《高考物理一轮复习 第10单元交变电流 传感器第1讲 交变电流的产生和描述课件 新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 第10单元交变电流 传感器第1讲 交变电流的产生和描述课件 新人教版（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第1讲交变电流的产生和描述讲交变电流的产生和描述知识建构模块建构技能建构【考纲要求】【考情总结】【备考建议】模块建构知识建构技能建构1.交变电流.交变电流的图象2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值3.理想变压器4.远距离输电5.实验:传感器的使用1.从考查的力度来看,本单元是每年高考必考的内容,考查的重点是交变电流的产生和变化规律、变压器、远距离输电等.2.从考查的内容来看,本单元的每个考点在近几年的高考中均被考查到,题目的难度不大,但学生易出错.3.从题型上看,以选择题为主,考查各知识点的综合应用.1.复习本单元时,要重视以下考点:交变电流的产生及变化规律.交变电流的瞬时值、峰值、有
2、效值的计算.变压器的有关规律,以及变压器与远距离输电的综合问题2.题型重视选择题,同时也不能忽略计算题.3.传感器常在实验中被考查到,要掌握传感器的工作原理和使用方法.模块建构知识建构技能建构一、交变电流的产生和变化规律模块建构知识建构技能建构1.交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流.如图(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(a)所示.模块建构知识建构技能建构(1)两个特殊位置线圈平面与中性面重合时,磁感线与线圈平面垂直,磁通量最大,但磁通量的变化率=0,感应电动势为零,感应电流为零,电流方向在此位置前后发生变化.线圈平
3、面与中性面垂直时,磁感线与线圈平面平行,磁通量为零,但磁通量的变化率最大,感应电动势最大,感应电流最大,电流方向不变.2.正弦式交变电流的变化规律模块建构知识建构技能建构(2)变化规律若从线圈转到中性面时开始计时,则感应电动势与感应电流的表达式分别为:e=Emsint,i=Imsint.若从线圈转到与中性面垂直位置开始计时,则感应电动势与感应电流的表达式分别为:e=Emcost,i=Imcost.二、描述交变电流的物理量模块建构知识建构技能建构1.周期、频率、角速度交变电流的周期、频率、角速度都是表征交变电流变化快慢的物理量.(1)周期T:交变电流完成一次周期性变化所需的时间.(2)频率f:交
4、变电流在1s内完成周期性变化的次数.(3)三者关系:T=,=2f.我国工农业生产和生活用的交变电流的周期为0.02s,频率为50Hz.模块建构知识建构技能建构物理量物理意义重要关系选用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e=Emsinti=Imsint计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em=nBSEm=nmIm=讨论电容器、二极管的击穿电压2.交变电流的“四值”模块建构知识建构技能建构模块建构知识建构技能建构有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正弦式电流Em=EUm=UIm=I1.计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量等)2.电气设备“铭牌”上所标的一般为有效值3.电表的示数
5、为有效值4.保险丝的熔断电流为有效值模块建构知识建构技能建构平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值=BL=n=计算通过电路截面的电荷量q=t=模块建构知识建构技能建构(2)若图象部分是正弦交变电流,其中的T和T部分的有效值可直接应用I=,U=的关系.注意:(1)由感应电动势的最大值公式Em=nBS得,Em仅由n、B、S、四个物理量所决定,与轴的具体位置和线圈的形状都无关.模块建构知识建构技能建构1.(2012年山东泰安模拟)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象如图甲所示,则下列说法正确的是()A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直B
6、.t=0.01s时刻,的变化率最大C.t=0.02s时刻,交流电动势达到最大值D.该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示模块建构知识建构技能建构【解析】由-t图知,t=0时,最大,即线圈处于中性面位置,此时e=0,故A、D两项错误;由图知T=0.04s,在t=0.01s时,=0,最大,e最大,则B项正确;在t=0.02s时,最大,=0,e=0,则C项错误.【答案】B模块建构知识建构技能建构2.(2012年北京海淀区模拟)先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电.第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化(如图甲所示);第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示.若甲、乙图中的U0、T所表示的电压、周
