【绿色通道】高考物理第十章交流电传感器 交流电的产生与描述(2)

考考纲展示展示考向考向预览1.交交变电流、交流、交变电流的流的图象象 2.正弦交正弦交变电流的函流的函数表达式、峰数表达式、峰值和有和有效效值 3.理想变压器理想变压器 4.远距离输电远距离输电 1.交交变电流的知流的知识在高考在高考题中常以中常以选择题的形式出的形式出现2.命命题可能性可能性较大的知大的知识点有交点有交变电流的流的规律，有效律，有效值的定的定义和和应用，用，变压器的器的电压比和比和电流比及流比及输入功率和入功率和输出功率的求出功率的求解，和与交解，和与交变电流的流的图象有关的象有关的题目目3.交交变电流与流与电学其他知学其他知识、力学知、力学知识相相联系的考系的考查，特，特别应注意注意带电粒子在交粒子在交变电场中的运中的运动问题4.发电和和电能的能的输送是与送是与实际相相结合的内合的内容，有容，有综合合问题考考查的可能的可能.一、交变电流的产生和变化规律一、交变电流的产生和变化规律1交交变变电电流流：大大小小和和_都都随随时时间间做做_变变化化的电流，简称交流的电流，简称交流(AC)2正弦式交变电流正弦式交变电流(如图所示如图所示)(1)定定义：按：按_变化的交化的交变电流流(2)产生生：将将闭合合矩矩形形线圈圈置置于于_磁磁场中中，并并绕_方向的方向的轴做做_转动(3)中性面：与磁中性面：与磁场方向方向_的平面的平面(4)正正弦弦式式交交变电流流的的变化化规律律(线圈圈在在中中性性面面位位置置开开始始计时)电动势e随随时间变化的化的规律：律：e_.电压u随随时间变化的化的规律：律：u_.电流流i随随时间变化的化的规律：律：i_.其中其中等于等于线圈圈转动的的_，Em_.(5)正弦交正弦交变电流的流的图象象(如如图所示所示)二、描述交变电流的物理量二、描述交变电流的物理量1周期和频率周期和频率(1)周期：交变电流完成一次周期：交变电流完成一次_变化所需的时间变化所需的时间(2)频率：交变电流在频率：交变电流在1 s内完成内完成_变化的次数变化的次数(3)二者关系：二者关系：T_.2峰值和有效值峰值和有效值(1)峰峰值值：交交变变电电流流的的电电压压和和电电流流所所能能达达到到的的_数数值值(2)有有效效值值：跟跟交交变变电电流流_等等效效的的直直流流电电压压和和电电流流值值(3)二二者者关关系系：对对于于正正弦弦交交流流电电有有Im_，Um_.三、电感和电容对交变电流的影响三、电感和电容对交变电流的影响1电电感感对对交交流流的的阻阻碍碍作作用用：交交流流的的频频率率_，电电感感对其阻碍作用就对其阻碍作用就_，“通低频，阻高频通低频，阻高频”2电电容容对对交交流流的的阻阻碍碍作作用用：交交流流的的频频率率_，电电容容对其阻碍作用就对其阻碍作用就_，“通高频，阻低频通高频，阻低频”思思考考：在在现现实实生生活活中中，我我们们经经常常见见到到家家用用电电器器铭铭牌牌上上标标的的电电压压、电电流流，它它们们都都是是指指交交流流电电的的什什么么值值？与与电电容容器器铭铭牌牌上上标的电压、电流有何不同？标的电压、电流有何不同？答案：答案：一一、1.方方向向周周期期性性2.(1)正正弦弦规规律律(2)匀匀强强垂垂直直磁磁 场场 匀匀 速速 (3)垂垂 直直 (4)Emsint UmsintImsint角速度角速度NSB三、三、1.越高越大越高越大2.越高越小越高越小思思考考：家家用用电电器器铭铭牌牌上上标标的的电电压压、电电流流是是指指交交流流电电的的有有效值，电容器铭牌上标的电压、电流是指交流电的最大值效值，电容器铭牌上标的电压、电流是指交流电的最大值1正正弦弦式式电电流流的的变变化化规规律律(线线圈圈在在中中性性面面位位置置时时开开始始计计时时)规律律物理量物理量函数函数图象象磁通量磁通量mcostBScost电动势eEmsintnBSsint续表续表2.