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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,专题十 交变电流,1/40,考点内容,要求,热点考向,1.交变电流、交变电,流图象,1.交变电流是电磁感应现象应用，高,考着重考查知识点有：交变电流产,生、交变电流图象及表述(峰值、有效值、,平均值、瞬时值等)、理想变压器原理,及远距离输电，理想变压器原、副线圈,所在电路中各物理量之间制约关系,是复习重点.,2.高考对本单元考查普通以生产、生,活实际以及近代科技问题为背景，考查,理想变压器应用、含变压器电路动,态分析及远距离输电问题.,2.正弦式交变电流,函数表示式、峰值和,有效值,3.理想变压器,4.远距离输电,5.试验十一：传感器,简单使用,2/40,3/40,第1讲,交变电流产生和描述,4/40,考点,1,正弦式交变电流产生和改变规律,1.正弦式交变电流,正弦规律,(1)定义：按_改变交变电流,，简称正弦,式电流,.,5/40,(2)产生：当闭合线圈由中性面位置(图 10-1-1 中,O,1,O,2,位置),开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向轴_转动时，线,圈中产生感应电动势随时间而,改变函数是正弦函数：,e,_，其中,E,m,_.这就是正弦式交变电流.,图 10-1-1,匀速,E,m,sin,t,NBS,6/40,2.对中性面了解,垂直,最大,0,0,(1)中性面是与磁场方向_平面，是假想参考面.,(2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面磁通量_，,而磁通量改变率为_，产生感应电动势为_.,(3)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面磁通量为,_，但磁通量改变率_，产生感应电动势,_.,0,最大,最大,电流方向,两,(4)线圈每经过中性面一次_就改变一次，线圈,转动,一周，两次经过中性面，所以电流方向改变,_次.,7/40,考点,2,描述交变电流物理量,改变快慢,1.周期和频率：描述交变电流_物理量.,(1)周期,T,：交变电流完成一次周期性改变(线圈转一周)所需,时间，单位是秒(s).周期越大，交变电流改变越_，在一,个周期内，交变电流方向改变_次.,慢,两,(2)频率,f,：交变电流在 1 s 内完成周期性改变_，,单位是赫兹，符号为 Hz.频率越大，交变电流改变越_.,(3)周期和频率关系：,f,_,2,.,次数,快,(4)我国生活用电电压是_，周期是_，频率是,_，每秒钟电流方向改变_次.,220 V,0.02 s,50 Hz,100,8/40,2.交变电流瞬时值、峰值、有效值和平均值,时刻,(1)瞬时值：交变电流某一_值，是时间函数.,(2)峰值：交变电流电流或电压所能到达_.,(3)有效值：让交变电流与恒定电流分别经过_电,阻，假如它们在一个周期产生_相等，则这个恒定电,流,I,、恒定电压,U,就是这个交变电流_.,(4)正弦式交变电流有效值与峰值之间关系,I,_，,U,_，,E,_.,最大值,相同,热量,有效值,9/40,【基础自测】,1.(,年北京丰台区高三期末,),如图 10-1-2 所表示，矩形线,框置于磁场中，该磁场可视为匀强磁场.线框经过导线与电阻构,成闭合电路，线框在磁场中绕,垂直于磁场方向转轴逆时针匀,速转动，以下说法正确是(,),图 10-1-2,10/40,A.线框经过图中位置瞬间，线框中电流方向由,A,到,B,B.线框经过图中位置瞬间，穿过线框磁通量,最大,C.线框经过图中位置瞬间，经过电阻电流瞬时值最大,D.若使线框转动角速度增大一倍，那么经过电阻电流,有效值变为原来,2,倍,答案：,C,11/40,2.(,多项选择，,201,6,河南十校大联考,),小型交流发电机示意图,如图 10-1-3 甲所表示，在匀强磁场中，一矩形金,属线圈绕与磁感,线垂直转轴匀速转动，产生电动势随时间改变正弦规律,图象如图乙所表示,.发电机线圈内阻为 10，外接一个电阻为 90,),乙,灯泡，不计电路其它电阻，则(,甲,图,10-1-,3,12/40,A.灯泡两端电压为 198 V,B.每秒内电流方向改变 50 次,C.灯泡实际消耗功率为 537.8 W,D.发电机线圈内阻每秒产生焦耳热为 48.4 J,答案：,AD,13/40,3.(,多项选择,),如图 10-1-4 所表示，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图象，当调整线圈转速后，所,产生正弦式交变电流图象如图线,b,所表示，以下关于这两个正,弦式交变电流说法正确是(,),图 10-1-4,A.在图中,t,0 时刻穿过线圈磁通量均为零,B.