《高考物理一轮复习讲义课件第12章 第1讲 交变电流的产生和描述（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习讲义课件第12章 第1讲 交变电流的产生和描述（含解析）（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第十二章交变电流,自主命题卷,全国卷,考情分析,2021,广东卷,T7,理想变压器,2021,湖南卷,T6,理想变压器,2021,河北卷,T8,交变电流的描述、理想变压器,2021,浙江,6,月选考,T5,有效值,2020,江苏卷,T2,电流互感器,2020,山东卷,T5,有效值、理想变压器、交变电流的图像,2020,浙江,7,月选考,T11,远距离输电,2020,全国卷,T19,远距离输电,2020,全国卷,T20,有效值、理想变压器、交变电流的图像,2018,全国卷,T16,有效值、热量的计算,2016,全国卷,T16,变压器,试题情境,生活实践类,发电机、变压器、远距离输电、无线充电、
2、家用和工业电路、家用电器等,学习探究类,探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，探究家用小型发电机的原理，探究负载增加对供电系统的影响,第,1,讲交变电流的产生和描述,目标,要求,1.,理解正弦式交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的函数表达式,.2.,理解并掌握交变电流图像的意义,.3.,理解描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值,.4.,知道交流电,“,四值,”,在具体情况下的应用,.,内容,索引,考点一正弦式交变电流的产生及变化规律,考点二交变电流有效值的求解,考点三交变电流,“,四值,”,的理解和计算,课时精练,考点一,正弦式交变电流的产生及变化规律,1.,产生,线圈,绕,匀
3、,强磁场方向的轴匀速转动,.,2.,两个特殊位置的特点,(1),线圈平面转到中性面时，,S,B,，,，,0,，,e,0,，,i,0,，电流方向,将,.,(2),线圈平面与中性面垂直时，,S,B,，,0,，,，,e,最大，,i,最大，电流,方向,.,3.,一个周期内线圈中电流的方向,改变,次,.,夯实必备知识,基础梳理,垂直于,最大,发生改变,最大,不改变,两,4.,描述交变电流的物理量,(1),最大值,E,m,，,与转轴,位置,，,与线圈,形状,(,填,“,有关,”,或,“,无关,”,).,(2),周期和频率,周期,(,T,),：交变电流,完成,变化,所需的时间,.,单位是秒,(s),，公式,
4、T,.,频率,(,f,),：交变电流在单位时间内完成周期性变化,的,.,单位是赫兹,(Hz).,周期和频率的关系：,T,或,f,.,NBS,无关,无关,一次周期性,次数,5.,交变电流的变化规律,(,线圈从中性面开始计时,),函数表达式,图像,磁通量,_,电动势,e,_,m,cos,t,BS,cos,t,E,m,sin,t,NBS,sin,t,1.,矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流,.,(,),2.,线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大,.(,),3.,线圈经过中性面时，感应电动势为零，感应电流方向发生改变,.,(,),4.,当线圈从垂
5、直中性面开始计时，产生的电动势按正弦规律变化，即,e,E,m,sin,t,.(,),提升关键能力,方法技巧,书写交变电流瞬时值表达式的技巧,(1),确定正弦交变电流的峰值：根据已知图像读出或由公式,E,m,NBS,求出相应峰值,.,(2),明确线圈的初始位置：,若线圈从中性面位置开始计时，则,i,t,图像为正弦函数图像，函数表达式为,i,I,m,sin,t,.,若线圈从垂直中性面位置开始计时，则,i,t,图像为余弦函数图像，函数表达式为,i,I,m,cos,t,.,例,1,一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，内阻不计,.,转轴位于线圈平面内，并与磁场方向垂直,.,产生的电动势随时间变化的
