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1、第十一章交变电流第十一章交变电流明考情明考情 高效备考高效备考【想一想】【想一想】如如图图所所示示，线线圈圈绕绕轴轴OOOO匀匀速速转转动动时时产产生生的的感感应应电电流流有有什什么么特特点？线圈在哪个位置时感应电流最大？点？线圈在哪个位置时感应电流最大？提提示示：电电流流的的大大小小和和方方向向随随时时间间发发生生变变化化当当线线圈圈平平面面和和磁磁场场平平行时，感应电流最大行时，感应电流最大第第1 1单元交变电流的产生和描述单元交变电流的产生和描述基础探究基础探究交变电流的产生及变化规律交变电流的产生及变化规律【填一填】【填一填】1 1交变电流的产生交变电流的产生(1)(1)交变电流：大小
2、和方向都随时间做交变电流：大小和方向都随时间做 变化的电流变化的电流(2)(2)正正弦弦交交变变电电流流的的产产生生：将将线线圈圈置置于于匀匀强强磁磁场场中中，并并绕绕垂垂直直于于磁磁感线的轴感线的轴 ，线圈中就会产生正，线圈中就会产生正( (余余) )弦交变电流弦交变电流(3)(3)中性面中性面定义：与磁场方向定义：与磁场方向的平面的平面特点特点a a线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量 ，磁磁通通量量的的变变化率为化率为 ，感应电动势为，感应电动势为b b线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过一一次，电流的方向就改变
3、一次次，电流的方向就改变一次周期性周期性匀速转动匀速转动垂直垂直最大最大零零零零中性面中性面nBSsin t nBS Imsin t 提提示示：(1)(1)T T表表示示周周期期U Um m和和I Im m分分别别表表示示电电压压和和电电流流的的最最大大值值(2)(2)不能不能描述交变电流的物理量描述交变电流的物理量【填一填】【填一填】1 1周期和频率周期和频率(1)(1)周周期期T T：交交变变电电流流完完成成一一次次周周期期性性变变化化( (线线圈圈转转一一周周) )所所需需的的 (2)(2)频率频率f f：交变电流在：交变电流在1 s1 s内完成内完成 的次数，单位是的次数，单位是Hz.
4、Hz.(3)(3)周期和频率的关系周期和频率的关系时间时间周期性变化周期性变化2 2交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值(1)(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数(2)(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的峰值：交变电流的电流或电压所能达到的 (3)(3)有有效效值值：让让交交变变电电流流与与恒恒定定电电流流通通过过相相同同的的电电阻阻，如如果果它它们们在在一个周期内一个周期内 相相等等，则则这这个个恒恒定定电电流流I I、恒恒定定电电压压U U就就是是这这个交变电流的有效值个交变电流的有效值(4
5、)(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 最大值最大值产生的热量产生的热量基础自测基础自测1 1下下图图中中闭闭合合线线圈圈都都在在匀匀强强磁磁场场中中绕绕虚虚线线所所示示的的固固定定转转轴轴匀匀速速转转动，不能产生正弦式交变电流的是动，不能产生正弦式交变电流的是( () )解解析析：线线圈圈绕绕垂垂直直于于磁磁场场的的轴轴匀匀速速转转动动，就就能能产产生生正正弦弦交交流流电电，故选故选C.C.答案：答案：C C2 2矩矩形形线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中绕绕垂垂直直于于磁磁感感线线的的转转轴轴匀匀速速转转动动，产产生生的的交交流流电电动动势势的的