线圈先、后两次转速之比为 32,C.交变电流,a,瞬时值表示式为,u,10sin 5,t,(V),D.交变电流,b,最大值为 5 V,答案：,BC,14/40,4.先后用不一样交流电源给同一盏灯泡供电，第一次灯泡,两端电压随时间按正弦规律改变(如图 10-1-5 甲所表示)；第二,次灯泡两端电压改变规律如图乙所表示.若甲、乙图中,U,0,、,T,所表示电压、周期值是相同，则以下说法正确是(,),甲,乙,图,10-1-5,15/40,A.第一次，灯泡两端电压有效值是,U,0,2,B.第二次，灯泡两端电压有效值是,3,U,0,2,C.第一、第二次，灯泡电功率之比是 29,D.第一、第二次，灯泡电功率之比是 15,答案：,D,16/40,线圈平面与中性面重合时，,S,B,，,最大，,热点,1,交变电流产生、描述及图象,热点归纳,1.正弦式交变电流产生,(1)线圈绕垂直于磁场方向轴匀速转动.,(2)两个特殊位置特点,：,t,0，,e,0，,i,0，电流方向将发生改变.,17/40,最大，,e,最,线圈平面与中性面垂直时，,S,B,，,0，,t,大，,i,最大，电流方向不改变.,(3)电流方向改变：线圈经过中性面时，电流方向发生改,变，一个周期内线圈两次经过中性面，所以电流方向改变两,次.,(4)交变电动势最大值,E,m,NBS,，与转轴位置无关，与,线圈形状无关.,18/40,物理量,函数,图象,磁通量,m,cos,t,BS,cos,t,电动势,e,E,m,sin,t,NBS,sin,t,2.正弦式交变电流改变规律(线圈在中性面位置开始计,时),19/40,物理量,函数,图象,电压,电流,(,续表,),20/40,考向,1,依据图象判断某两个特殊位置特点,【典题,1,】,(,多项选择，,年湖南长沙雅礼中学高三检测,)如,图 10-1-6 甲所表示，一个矩形线圈,abcd,在匀强磁场中绕垂直于,磁场方向轴匀速转动.线圈内磁通量随时间,t,改变如图乙所,),示，则以下说法正确是(,甲,乙,图,10-1-6,A.,t,1,时刻线圈中感应电动,势最大,B.,t,2,时刻,ab,运动方向与磁场方向垂直,C.,t,3,时刻线圈平面与中性面重合,D.,t,4,、,t,5,时刻线圈中感应电流方向相同,21/40,等于零，故感应电动势为零，故 A 错误；,t,2,时刻磁通量为,等于零，故没有感应电流，故 D 错误.,解析：,t,1,时刻经过,线圈磁通量最大，此时磁通量改变,率,t,零，线圈与磁场平行，故导线,ab,速度方向跟磁感线垂直，故,B 正确；,t,3,时刻线圈磁通量最大，故此时线圈与中性面重合；,故 C 正确；由题图可知,t,5,时刻线圈中磁通量最大，此时磁通量,改变率,t,答案：,BC,易错提醒：,线圈在匀强磁场中转动产生正弦式交变电流，,穿过线圈磁通量为零时，磁通量改变率最大，感应电动势,最大；穿过线圈磁通量最大时，磁通量改变率为零，感应,电动势为零,.,22/40,考向,2,正弦式交变电流产生及其图象,【典题,2,】,有一不动矩形线圈,abcd,，处于范围足够大,可转动匀强磁场中，如图 10-1-7 所表示.该匀强磁场由一对磁极,N、S 产生，磁极以,OO,为轴匀速转动.在,t,0 时刻，磁场,方向与线圈平行，磁极 N 开始离开纸面向外转动，要求由,a,b,c,d,a,方向感应电流为正，则以以下各图所表示能反,映线圈中感应电流,i,随时间,t,改变图象是(,),23/40,图 10-1-7,A,B,C,D,24/40,解析：,磁极以,OO,为轴匀速转动可等效为磁场不动线圈,向相反方向转动，在,t,0 时刻，由右手定则可知，产生感应,电流方向为,a,b,c,d,a,，磁场方向与线圈平面平行，感,应电流最大，故 C 项正确.,答案：,C,25/40,热点,2,非正弦式交变电流有效值计算,热点归纳,非正弦式交流电有效值求解,交变电流有效值是依据电流热效应(电流经过电阻生,热)进行定义，所以进行有效值计算时，要紧紧围绕电流,经过电阻,生热,(或热功率)进行计算.注意“三同”：即“相同电阻”“相,同时间”内产生“相同热量”.计算时“相同时间”要取周期,整数倍，普通取一个周期.,26/40,考向,1,矩形波形交流电,【典题,3,】,图 10-1-8 是一交变电流随时,间改变图象，则,此交流电有效值是(,),图 10-1-8,C.3.5 A,D.5 A,27/40,解析：,交流电有效值是依据其热效应定义，它是从电,流产生焦耳热相等角度出发，使交流电与恒定电流等效.设交,流电有效值为,I,，令该交流电经过一阻值为,R,纯电阻，在,答案：,D,28/40,考向,2,半波正弦式变变电流,【典题,4,】,如图 10-1-9 所表示电路，电阻,R,1,与电阻,R,2,阻值相,同，都为,R,，和,R,1,并联,D,为理想二极管(正向电阻可看作零，,反向电阻可看成无穷大).