版高考物理人教版山东专用一轮复习课件：第十一章 第1节　交变电流的产生和描述

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1、第十一章交变电流传感器第十一章交变电流传感器第第1 1节交变电流的产生和描述节交变电流的产生和描述基础过关基础过关考点研析考点研析素养提升素养提升基础知识基础知识一、正弦式交变电流的产生一、正弦式交变电流的产生1.1.线圈绕线圈绕 方向的轴匀速转动方向的轴匀速转动.基础过关基础过关 紧扣教材紧扣教材自主落实自主落实垂直于磁场垂直于磁场2.2.两个特殊位置的特点两个特殊位置的特点中性面中性面中性面的垂面中性面的垂面位置特点位置特点最大最大0 0,e,i,e,i0 0最大最大电流方向电流方向改变改变不改变不改变t3.3.电流方向的改变电流方向的改变:一个周期内线圈中电流的方向改变一个周期内线圈中电

2、流的方向改变 次次.4.4.交变电动势的最大值交变电动势的最大值E Em m=,与转轴位置无关与转轴位置无关,与线圈形状无关与线圈形状无关.5.5.交变电动势随时间的变化规律交变电动势随时间的变化规律(从中性面开始计时从中性面开始计时)(1)(1)表达式表达式:e=:e=.(2)(2)图像图像nBSnBSE Em msin tsin t两两教教材材解解读读如图为交流发电机线圈的平面图如图为交流发电机线圈的平面图,设磁感应强度为设磁感应强度为B,B,线圈面积为线圈面积为S,S,匝数为匝数为n,n,以以O O1 1O O2 2为起点、角速度为起点、角速度匀速转动匀速转动,经过时间经过时间t t转至

3、实线位置转至实线位置,试推导此时线试推导此时线圈中感应电动势的表达式圈中感应电动势的表达式.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)瞬时值瞬时值:交变电流交变电流 的值的值,是时间的函数是时间的函数.(2)(2)峰值峰值:交变电流或电压所能达到的交变电流或电压所能达到的 .(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 的次数的次数,单位是单位是 .时间时间周期性变化周期性变化赫兹赫兹(Hz)(Hz)某一时刻某一时刻最大值最大值(3)(3)有效值有效值:让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻让交变电流与恒定电流分

4、别通过相同的电阻,如果在交变电流的一如果在交变电流的一个周期内它们个周期内它们 相等相等,则这个恒定电流则这个恒定电流I I、恒定电压、恒定电压U U就是这个交变就是这个交变电流的有效值电流的有效值.产生的热量产生的热量自自主主探探究究如图所示的交流发电机示意图中如图所示的交流发电机示意图中,线圈中的磁通量最大、磁通量变化率最大、线圈中的磁通量最大、磁通量变化率最大、感应电流最大、感应电流方向改变的位置分别是哪个图所示的位置感应电流最大、感应电流方向改变的位置分别是哪个图所示的位置?答案答案:(甲甲)、(丙丙)(乙乙)、(丁丁)(乙乙)、(丁丁)(乙乙)、(丁丁)(甲甲)、(丙丙)(1)(1)

5、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时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一定会产生正弦式交变电流.(.()(2)(2)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时,线圈中的感应电动势为零线圈中的感应电动势为零,电流方向发生改变电流方向发生改变.(.()(3)(3)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值.(.()(4)(4)交流电压表和电流表测量的是峰值交流电压表和电流表测量的是峰值.(.()(5)(5)交变电流的峰值总是有效值的交变电流的峰值总是有效值的 倍倍.(.()过关巧练过关巧

6、练1.1.思考判断思考判断22.2.(2019(2019四川泸州模拟四川泸州模拟)如图所示是我国居民日常生活所用交变电流的图像如图所示是我国居民日常生活所用交变电流的图像,由图像可知由图像可知()A.A.该交变电流的频率为该交变电流的频率为100 Hz100 HzB.B.该交变电流的有效值为该交变电流的有效值为311 V311 VC.C.该交变电流的周期是该交变电流的周期是2 s2 sD.D.该交变电流的瞬时值表达式为该交变电流的瞬时值表达式为u=311sin 100t(V)u=311sin 100t(V)D DA A4.4.如图所示的电流如图所示的电流i i通过一个通过一个R=1 R=1 的

7、电阻的电阻,它不是恒定电流它不是恒定电流.(1)(1)计算通电计算通电1 s1 s内电阻内电阻R R中产生的热量中产生的热量;(2)(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R,R,也能在也能在1 s1 s内产内产生同样的热量生同样的热量,这个电流是多大这个电流是多大?答案答案:(1)2.8 J(1)2.8 J(2)1.67 A(2)1.67 A考点一交变电流的产生及变化规律考点一交变电流的产生及变化规律1.1.正弦式交变电流的变化规律正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时线圈在中性面位置开始计时)考点研析考点研析 核心探

