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值,也叫最大值. (3) 值:跟交变电流的
4、热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效 值.对正弦交流电,其有效值和峰值的关系为:E= ,U= ,I= . (4)平均值:用 =n 来计算.,瞬时,峰,有效,特别提醒 通常所说交变电流、电压的数值,各种交流电气设备所标的额定电压和额定电流的数值,一般交流电表测量的数值,都是指有效值(除非有特殊说明).,(1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化.( ),过关巧练,1.思考判断,(2)线圈经过中性面位置时产生的感应电动势最大.( ) (3)我国使用的交流电周期是0.02 s,电流方向每秒钟改变100次.( ) (4)任何交变电流的最大值Im与有效值I之间的关系是Im= I.( )
5、(5)交流电压表及电流表的读数均为峰值.( ),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,如图所示.此线圈与一个R=10 的电阻构成闭合电路,电路中的其他电阻不计.下列说法正确的是( ),C,A.交变电流的周期为0.125 s B.交变电流的频率为8 Hz C.交变电流的有效值为 A D.交变电流的最大值为4 A,A,考点一 交变电流的产生及变化规律,1.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时),考点研析 核心探究重难突破,2.两个特殊位置及其特点,3.三点注意 (1)只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,就产生正弦式
6、交变电流,其变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关. (2)-t图像与对应的e-t图像是互余的. (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.,【典例1】 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(甲)所示,产生的交变电动势的图像如图(乙)所示,则( ) A.t=0.005 s时线框的磁通量变化率为零 B.t=0.01 s时线框平面与中性面重合 C.线框产生的交变电动势有效值为311 V D.线框产生的交变电动势频率为100 Hz,B,【针对训练】 如图(甲)所示,一矩形线圈abcd放置在匀
7、强磁场中,并绕过ab, cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角= 45时,如图(乙)所示为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正,则四幅图正确的是( ),D,考点二 交变电流有效值的求解,2.交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的,所以进行有效值计算时,要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算.注意“三同”即“相同电阻”上,“相同时间”内产生“相同热量”.计算时“相同时间”至少要取一个周期的时间.,3.几种典型的交变电流及其有效值,4.在交流电路中,在没有具体说明的情况下,电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值.,
8、【典例2】 如图所示是某种交变电流的电流随时间变化的图线,i0部分的图线是一个正弦曲线的正半周,i0部分的图线是另一个正弦曲线的负半周,其最大值如图中所示,则这种交变电流的有效值为( ),C,思路探究 (1)0T周期内,电流的有效值怎么计算?,答案:连续的正弦式交变电流的有效值等于最大值除以 .,(2)03T周期内,电流的有效值怎么计算? 答案:非连续的正弦式交变电流的有效值按热效应来计算.,反思总结 (1)高中阶段可以定量求解有效值的只有正弦式交变电流(或其一部分),方波式电流及其组合.,(3)正弦式半波、矩形脉动等交变电流只能利用电流热效应计算有效值.,1.定义法通过一阻值R=100 的电
9、阻的交变电流如图所示,其周期为1 s.电阻两端电压的有效值为( ),B,题组训练,2.公式法如图(甲)所示,将电阻R1,R2并联后再与R3串联,并通过开关S与交流电源连接成闭合回路.已知R1=R3=20 ,R2=10 ,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( ),B,考点三 交变电流“四值”的比较和应用,对交变电流“四值”的比较,(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;,(2)线圈转过 s时电动势的瞬时值多大? (3)电路中,电压表和电流表的示数各是多少? (4)从中性面开始计时,经 s通过电阻R的电荷量为多少?,核心点拨
10、 (1)中性面开始计时,表明为正弦交流电; (2)电路中的电表示数都是有效值; (3)计算电荷量时,需考虑物理量的平均值,而不能用有效值.,题组训练,1.有效值、平均值的计算如图所示,一半径为r的半圆形单匝线圈垂直放在具有理想边界的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B.以直径ab为轴匀速转动,转速为n,ab与磁场边界重合,M和N是两个滑环,负载电阻为R.线圈、电流表和连接导线的电阻不计,下列说法中正确的是( ),A,B,核心素养,1.模型构建 发电机和电动机模型是高考中以电磁感应为背景命题的常见模型,凡是在外力作用下做切割磁感线运动而产生感应电流的导体均可看成发电机模型;凡在安培力作用下在磁场中运
11、动的通电导体均可看成电动机模型.,【思维拓展】 发电机、电动机模型,素养提升 学科素养演练提升,2.模型条件,【示例1】 (2018山东实验中学高三第二次模拟)(多选)如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动,则下列说法中正确的是( ),BD,【示例2】 如图所示电路中接入电压为u=U0sin t的正弦交流电,电路中接有一个交流电流表、保护电阻R0和一个电动机,电动机的线圈电阻为R.当输入端接通电源后,电动机带动一质量为m的重物匀速上升,此时电流表的示数为I
12、,重力加速度为g,下列说法正确的是( ),C,高考模拟,1.(2018全国卷,20)(多选)如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧.导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向.导线框R中的感应电动势( ),AC,2.(2016全国卷,21)(多选)如图,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( ),BC,3.(2019浙江杭州预测卷)(多选)图(甲)是一台小型发电机的构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图像如图(乙)所示.发电机线圈的内电阻不计,外接灯泡的电阻为12 .则( ) A.在t=0.01 s时刻,穿过线圈的磁通量为零 B.电压表的示数为6 V C.灯泡消耗的电功率为3 W D.若其他条件不变,仅将线圈的转速提高一倍,则线圈电动势的表达式e= 12sin 100t (V),BC,