7、期是相同的,则以下说法正确的是()A.第一次灯泡两端的电压有效值是B.第二次灯泡两端的电压有效值是C.第一、第二次灯泡的电功率之比是29模块建构知识建构技能建构D.第一、第二次灯泡的电功率之比是15【解析】甲电源有效值U=U0,A错;乙电源:T=+,U=U0,B错;P=,则两次功率之比=.即只有D正确.【答案】D模块建构知识建构技能建构3.(2012年浙江湖州模拟)在如图甲所示的电路中,电阻R的阻值为50,若在a、b间加上如图乙所示的交流电压,则下列说法错误的 是()A.交流电压的有效值为100VB.电流表的示数为2A模块建构知识建构技能建构C.产生该交变电流的线圈在磁场中转动的角速度为3.1
8、4rad/sD.如果产生该交变电流的线圈转速提高一倍,则电流表的示数也增大一倍【解析】交变电压的有效值U=100V,电流表的示数为有效值,则I=2A,选项A、B正确.=314rad/s,C错误.I=,故I,D正确.【答案】C模块建构知识建构技能建构4.(2012年辽宁本溪模拟)如图所示,单匝闭合线框在匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的轴OO匀速转动,在转动过程中,穿过线框的最大磁通量为m,线框中的最大感应电动势为Em,下列说法中正确的是()A.在穿过线框的磁通量为的时刻,线框中的感应电动势为B.在穿过线框的磁通量为的时刻,线框中的感应电动势为C.线框每转动一周,线框中的感应电流方向改变一次D.线框
9、转动的角速度为【解析】闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,若从中性面开始计时,穿过线框的磁通量按余弦规律变化,线模块建构知识建构技能建构框中产生的感应电动势按正弦规律变化,在穿过线框的磁通量为的时刻,线框中的感应电动势大于,A错误;在穿过线框的磁通量为的时刻,线框的感应电动势等于,B正确;线框每转动一周,线框中感应电流的方向改变两次,C错误;由Em=BS=m解得线框转动的角速度=,D正确.【答案】BD模块建构知识建构技能建构一、交变电流的产生和变化规律模块建构知识建构技能建构例1一个面积为S的单匝矩形线圈abcd在匀强磁场中以其一条边ab为转轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直.线圈中
10、产生的感应电动势e与时间t的关系图象如图甲所示.感应电动势的最大值和周期可以从图中读出,则:甲模块建构知识建构技能建构(2)画出t=0时刻线圈平面与磁感线间的相对位置关系.(1)磁感应强度B多大?(3)在t=时,线圈平面与磁感线方向间的夹角多大?模块建构知识建构技能建构【名师点金】解答本题时可按以下思路分析:由图象知Em和T由Em求B由Em确定B与S关系由瞬时式确定夹角关系【规范全解】(1)由e-t图象可直接读得Em和T,由Em=BS和=得B=.模块建构知识建构技能建构(2)t=0时线圈中感应电动势为最大值,故该时刻线圈与磁场的位置关系如图乙所示.乙模块建构知识建构技能建构(3)由图象可知e=
11、Emcost=Emcos(t),当t=时,有e=Emcos()=Emcos即线圈平面与磁感线方向间的夹角=30.【答案】(1)(2)如图乙所示(3)30方法概述线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动能产生正弦式交变电流,其最大值和瞬时值都与轴的位置无关,Em=nBS,e=Emsin(t+0),其中0为t=0时线圈与中性面的夹角,(t+0)为t时刻线圈与中性面的夹角.模块建构知识建构技能建构变式训练1如图甲所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并沿过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
12、.则下列四幅图中正确的是()模块建构知识建构技能建构模块建构知识建构技能建构【规范全解】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,产生的电流按正弦规律变化,由于t=0时,线圈的转动方向如图乙,由右手定则判断可得,此时ad中电流方向为由a到d,线圈中电流方向为adcba,与规定的电流正方向相反,电流为负值.又因为此时ad、bc两边切割磁感线的速度方向与磁场方向成45角,由E=2Blv,可得E=2Blv=Em,即此时的电动势为最大值的倍,电流当然也是最大值的倍,由图乙还能观察到,线圈在接下来45的转动过程中,ad、bc两边的切割速度越来越小,所以感应电动势应减小,感应电流也应减小,综合上
13、述三点可知D项正确.【答案】D模块建构知识建构技能建构例2一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO以如图所示的角速度匀速运动,外电路电阻为R.二、正弦交变电流的“四值”模块建构知识建构技能建构(2)求线圈转动过程中感应电动势的最大值.(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向.(3)线圈平面与磁感线夹角为60时的感应电动势为多大?(4)设发电机由柴油机带动,其他能量损失不计,线圈转一周,柴油机做多少功?(5)从图示位置开始,线圈转过60的过程中通过R的电量是多少?(6)图中电流表和电压表的示数各是多少?模块建构知识建构技能建构【名师点
14、金】由磁场分布情况和线圈转动情况可确定瞬时值表达式,电压表和电流表的示数为电路中电压和电流的有效值,而电荷量的计算则需用该时间内的平均值.模块建构知识建构技能建构(2)Em=NBS=NBL2.【规范全解】(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba.(3)线圈平面与B成60角时的瞬时感应电动势e=Emcos60=NBL2.模块建构知识建构技能建构(4)电动势的有效值E=电流的有效值I=,柴油机做的功转化为电能,线圈转一周柴油机做的功W=EIt=t=.模块建构知识建构技能建构(5)因为I平均=故电量q=I平均t=.模块建构知识建构技能建构(6)电流表显示干路电流的有效值,则读数为I=电压表显示路端