6、最最大大值值为为E Em m. .设设t t0 0时时线线圈圈平平面面与与磁磁场场平平行行，当当线线圈圈的的匝匝数数增增加加一一倍倍，转转速速也也增增大大一一倍倍，其其他他条条件件不不变变时时，交交流流电电的的电电动动势势为为( () )A Ae e2 2E Em msin 2sin 2ttB Be e4 4E Em msin 2sin 2ttC Ce eE Em msin 2sin 2ttD De e4 4E Em mcos 2cos 2tt解解析析：E Em mnBSnBS所所以以当当n n和和 都都增增大大一一倍倍时时，电电动动势势的的最最大大值值增增大到原来的大到原来的4 4倍，再考虑
7、到相位与倍，再考虑到相位与 的关系，所以选项的关系，所以选项D D正确正确答案：答案：D D答案：答案：C C4 4在在匀匀强强磁磁场场中中，一一矩矩形形金金属属线线框框绕绕与与磁磁感感线线垂垂直直的的转转轴轴匀匀速速运运动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则( () )A At t0.005 s0.005 s时线框的磁通量变化率为零时线框的磁通量变化率为零B Bt t0.01 s0.01 s时线框平面与中性面重合时线框平面与中性面重合C C线框产生的交变电动势有效值为线框产生的交变电动势有效值为311 V311 VD D线框产
8、生的交变电动势频率为线框产生的交变电动势频率为100 Hz100 Hz答案：答案：B B【互动探究】【互动探究】1 1闭闭合合线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中转转动动产产生生的的交交变变电电流流的的变变化化规规律律和和线线圈圈形状、转轴有关吗？形状、转轴有关吗？2 2交交变变电电流流方方向向发发生生改改变变时时，线线圈圈中中的的磁磁通通量量及及磁磁通通量量的的变变化化率率有什么特点？有什么特点？正弦交变电流的产生及变化规律正弦交变电流的产生及变化规律【核心突破】【核心突破】1 1正弦式交变电流的产生与描述正弦式交变电流的产生与描述2. 2.交变电流瞬时值表达式书写的基本思路交变电流瞬时值表达式
9、书写的基本思路(1)(1)确确定定正正弦弦交交变变电电流流的的峰峰值值，根根据据已已知知图图象象或或由由公公式式E Em mnBSnBS求出相应峰值求出相应峰值(2)(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式若若线线圈圈从从中中性性面面位位置置开开始始转转动动，则则i i t t图图象象为为正正弦弦函函数数图图象象，函函数式为数式为i iI Im msin sin tt. .若若线线圈圈从从垂垂直直中中性性面面位位置置开开始始转转动动，则则i i t t图图象象为为余余弦弦函函数数图图象象，函数式为函数式为i iI Im mcos cos tt. .
10、思思路路点点拨拨解解此此题题的的关关键键是是理理解解e e t t图图象象的的物物理理意意义义，并并将将e e t t图象与线圈转动情景相对应图象与线圈转动情景相对应答案答案C C1 1(2014(2014年年池池州州高高三三质质检检) )如如图图甲甲所所示示，矩矩形形线线圈圈abcdabcd在在匀匀强强磁磁场场中中逆逆时时针针匀匀速速转转动动时时，线线圈圈中中产产生生的的交交变变电电流流如如图图乙乙所所示示，设设沿沿abcdaabcda方向为电流正方向，则方向为电流正方向，则( () )A A乙图中乙图中OaOa时间段对应甲图中时间段对应甲图中A A至至B B图的过程图的过程B B乙图中乙图
11、中c c时刻对应甲图中的时刻对应甲图中的C C图图C C若乙图中若乙图中d d等于等于0.02 s0.02 s，则，则1 s1 s内电流的方向改变了内电流的方向改变了5050次次D D若乙图中若乙图中b b等于等于0.02 s0.02 s，则交流电的频率为，则交流电的频率为50 Hz50 Hz解解析析：由由交交变变电电流流的的产产生生原原理理可可知知，甲甲图图中中的的A A、C C两两图图中中线线圈圈所所在在的的平平面面为为中中性性面面，线线圈圈在在中中性性面面时时电电流流为为零零，再再经经过过1 1/4 4个个周周期期电电流流达达到到最最大大值值，再再由由楞楞次次定定律律判判断断出出电电流流
