高考总复习物理课件33 交变电流的产生及描述

\n内容要求交变电流、交变电流的图象Ⅰ正弦交变电流的函数表达式，峰值和有效值Ⅰ理想变压器Ⅰ远距离输电Ⅰ传感器及其工作原理Ⅱ传感器的应用Ⅰ传感器应用实例Ⅰ\n本部分知识在以前试题均以选择和填空题型出现，也出现过关于交流电的计算题．考查知识的方式既有对本部分知识内容的单独考查也有对本部分知识和电学的其他部分、力学等内容相联系的综合性考查，特别是带电粒子在交变电场中的运动问题，在加强能力考查的高考中更会成为一个热点．发电和电能的输送是与实际紧密结合的内容，有成为综合试题重点考查的可能．还要引起注意的是：发电、输电的内容是物理与其他许多学科(如地理、化学等)知识间的交叉点，引起了强调考查综合能力的人们的极大兴趣．\n高考对传感器的要求很低，仅在实验要求中有“传感器的简单使用”一个考点．本部分出题的概率不大，若有考题出现，可能是传感器与电路相联系的问题的简单考查．\n交变电流的重点是：交变电流的产生及其变化规律、表征交变电流的物理量和变压器原理．难点是交流电有效值的意义及变压器原理．这一章所学的交流电的知识，是前面学过的电和磁的知识的发展和应用，并与生产和生活有着密切的关系．与直流电相比，交流电有许多优点，这是由交流电具有随时间做周围性变化的特点而决定的．\n利用变压器升、降电压，实现了远距离送电，交流电动机也具有结构简单，使用方便等特点．交流电的特点是分析本章问题的基础，在复习过程中应注意培养把物理知识运用于实际的能力．“理论联系实际的能力”是高中物理教学的重要目标之一，在复习本章知识时，应注意这方面能力的培养．\n知道非电学量转换成电学量的技术意义，通过实验知道常见传感器的工作原理．特别了解传感元件：热敏电阻、光敏电阻、金属热电阻的特点以及霍尔元件特点．对力传感器、声传感器、光传感器有一定的理解并能简单应用．课时33交变电流的产生及描述\n课时33交变电流的产生及描述\n考点一　交变电流的产生►基础梳理◄1．交变电流的含义大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流．正弦交变电流是随时间按正弦规律变化的交变电流，它的图象是正弦函数曲线．2．交变电流的产生将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生随时间按正弦规律变化的正(余)弦电流．\n3．交变电流的变化规律函数式：电动势e＝nBSωsinωt＝Emsinωt电压u＝iR＝ImRsinωt＝Umsinωt以上各式都是线圈在t＝0时从中性面开始旋转的表达式．\n4.交变电流的表征量(1)交变电流的“四值”①瞬时值：反映不同时刻交变电流的大小和方向，用小写的字母表示．如瞬时电流的表达式为sinωt＝Imsinωt.\n②峰值：反映交变电流大小的变化范围，当线圈平面与磁感线平行时线圈电动势最大，其表达式为Em＝nBSω，瞬时值与峰值的关系为－Em≤e≤Em.③有效值：根据电流的热效应规定，在一个周期内，如果交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻产生相同的热量，则把恒定电流的数值称为交变电流的有效值，用大写字母表示．在正(余)弦交变电流中，有效值和峰值的关系为Em＝\n④平均值：反映的是交变电流图象的波形与横轴(时间轴)所围的面积和时间的比值．平均电动势的计算可以用公式\n(2)交变电流的周期和频率①周期T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一周)需要的时间．②频率f：交变电流在1s内完成的周期性变化的次数．③周期和频率的关系：④角速度：我国使用的交流电频率为50Hz.\n►疑难详析◄交变电流的函数表达式交变电流瞬时值表达式的具体形式是由开始计时的时刻和正方向的规定等因素共同决定的．\n如果线圈从中性面开始计时，该瞬时虽然穿过线圈的磁通量最大，但是线圈两个边的速度方向和磁场方向正好平行，不切割磁感线，此时电动势为零，故表达式为e＝nBSωsinωt＝Emsinωt；如果线圈平面和磁场平行时开始计时，虽然该时刻穿过线圈的磁通量是零，但是由于此时线圈两个边的速度方向和磁场方向正好垂直，电动势最大，故表达式为e＝nBSωcosωt＝Emcosωt.\n交变电流的峰值Em＝nBSω，即由线圈的匝数n、磁场的磁感应强度B、线圈的面积S、线圈转动的角速度ω共同决定，此时要求转轴和磁场的方向垂直(转轴未必是线圈的对称轴)，线圈为平面线圈(未必是矩形或正方形)．\n►深化拓展◄交变电流的平均值与有效值1．交变电流的有效值是根据电流的热效应与同时间、同电阻、同热量的直流电流相比来确定的；交变电流的平均值是根据法拉第电磁感应定律中的平均感应电动势计算的；2．在进行具体的计算，如求电路中的电功率、产生的热量或保险丝的熔断电流时，应该使用有效值；求通过某导体横截面的电荷量时应该用电流的平均值；在纯电阻电路中，欧姆定律适用于有效值或瞬时值的计算；\n\n4．现实中有效值应用较多，如交流用电器铭牌上标明的额定电压或额定电流、交流电表测出来的电流或电压值都是有效值．一般不加特殊说明，提到交流电的电流、电压、电动势时，都是指有效值．\n[例1]如图1所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈总电阻为R，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.在线圈由图示位置转过90°的过程中，下列说法中正确的是()图1\n\n\n[答案]CD\n题后反思：(1)要知道正弦交变电流的最大值、瞬时值、有效值、平均值的区别，不可混淆，应用时要视情况的不同灵活选择不同的值进行计算．