6、规律如图所示，则,A.,该交变电流频率是,0.4 Hz,B.,计时起点，线圈恰好与中性面重合,C.,t,0.1 s,时，穿过线圈平面的磁通量最大,D.,该交变电动势瞬时值表达式是,e,10,cos,5,t,(V),由题图可知电压随着时间变化的周期为,T,0.4 s,，故频率为,f,Hz,2.5 Hz,，故,A,错误；,计时起点，电动势最大，所以此时磁通量为,0,，线圈和中性面垂直，故,B,错误,；,t,0.1 s,时，电动势为,0,，穿过线圈平面的磁通量最大，故,C,正确；,该交变,电动势最大值为,U,m,10 V,，,5 rad/s,，又从垂直中性面开始计时，所以电动势瞬时值表达式,是,e,
7、E,m,cos,t,10cos 5,t,(V),，故,D,错误,.,例,2,为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴,OO,1,按图示方向匀速转动,(,ab,向纸外，,cd,向纸内,),，并从图甲所示位置开始计时，此时产生的交流电如图乙所示,.,第二次他仅将转轴移至,ab,边上，第三次他仅将转轴,OO,1,右侧的磁场去掉，关于后两次的电流图像，下列说法正确的是,A.,第二次是,(a),图,B,.,第二次是,(c),图,C.,第三次是,(b),图,D,.,第三次是,(d),图,第二次将转轴移到,ab,边上产生的感应电流与第一次相同，
8、第三次将,OO,1,右侧的磁场去掉，线圈在转动过程中只有一边切割磁感线，产生的交变电流的最大值为原来,的,，,D,正确,.,例,3,(,多选,),如图所示，图线,a,是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦式交变电流的图像，当调整线圈转速后，其在同一磁场中匀速转动过程所产生正弦式交变电流的图像如图线,b,所示,.,下列关于这两个正弦式交变电流的说法中正确的是,A.,在图中,t,0,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,3,2,C.,交变电流,a,的电动势瞬时值表达式为,e,10sin,(5,t,)V,D.,交变电流,b,的电动势最大值,为,V,由题图可知,t,0,时刻线圈均在
9、中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，,A,错误；,由图像可知,T,a,T,b,2,3,，故,n,a,n,b,3,2,，,B,正确；,由图像,可知交变电流,a,的电动势最大值为,10 V,，,rad/s,5 rad/s,，所以交变电流,a,的电动势瞬时值表达式,为,e,10sin(5,t,)V,，,C,正确；,交变电流的电动势最大值为,E,m,NBS,，故,E,m,a,E,m,b,3,2,，知,E,m,b,E,m,a,V,，,D,正确,.,考点二,交变电流有效值的求解,1.,有效值,让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内,它们,相等,，则这个恒定电流的电流,I,与电
10、压,U,就是这个交变电流的有效值,.,2.,正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系,夯实必备知识,基础梳理,产生的热量,I,，,U,，,E,.,1.,有效值等于峰值,的,，,这一关系适用于所有交变电流,.(,),2.,交变电流的有效值就是一个周期内的平均值,.(,),有效值的计算,(1),计算有效值时要根据电流的热效应，抓住,“,三同,”,：,“,相同时间,”,内,“,相同电阻,”,上产生,“,相同热量,”,，先分段计算热量,，求和,得出一个周期内产生的总热量，然后根据,Q,总,I,2,RT,或,Q,总,T,列式求解,.,(2),若图像部分是正弦,(,或余弦,),式交变电流,，,其中,的,周期
11、,(,必须是从零至,最,大,值或从最大值至零,),和,周期,部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系,I,、,U,求解,.,提升关键能力,方法技巧,例,4,如图所示为一交流电电流随时间变化的图像，此交流电电流的有效值为,A.7 A,B.5,A,C.3.5,A,D.3.5,A,设该电流的有效值为,I,，根据有效值的定义有：,(,4,A),2,R,0.02 s,(,3,A),2,R,0.02,s,I,2,R,0.04 s,，解得,I,5 A,，故选,B.,例,5,(2022,湖北黄冈市模拟,),如图是某一线圈通过的交流电的电流,时间关系图像,(,前半个周期为正弦波形,的,),，则一个周期