12、的的方方向向，因因此此甲甲图图中中A A至至B B图图的的过过程程电电流流为为正正，且且从从零零逐逐渐渐增增大大到到最最大大值值，A A对对；甲甲图图中中的的C C图图对对应应的的电电流流为为零零，B B错错；每每经经过过中中性性面面一一次次线线圈圈中中的的电电流流方方向向就就要要改改变变一一次次，所所以以在在一一个个周周期期内内电电流流方方向向要要改改变变两两次次，所所以以在在乙乙图图中中对对应应OdOd段段等等于于交交变变电电流流的的一一个个周周期期，若若已已知知d d等等于于0.02 0.02 s s，则则频频率率为为50 50 HzHz,1 1 s s内内电电流流的的方方向向将将改改变
13、变100 100 次次，C C错错；若若乙乙图图中中b b等等于于0.02 0.02 s s，则则交交流流电电的的频频率率应应该该为为25 Hz25 Hz，D D错错. . 答案：答案：A A【互动探究】【互动探究】1 1交变电流的交变电流的“ “四值四值” ”通常指哪通常指哪“ “四值四值” ”？2 2“ “平均值平均值” ”和和“ “有效值有效值” ”在应用时有哪些区别？在应用时有哪些区别？交变电流交变电流“ “四值四值” ”的比较的比较【核心突破】【核心突破】1 1交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值的比较交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值的比较答案答案D D答案：答案：D D
14、发电机模型发电机模型模型构建模型构建发发电电机机模模型型是是高高考考中中以以电电磁磁感感应应为为知知识识背背景景命命题题的的常常见见模模型型，凡凡是是在在外外力力作作用用下下做做切切割割磁磁感感线线运运动动而而产产生生感感应应电电流流的的导导体体均均可可看看成成此类模型此类模型模型特点模型特点闭闭合合线线圈圈在在磁磁场场中中受受外外力力转转动动产产生生感感应应电电动动势势，形形成成感感应应电电流流，与与外外电电路路结结合合，消消耗耗机机械械能能转转化化为为电电能能涉涉及及知知识识为为法法拉拉第第电电磁磁感感应应定律、楞次定律、闭合电路欧姆定律、交变电流的定律、楞次定律、闭合电路欧姆定律、交变电
15、流的“ “四值四值” ”等等【典典例例】如如图图甲甲所所示示是是某某同同学学设设计计的的一一种种振振动动发发电电装装置置的的示示意意图图，一一个个半半径径r0.10 0.10 m m、匝匝数数n n2020的的线线圈圈套套在在永永久久磁磁铁铁槽槽中中，磁磁场场的的磁磁感感线线均均沿沿半半径径方方向向均均匀匀分分布布( (其其右右视视图图如如图图乙乙所所示示) )在在线线圈圈所所在在位位置置磁磁感感应应强强度度B B的的大大小小均均为为B B0.20 0.20 T T，线线圈圈的的电电阻阻为为R1 10.50 0.50 ，它它的的引引出出线线接接有有R2 29.5 .5 的的小小电电珠珠L. .
16、外外力力推推动动线线圈圈框框架架的的P P端端，使使线线圈圈沿沿轴轴线线做做往往复复运运动动，便便有有电电流流通通过过电电珠珠当当线线圈圈向向右右的的位位移移x随随时时间间t t变变化的规律如图丙所示时化的规律如图丙所示时( (x取向右为正取向右为正) )求：求：(1)(1)线圈运动时产生的感应电动势线圈运动时产生的感应电动势E E的大小；的大小；(2)(2)线圈运动时产生的感应电流线圈运动时产生的感应电流I I的大小；的大小；(3)(3)每一次推动线圈运动过程中作用力每一次推动线圈运动过程中作用力F F的大小；的大小；(4)(4)该发电机的输出功率该发电机的输出功率P P. .答案答案(1)2 V(1)2 V(2)0.2 A(2)0.2 A(3)0.5 N(3)0.5 N(4)0.38 W (4)0.38 W 本小节结束请按ESC键返回Thank you!40