8、究核心探究重难突破重难突破2.2.三点注意三点注意(1)(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,就产生正弦式交就产生正弦式交变电流变电流,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(2)-t图像与对应的图像与对应的e-te-t图像是互余的图像是互余的.(3)(3)电流方向的改变电流方向的改变:线圈通过中性面时线圈通过中性面时,电流方向发生改变电流方向发生改变,一个周期内线圈一个周期内线圈两次通过中性面两次通过中性面,因此电流的方向改变两次因此电流的方向改

9、变两次.【典例典例1 1】(2019(2019四川资阳模拟四川资阳模拟)如图如图(甲甲)所示所示,矩形线圈在匀强磁场中绕垂矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴直于磁感线的中心轴OOOO匀速转动匀速转动,产生的感应电动势产生的感应电动势e e随时间随时间t t的变化曲线的变化曲线如图如图(乙乙)所示所示.若外接电阻的阻值若外接电阻的阻值R=9,R=9,线圈的电阻线圈的电阻r=1,r=1,则下列说法正则下列说法正确的是确的是()A.A.线圈转速为线圈转速为100 rad/s100 rad/sB.0.01 sB.0.01 s末穿过线圈的磁通量最大末穿过线圈的磁通量最大C.C.通过线圈的最大电流

10、为通过线圈的最大电流为10 A10 AD.D.线圈产生的交变电流的表达式线圈产生的交变电流的表达式i=10sin 25t(A)i=10sin 25t(A)C C【针对训练针对训练】(多选多选)图图(甲甲)是小型交流发电机的示意图是小型交流发电机的示意图,两磁极两磁极N,SN,S间的磁场间的磁场可视为水平方向的匀强磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴线圈绕垂直于磁场的水平轴OOOO沿逆时针方向匀速转动沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变产生的交变电流随时间变化的图像如图化的图像如图(乙乙)所示所示.以下判断

11、正确的是以下判断正确的是()ACACA.A.电流表的示数为电流表的示数为10 A10 AB.B.线圈转动的角速度为线圈转动的角速度为50 rad/s50 rad/sC.0.01 sC.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行时线圈平面与磁场方向平行D.0.02 sD.0.02 s时电阻时电阻R R中电流的方向自右向左中电流的方向自右向左考点二交变电流有效值的求解考点二交变电流有效值的求解2.2.利用有效值的定义计算利用有效值的定义计算(非正弦式电流非正弦式电流)计算时计算时“相同时间相同时间”至少取一个周期或周期的整数倍至少取一个周期或周期的整数倍.3.3.利用能量关系利用能量关系当有电能和其他形

12、式的能转化时当有电能和其他形式的能转化时,可利用能的转化和守恒来求有效值可利用能的转化和守恒来求有效值.4.4.几种典型交变电流的有效值几种典型交变电流的有效值【典例典例2 2】(2018(2018重庆校级模拟重庆校级模拟)三个相同的电阻三个相同的电阻,分别通过如图分别通过如图(甲甲)、(乙乙)、(丙丙)所示的交变电流所示的交变电流,三个图中的三个图中的I I0 0和周期和周期T T都相同都相同.下列说法中正确的是下列说法中正确的是()C C【针对训练针对训练】(2018(2018全国全国卷卷,16),16)一电阻接到方波交流电源上一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内在一个周期内产生的热量为

13、产生的热量为Q Q方方;若该电阻接到正弦交流电源上若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为在一个周期内产生的热量为Q Q正正.该电阻上电压的峰值均为该电阻上电压的峰值均为u u0 0,周期均为周期均为T,T,如图所示如图所示.则则Q Q方方Q Q正正等于等于()D D考点三交变电流考点三交变电流“四值四值”的比较和应用的比较和应用对交变电流对交变电流“四值四值”的比较的比较1【典例典例3 3】如图所示如图所示,线圈线圈abcdabcd的面积是的面积是0.05 m0.05 m2 2,共共100100匝匝,线圈电阻为线圈电阻为1,1,外外接电阻接电阻R R为为9,9,匀强磁场的磁感应强

14、度为匀强磁场的磁感应强度为B=T,B=T,当线圈以当线圈以 300 r/min 300 r/min 的转的转速匀速旋转时速匀速旋转时,求求:(1)(1)若从线圈处于中性面开始计时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写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;答案答案:(1)e=50sin 10t(V)(1)e=50sin 10t(V)答案答案:(2)43.3 V (3)31.86 V(2)43.3 V (3)31.86 V3.54 A 3.54 A A.A.该线圈产生的交流电动势峰值为该线圈产生的交流电动势峰值为50 V50 VB.B.该线圈产生的交流电动势有效值为该线圈产生