(2)要清楚交变电流的产生过程，对中性面的理解要深刻透彻：线圈处于中性面时，通过线圈的磁通量最大但磁通量的变化率却是零，同时中性面又是交变电流方向的转折点．\n一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂直．线圈中感应电动势e与时间t的关系如图2所示．则磁感应强度B＝______________，在t＝时刻，线圈平面与磁感线的夹角等于____________．图2\n\n题型二　交流电路的计算[例2](2010·唐山模拟)图3所示为交流发电机示意图，矩形线圈的匝数N＝50匝，每匝线圈的长lab＝0.4m，lbc＝0.2m，矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B＝0.2T，线圈总电阻r＝1Ω，外接电阻R＝9Ω，线圈以n＝转/秒的转速在磁场中匀速转动，求：此交流发电机的输出功率和电压表、电流表的读数．\n图3\n\n\n题后反思：部分电路和闭合电路的有关公式仍适用于正弦交流电路，应用时仍要分清电源(如发电机)和外电路、电动势和路端电压等，而对交流电路特别要注意正确选用交流电的“四值”．一般常从图象或瞬时值表达式入手，得出交流电的最大值、有效值，然后再按照电路知识解决相关问题．\n如图4所示，线圈abcd的面积是0.05m2，共100匝；线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应强度B当线圈以300r/min的转速匀速旋转时，图4\n(1)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；(2)线圈转过s时电动势的瞬时值多大？(3)电路中电压和电流表的示数各是多少？\n解析：分别把Em，ω的数值推算出，代入一般式e＝Emsinωt就得出了瞬时值表达式，求瞬时值时，只需把t的时刻代入表达式就可以了，最后一问是求线圈中的电流和线圈的端电压，注意应为有效值．\n\n电压表的示数U＝IR＝3.54×9V＝31.86V.答案：(1)e＝50sin(10πt)V(2)43.3V(3)3.54A31．86V\n1．小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图5所示，此线圈与一个R＝10Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是()图5\nA．交变电流的周期为0.125sB．交变电流的频率为8HzC．交变电流的有效值为D．交变电流的最大值为4A\n答案：C\n2．如图6(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图6(b))为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是()图6\n\n解析：t＝0时线圈中感应电流方向为c→b→a→d为负．经过时，线圈平面与磁场垂直，线圈中瞬时电流为零，所以D正确，A、B、C错误．答案：D\n3．图7(1)、(2)分别表示两种电压的波形，其中图(1)所示电压按正弦规律变化．下列说法正确的是()图7\nA．图(1)表示交流电，图(2)表示直流电B．两种电压的有效值相等C．图(1)所示电压的瞬时值表达式为u＝311sin100πtVD．图(1)所示电压经匝数比为10∶1的变压器变压后，频率变为原来的\n解析：因大小和方向均随时间做周期性变化的电流为交流电，故图(2)电压表示的也为交流电．A错误；由图象知，除U1＝U2＝311V的其它相同时刻U1＞U2，故B错误；由图(1)知，该交流电压是正弦交流电压，Um＝311V，T＝2×10－2s，则瞬时值u＝UmsintV＝311sin100πtV，故C正确；因变压器变压后输入电压与输出电压的频率相同，故D错误．\n答案：C图8\n4．平行板间如图8所示周期变化的电压，重力不计的带电粒子静止在平行板中央，从t＝0时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况，图9中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是()图9\n解析：由F＝qE＝可知带电粒子做变速运动的加速度大小是定值．并且粒子运动方向一直向前，不会变向，故A选项正确．答案：A\n5．(2009·福建高考)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图10甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0Ω，现外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图10乙所示，则()图10\nA．电压表○V的示数为220VB．电路中的电流方向每秒钟改变50次C．灯泡实际消耗的功率为484WD．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J\n解析：本题考查交变电流的有效值、最大值、周期频率等物理量及其关系，考查闭合电路的欧姆定律、焦耳定律等物理规律；意在考查考生对基本概念和基本规律的理解和应用．A选项，由图象可知电动势的有效值为220V，而电压表测量的是路端电压，\n答案：D\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全