对中性面的理解中性面的理解(1)中中性性面面是是与与磁磁场方方向向垂垂直直的的平平面面，是是假假想想的的一一个个参参考考面面(2)线圈圈平平面面位位于于中中性性面面时，穿穿过线圈圈平平面面的的磁磁通通量量最最大大，而磁通量的而磁通量的变化率化率为零，零，产生的感生的感应电动势为零零(3)线圈圈平平面面与与中中性性面面垂垂直直时，穿穿过线圈圈平平面面的的磁磁通通量量为零，但磁通量的零，但磁通量的变化率最大，化率最大，产生的感生的感应电动势最大最大(4)线圈圈每每经过中中性性面面一一次次，电流流方方向向就就改改变一一次次，线圈圈转动一周，两次一周，两次经过中性面，所以中性面，所以电流的方向改流的方向改变两次两次3交变电流瞬时值表达式的书写基本思路交变电流瞬时值表达式的书写基本思路(1)确确定定交交变电流流的的峰峰值，根根据据已已知知图象象或或由由公公式式EmnBS求出相求出相应峰峰值(2)明确明确线圈的初始位置，找出圈的初始位置，找出对应的函数关系式的函数关系式如如：线圈圈从从中中性性面面开开始始转动，则it图象象为正正弦弦函函数数图象，函数式象，函数式为iImsin t.线圈圈从从垂垂直直中中性性面面开开始始转动，则it图象象为余余弦弦函函数数图象，函数式象，函数式为iImcos t.说说明明：在在交交变变电电流流的的产产生生过过程程中中，要要特特别别注注意意两两个个特特殊殊位置的不同特点位置的不同特点(1)线线圈圈平平面面与与中中性性面面重重合合时时，SB，最最大大，/t0，e0，i0，电流方向将发生改变，电流方向将发生改变(2)线线圈圈平平面面与与中中性性面面垂垂直直时时，SB，0，/t最最大大，e最大，最大，i最大，电流方向不改变最大，电流方向不改变1交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较续表续表2.对交交变电流有效流有效值的理解的理解交交变电流流的的有有效效值是是根根据据电流流的的热效效应(电流流通通过电阻阻生生热)进行行定定义的的，所所以以进行行有有效效值计算算时，要要紧扣扣电流流通通过电阻阻生生热(或或热功功率率)进行行计算算注注意意“三三同同”：即即“相相同同电阻阻”，“相相同同时间”内内产生生“相相同同热量量”计算算时“相相同同时间”要要取取周周期期的的整数倍，一般取一个周期整数倍，一般取一个周期注注意意：在在交交流流电路路中中，电压表表、电流流表表等等电工工仪表表的的示示数数均均为交交变电流流的的有有效效值在在没没有有具具体体说明明的的情情况况下下，所所给出出的交的交变电流的流的电压、电流指的是有效流指的是有效值说说明明：(1)由由感感应应电电动动势势的的最最大大值值公公式式EmnBS得得，Em仅仅由由n、B、S、四四个个物物理理量量所所决决定定，与与轴轴的的具具体体位位置置和和线线圈圈的形状都无关的形状都无关电阻阻感抗感抗容抗容抗产生的原生的原因因定向移定向移动的的电荷与不荷与不动的离的离子子间的碰撞的碰撞电感感线圈的自感圈的自感阻碍阻碍电流流变化化极板上所极板上所带电荷荷对定向移定向移动电荷的阻碍荷的阻碍阻碍的特阻碍的特点点对直流、交流直流、交流均有阻碍作用均有阻碍作用通直流、阻交流，通直流、阻交流，通低通低频、阻高、阻高频通交流、隔直通交流、隔直流，通高流，通高频、阻低阻低频相关的因相关的因素素由由导体本身的体本身的因素决定因素决定(长短、粗短、粗细、材、材料料)，与温度，与温度有关有关由由线圈本身的自圈本身的自感系数和交感系数和交变电流的流的频率共同决率共同决定定由由电容的大小容的大小和交和交变电流的流的频率共同决定率共同决定 图中中甲甲、乙乙两两图分分别表表示示两两种种电压的的波波形形，其其中中甲甲所示所示电压按正弦按正弦规律律变化下列化下列说法正确的是法正确的是()A甲表示交流甲表示交流电，乙表示直流，乙表示直流电B两种两种电压的有效的有效值相等相等C甲所示甲所示电压的瞬的瞬时值表达式表达式为u311 sin 100 t V 