15、电压的有效值,则读数为U=IR=.【答案】(1)沿dcba(2)NBL2 (3)NBL2(4)(5)(6)模块建构知识建构技能建构方法概述用交流电源给外电路供电,在求解功率或电热问题的时候,同学们很容易把平均值与有效值混淆,而求电荷量时又会乱用有效值,因此“四值”要分明:求电荷量用平均值,焦耳值、功率计算用有效值.模块建构知识建构技能建构变式训练2图示是一个交流发电机的示意图,线框abcd处于匀强磁场中,此时线框平面与磁场方向平行.已知ab=bc=10cm,B=1T,线圈匝数N=100,线圈总电阻r=5,灯泡电阻R=5,线圈以n=600r/min的转速匀速转动,求:模块建构知识建构技能建构(2
16、)从图示位置开始经过s时感应电动势的瞬时值.(1)电流表和电压表的示数.模块建构知识建构技能建构(3)从图示位置开始转过30角的过程中通过灯泡的电荷量.【规范全解】(1)图示位置时,线圈的感应电动势最大,为:Em=NBS=NBS=62.8V有效值E=44.4V由分压原理可知,电压表的示数为22.2V由闭合电路欧姆定律可得,电流表的示数为:I=4.44A.模块建构知识建构技能建构(2)感应电动势的瞬时值表达式为:e=Emcost=62.8cos20tVt=s时,感应电动势的瞬时值e=31.4V.模块建构知识建构技能建构(3)线圈转过30角时,=2-1=BSsin30通过灯泡的电荷量为:q=t=N
17、=0.05C.【答案】(1)4.44A22.2V(2)31.4V(3)0.05C模块建构知识建构技能建构高考真题1(2011年高考天津理综卷)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象如图乙所示,则()A.t=0.005s时线框的磁通量变化率为零B.t=0.01s时线框平面与中性面重合模块建构知识建构技能建构C.线框产生的交变电动势有效值为311VD.线框产生的交变电动势频率为100Hz【命题分析】本题考查交变电流的产生及变化规律,难度中等.有关交变电流的图象问题,在每年高考中几乎都会考查到,题型一般为选择题.【解析提示】首先根据图象得出最大值
18、、周期、0时刻线圈的位置等,再利用这些信息得出瞬时值表达式和频率、有效值等物理量.模块建构知识建构技能建构【规范全解】由图象可知,t=0.005s时感应电动势最大,利用法拉第电磁感应定律公式可以判断感应电动势最大,磁通量变化率也最大,A错误;t=0.01s时感应电动势为零,此时线圈平面与中性面重合,B正确;线框产生的交变电动势的有效值E=V=220V,C错误;线框产生的交变电动势的频率f=Hz=50Hz,D错误.【答案】B模块建构知识建构技能建构考向预测1如图甲所示,为一种可调压自耦变压器的结构示意图,线圈均匀绕在圆环形铁芯上,若AB间输入如图乙所示的交变电压,转动滑动触头P到如图甲所示位置,
19、在BC间 接 一 个 理 想 的 交 流 电 压 表(图甲中未画出),则()A.AB间输入的交流电的电压瞬时值表达式为u=220sin(100t)V模块建构知识建构技能建构B.该交流电的频率为100HzC.t=110-2s时电压表的读数为零D.BC间输出的电功率为零【解析】由乙图可读出交流电的最大值为Um=220V,周期T=210-2s,=100rad/s.则交流电的电压瞬时值u=Umsint=220sin(100t)V,A正确;由f=50Hz,知B错误;因电压表测交流电电压时,读数为交流电的有效值,不能读出瞬时值,所以读数为220V,则C错误;由于BC间接理想电压表,RV无穷大,则P=0,D
20、正确.【答案】AD模块建构知识建构技能建构高考真题2(2011年高考四川理综卷)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1A.那么()A.线圈消耗的电功率为4WB.线圈中感应电流的有效值为2AC.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4costD.任意时刻穿过线圈的磁通量为=sint模块建构知识建构技能建构【命题分析】本题考查交变电流的产生及变化规律、交变电流的有效值的计算,难度中等,此类题在高考中几乎每年都会被考查到,题型一般为选择题,有时会出现填空或计算
21、题.【解析提示】交变电流的产生及变化规律与转轴在线圈上的位置无关,线圈中产生的是正弦交流电,根据题目中已知信息可先确定电流的表达式,再计算有效值和电功率.模块建构知识建构技能建构【规范全解】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,将产生交变电流.因为是从与中性面垂直的位置开始计时,所以电流按余弦规律变化,即i=Imcost,当t=60时i=1A,所以Im= 2 A , 电 流 的 有 效值为A,选项B错误;线圈的电功率P=I2R=4W,选项A正确;电动势的峰值Em=ImR=4V,所以感应电动势瞬时值的表达式e=4cost,选项C正确;又因为Em=BS=m,所以任意时刻穿过线圈的磁通量=sin
22、t,选项D错误.【答案】AC模块建构知识建构技能建构考向预测2如图所示单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向垂直于纸面向里,线圈所围面积为S,线圈导线的总电阻为R.t=0时刻线圈平面与纸面重合 . 且cd边正在向纸面外转动,则()A.线圈中t时刻电流瞬时值的表达式i=costB.线圈中电流的有效值I=C.线圈中电流的有效值I=D.线圈消耗的电功率P=模块建构知识建构技能建构=,P=I2R=,故A、B、D错误,C正确.【答案】C【解析】回路中感应电动势最大值Em=BS,电流最大值Im=,t=0时为中性面,故瞬时值表达式i=sint.电流有效值I=模块建构知识建构技能建构