15、的交流电动势有效值为50 V50 VC.C.电容器的耐压值至少为电容器的耐压值至少为50 V50 VD.D.电容器的电容电容器的电容C C变大时变大时,电流表的示数变小电流表的示数变小B B 核心素养核心素养素养提升素养提升 学科素养学科素养演练提升演练提升【示例示例】家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦交流电压的家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的波形截去一部分来实现的,由截去部分的多少来调节电压由截去部分的多少来调节电压,从而实现灯光的可从而实现灯光的可调调,比过去用变压器调压方便且体积小比过去用变压器调压方便且体积小.某电子调光灯经

16、调整后电压波形如图某电子调光灯经调整后电压波形如图所示所示,求灯泡两端的电压的有效值求灯泡两端的电压的有效值.【即学即练即学即练】如图所示为一个经双可控硅调压器调节后加在电灯上的电压如图所示为一个经双可控硅调压器调节后加在电灯上的电压,正正弦交流电的每一个二分之一周期中弦交流电的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去前面四分之一周期被截去,则现在电灯上电则现在电灯上电压的有效值为压的有效值为()D D高考模拟高考模拟1.1.(2017(2017天津卷天津卷,6)(,6)(多选多选)在匀强磁场中在匀强磁场中,一个一个100100匝的闭合矩形金属线圈匝的闭合矩形金属线圈,绕绕与磁感线垂直的固

17、定轴匀速转动与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化律变化.设线圈总电阻为设线圈总电阻为2,2,则则()ADADA.t=0A.t=0时时,线圈平面平行于磁感线线圈平面平行于磁感线B.t=1 sB.t=1 s时时,线圈中的电流改变方向线圈中的电流改变方向C.t=1.5 sC.t=1.5 s时时,线圈中的感应电动势最大线圈中的感应电动势最大D.D.一个周期内一个周期内,线圈产生的热量为线圈产生的热量为882 2 J J2.2.(2016(2016全国全国卷卷,21)(,21)(多选多选)如图如图,M,M为半圆形导线框为半圆形导线框

18、,圆心为圆心为O OM M;N;N是圆心角为是圆心角为直角的扇形导线框直角的扇形导线框,圆心为圆心为O ON N;两导线框在同一竖直面两导线框在同一竖直面(纸面纸面)内内;两圆弧半径两圆弧半径相等相等;过直线过直线O OM MO ON N的水平面上方有一匀强磁场的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面磁场方向垂直于纸面.现使线框现使线框M,NM,N在在t=0t=0时从图示位置开始时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面、且过分别绕垂直于纸面、且过O OM M和和O ON N的轴的轴,以相同的以相同的周期周期T T逆时针匀速转动逆时针匀速转动,则则()BCBC3 3.(2015.(2015山东卷山

19、东卷,19),19)如图如图(甲甲),R),R0 0为定值电阻为定值电阻,两金属圆环固定在同一绝缘平两金属圆环固定在同一绝缘平面内面内.左端连接在一周期为左端连接在一周期为T T0 0的正弦交流电源上的正弦交流电源上,经二极管整流后经二极管整流后,通过通过R R0 0的的电流电流i i始终向左始终向左,其大小按图其大小按图(乙乙)所示规律变化所示规律变化.规定内圆环规定内圆环a a端电势高于端电势高于b b端端时时,a,b,a,b间的电压间的电压u uabab为正为正,下列下列u uabab-t t图像可能正确的是图像可能正确的是()C C解析解析:由安培定则知由安培定则知,0,00.25T0

20、.25T0 0,圆环内的磁场垂直纸面向里逐渐增大且增圆环内的磁场垂直纸面向里逐渐增大且增加越缓慢加越缓慢,由楞次定律知由楞次定律知,若圆环闭合若圆环闭合,感应电流是逆时针方向感应电流是逆时针方向,逐渐减小至逐渐减小至0;0.25T0;0.25T0 00.5T0.5T0 0,圆环内的磁场垂直纸面向里逐渐减小且减小得越快圆环内的磁场垂直纸面向里逐渐减小且减小得越快,由楞由楞次定律知次定律知,若圆环闭合若圆环闭合,感应电流是顺时针方向感应电流是顺时针方向,逐渐增大逐渐增大.以后周期性变化以后周期性变化(周期为周期为0.5T0.5T0 0),),选项选项C C正确正确.点击进入点击进入 课时训练课时训练