答案：答案：C点点评评：当当线线圈圈平平面面转转至至中中性性面面时时，穿穿过过线线圈圈平平面面后后磁磁通通量量最最大大，但但磁磁通通量量的的变变化化率率为为零零，此此时时线线圈圈里里的的感感应应电电动动势势为为零中性面是交变电流的方向转折点零中性面是交变电流的方向转折点跟跟踪踪训训练练1如如图甲甲所所示示，一一矩矩形形线圈圈abcd放放置置在在匀匀强强磁磁场中中，并并绕过ab、cd中中点点的的轴OO以以角角速速度度逆逆时针匀匀速速转动若若以以线圈圈平平面面与与磁磁场夹角角45 时(如如图乙乙)为计时起起点点，并并规定定当当电流流自自a流流向向b时电流流方方向向为正正则下下列列四四幅幅图中中正正确确的的是是()甲乙甲乙AB.CD.答案：答案：D(1)若若从从线圈圈处于于中中性性面面开开始始计时，写写出出线圈圈中中感感应电动势的瞬的瞬时值表达式；表达式；思思路路点点拨拨：由由磁磁场场情情况况和和线线圈圈转转动动情情况况可可确确定定瞬瞬时时值值表表达达式式，电电压压表表和和电电流流表表的的示示数数为为电电路路中中电电压压和和电电流流的的有有效效值值，而电荷量的计算则需用该时间内的平均值而电荷量的计算则需用该时间内的平均值点点评评：(1)中中性性面面是是交交变变电电流流产产生生过过程程中中的的重重要要位位置置，从从中中性性面面开开始始计计时时和和从从其其他他位位置置开开始始计计时时计计算算交交变变电电流流的的表表达达式式不同不同(2)交交流流电电路路中中，电电流流表表、电电压压表表测测量量的的都都是是交交变变电电流流的的有效值有效值(3)交流电路中，欧姆定律、焦耳定律同样适用交流电路中，欧姆定律、焦耳定律同样适用跟跟踪踪训训练练2阻阻值为10 的的电阻阻接接到到电压波波形形如如图所所示示的的交流交流电源上，以下源上，以下说法正确的是法正确的是()A电压的有效的有效值为10 V答案：答案：BC 某某同同学学在在研研究究电容容、电感感对恒恒定定电流流以以及及交交变电流流的的影影响响时，采采用用了了如如图所所示示的的电路路，其其中中，L1、L2是是两两个个完完全全相相同同的的灯灯泡泡，已已知知把把开开关关置置于于3、4时，电路路与与交交流流电源源连通通，稳定定后后的的两两个个灯灯泡泡发光光亮亮度度相相同同，则该同同学学在在如如下下操操作作过程程中中能能观察到的察到的实验现象是象是()A当当开开关关置置于于1、2时，稳定定后后L1、L2二二个个灯灯泡泡均均发光光，且亮度相同且亮度相同B当当开开关关置置于于1、2时，稳定定后后L1、L2二二个个灯灯泡泡均均发光光，且且L1比比L2亮亮C当当开开关关置置于于3、4时，稳定定后后，若若只只增增加加交交变电流流的的频率，率，则L1变暗，暗，L2变亮亮D在在开开关关置置于于3、4的的瞬瞬间，L2立立即即发光光，而而L1亮亮度度慢慢慢慢增大增大 解解析析：当当开开关关置置于于1、2时时，稳稳定定后后因因电电容容器器隔隔直直流流，故故电电路路断断开开，L2不不发发光光，A、B错错误误；在在开开关关置置于于3、4的的瞬瞬间间，电电容容器器通通交交流流，L2立立即即发发光光，由由于于电电感感的的自自感感作作用用，L1亮亮度度慢慢慢慢增增大大，D正正确确；当当开开关关置置于于3、4稳稳定定后后，增增加加交交变变电电流流频频率率，容抗减小，感抗增大，容抗减小，感抗增大，L1变暗，变暗，L2变亮，变亮，C正确正确答案：答案：CD点点评评：电电感感线线圈圈和和电电容容器器在在交交变变电电流流电电路路中中相相当当于于一一个个电电阻阻，但但表表示示它它们们对对交交变变电电流流阻阻碍碍作作用用大大小小的的感感抗抗和和容容抗抗与与导导体体的的电电阻阻有有很很大大的的不不同同，导导体体的的电电阻阻由由导导体体本本身身性性质质决决定定，与与接接在在导导体体两两端端的的电电源源无无关关，而而感感抗抗和和容容抗抗不不但但与与电电感感和和电电容容有有关关，还还与与交交变变电电流流的的频频率率有有关关，对对于于同同一一电电感感线线圈圈或或电电容容器器来来说说，它它