在,A,、,B,间加一正弦式交流电,u,),sin 100,t,(V)，则加在,R,2,上电压有效值为(,图 10-1-9,A.10 V,B.20 V,C.15 V,D.V,29/40,解析：,电压值取正值时，即在前半个周期内，二极管电阻,为零，,R,2,上电压等于输入电压值，电压值取负值时，即在后,半个周,期内，二极管电阻无穷大可看作断路，,R,2,上电压等于,输入电压值二分之一，据此可设加在,R,2,电压有效值为,U,，根,U,V.故选项 D 正确.,答案：,D,30/40,【迁移拓展】,一个“U”形金属线框在匀强磁场中绕,OO,轴,以相同角速度匀速转动，经过导线给同一电阻,R,供电，如图,10-1-10 甲、乙所表示.其中图甲中,OO,轴右侧有磁场，图乙中整,个空间都有磁场，两磁场磁感,应强度相同,.则甲、乙两图中交流,),电流表示数之比为(,甲,乙,图,10-1-10,A.1,B.12,C.14,D.11,答案：,A,31/40,热点,3,考向,1,交变电流,“,四值”,比较,交变电流瞬时表示式书写,【典题,5,】,交流发电机模型示意图如图 10-1-11 甲所表示.在磁,感应强度为,B,匀强磁场中，有一矩形线圈,abcd,可绕线圈平面,内垂直于磁感线轴,OO,转动，由线圈引出导线,ae,和,df,分,别与两个跟线圈一起绕,OO,转动金属圆环相连接，金属圆,环又分别与两个固定电刷保持滑动接触，这么矩形线圈在转,动中就能够保持和外电路电阻,R,形成闭合电路.图乙是线圈主,视图，导线,ab,和,cd,分别用它们横截面来表示.已知,ab,长度,为,l,1,，,bc,长度为,l,2,，线圈以恒定角速度,逆时针转动.(只考虑单,匝线圈),32/40,(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导,t,时刻整,个线圈中感应电动势,e,1,表示式.,(2)线圈平面处于与中性面成,0,角位置时开始计时，如图丙,所表示，试写出,t,时刻整个线圈中感应电动势,e,2,表示式.,甲,丙,乙,图,10-1,-11,33/40,解：,(1)矩形线圈,abcd,在磁场中转动时，只有,ab,和,cd,切割,在,t,时刻，导线,ab,、,cd,因切割磁感线而产生感应电,动势,均为,E,1,Bl,1,v,由图可知,v,v,sin,t,则整个线圈感应电动势为,e,1,2,E,1,Bl,1,l,2,sin,t,.,(2)当线圈由图丙位置开始运动时，在,t,时刻整个线圈感,应电动势为,e,2,Bl,1,l,2,sin(,t,0,).,34/40,方法技巧：,书写交变电流瞬时值表示式基本思绪：,(1),确定正弦式交变电流峰值，依据已知图象读出,或由公,式,E,m,nBS,求出对应峰值,.,(2),明确线圈初始位置，找出对应函数关系式,.,若线圈从中性面位置开始转动，则,i,-,t,图象为正弦函数图,象，函数式为,i,I,m,sin,t,.,若线圈从垂直中性面位置开始转动，则,i,-,t,图象为余弦函,数图象，函数式为,i,I,m,cos,t,.,35/40,考向,2,正弦交变电流有效值计算和应用,【典题,6,】,如图 10-1-12 所表示，试验室一台手摇交流发电机,内阻,r,1，外接,R,9 电阻.闭合开关 S，当发电机转子,以某一转速匀速转动时，产生电动势,e,sin 10,t,(V)，,则(,),A.该交变电流频率为 10 Hz,B.该电动势有效值为,V,C.外接电阻,R,所消耗电功率为 10 W,D.电路中理想交流电流表示数为 1 A,图 10-1-12,36/40,解析：,由交流电表示式可知,10 rad/s，,E,m,V，,得,f,2,5 Hz，,E,10 V，选项 A、B 错误.,I,E,R,r,1 A，,选,项 D 正确.,P,R,I,2,R,9 W，选项 C 错误.,答案：,D,37/40,考向,3,平均值和有效值比较,【典题,7,】,(,多项选择,),如图 10-1-13 所表示，一矩形线圈面积为,S,，,匝数为,N,，内阻为,r,，绕其垂直于磁感线对称轴,OO,以角速,度,匀速转动，匀强磁场磁感应强度为,B,，从图示位置转 90,过程中，以下说法正确是(,),图 10-1-13,38/40,D.从图示位置开始计时，则感应电动势随时间改变规律,为,e,NBS,sin,t,答案：,BC,39/40,注意事项：,(1),明确交变电,流瞬时值、峰值、有效值和平,均值意义，有效值是与交变电流热效应等效恒定电流值，,普通情况下交流电电压、电流及电功率指都是有效值，电,容器击穿电压应大于交流电峰值；,(2),计算线圈某时刻受力情况时应使用电流瞬时值；计,算电功、电功率、电热等与电流热效应相关量时应使用有,效值，保险丝熔断电流为有效值；计算经过导线横截面电,荷量时应使用电流在一段时间内平均值,.,40/40,
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