12、内该电流的有效值为,考点三,交变电流,“,四值,”,的理解和计算,夯实必备知识,基础梳理,物理量,物理含义,重要关系,适用情况及说明,瞬时值,交变电流某一时刻的值,e,E,m,sin,t,i,I,m,sin,t,计算线圈某时刻的受力情况,峰值,最大的瞬时值,E,m,NBS,讨论电容器,的,电压,击穿,有效值,跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值,E,U,I,适用于正,(,余,),弦式交变电流,(1),交流电流表、交流电压表的示数,(2),电气设备,“,铭牌,”,上所标的值,(,如额定电压、额定电流等,),(3),计算与电流的热效应有关的量,(,如电功、电功率、电热、保险丝的熔断电流等,),(4
13、),没有特别加以说明的指有效值,平均值,交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值,计算通过导线横截面,的,_,电荷量,1.,交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值,.(,),2.,可以用平均值计算交变电流产生的热量,.(,),3.,求通过导体横截面的电荷量,q,It,，其中的,I,指的是有效值,.(,),例,6,一个,U,形金属线框在两匀强磁场中绕,OO,轴以相同的角速度匀速转动，通过导线给同一电阻,R,供电，如图甲、乙所示,.,甲图中,OO,轴右侧有磁场，乙图中整个空间均有磁场，两图中磁场的磁感应强度相同,.,则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为,A.1,B.1,2,C.1,4,D.
14、1,1,题,图甲中,OO,轴的右侧有磁场,，,所以线框只在半个周期内有感应电流产生,，,感应电流随时间变化的图像,如图,(a),，交流电流表测的是有效值,，,由,例,7,(,多选,),如图甲所示，标有,“,220 V,40 W,”,的灯泡和标有,“,20,F,320 V,”,的电容器并联接到交流电源上，,为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关,.,下列判断正确的是,的,示数应是交流电压的有效值,220 V,，故选项,A,、,D,错误；,交流电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压，灯泡正常发光，选项,B,正确,；,交流电压的峰值,U,m,220 V,311 V,，小于电容器的耐压值，故
15、电容器不可能被击穿，选项,C,正确,.,例,8,(,多选,),如图所示，边长为,L,的正方形单匝线圈,abcd,，电阻为,r,，外电路的电阻为,R,，,ab,的中点和,cd,的中点的连线恰好位于匀强磁场的边界线,OO,上，磁场的磁感应强度为,B,，若线圈从图示位置开始以角速度,绕,OO,轴匀速转动，则以下判断正确的是,A.,图示位置线圈中的感应电动势最大，为,E,m,BL,2,B.,从图示位置开始计时，闭合电路中感应电动势,的,瞬时值,表达式为,e,BL,2,sin,t,C.,线圈从图示位置起转过,180,的过程中，流过,电阻,R,的电荷量为,q,D.,线圈转动一周的过程中，电阻,R,上产生的
16、热量为,Q,题图位置线圈中的感应电动势最小，为零，,A,错误；,若线圈从题图位置开始转动，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为,e,BL,2,sin,t,，,B,正确,；,线圈从题图位置转过,180,的过程中,，,课时精练,1.,在匀强,磁场中，匝数,N,100,的矩形线圈绕垂直磁感线的转轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势随时间变化规律如图所示，则下列说法正确的是,A.,t,0.5,10,2,s,时，线圈平面与中性面重合,B.,t,1,10,2,s,时，线圈中磁通量变化率最大,C.,穿过每一匝线圈的最大磁通量为,1,10,3,Wb,D.,线圈转动的角速度为,50 rad/s,必备基础练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,由题图可知,，当,t,0.5,10,2,s,时，感应电动势最大，线圈平面与中性面垂直，故,A,错误；,当,t,1,10,2,s,时，感应电动势为,0,，磁通量变化率为,0,，故,B,错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,该交流电的周期,T,0.02 s,，则线圈转动的角速度,rad/s,100,rad/s,，交流电的最大感应电动势,E,m
