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,知识梳理深化拓展,栏目索引,知识梳理深化拓展,栏目索引,*,*,知识梳理深化拓展,栏目索引,考点一,*,*,知识梳理深化拓展,栏目索引,*,*,知识梳理深化拓展,栏目索引,知识梳理,知识梳理深化拓展,栏目索引,深化拓展,知识梳理深化拓展,栏目索引,*,*,第,1,讲交变电流产生和描述,1/40,知识梳理,一、交变电流产生和图像,1.交变电流定义,大小和方向,都随时间作周期性改变电流。(注意:方向随时间,作周期性改变是交变电流最主要特征。),2/40,2.正弦式交变电流,(1)定义:按,正弦规律,改变交变电流叫正弦式交变电流,简称正,弦交流电。,(2)产生:,3/40,(3)正弦式交变电流函数表示式(线圈在中性面位置开始计时),a.电动势,e,随时间改变规律:,e,=,E,m,sin,t,。其中,等于线圈转动,角速度,E,m,=,nBS,。,b.负载两端电压,u,随时间改变规律:,u,=,U,m,sin,t,。,c.电流,i,随时间改变规律:,i,=,I,m,sin t,。,(4)图像:中性面位置开始计时,4/40,1.周期和频率,(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),公式,T,=,。,(2)频率(,f,):交变电流在1 s内完成周期性改变,次数,单位是赫兹,(Hz)。,(3)周期和频率关系:,T,=,或,f,=,。,二、正弦式交流电描述,5/40,2.交变电流瞬时值、峰值、有效值,(1)瞬时值:交变电流某一时刻值。,(2)峰值:交变电流(电流、电压或电动势)所能到达最大值,也叫最,大值。,(3)有效值:跟交变电流热效应等效恒定电流值叫做交变电流,有效值。对正弦交流电,其有效值和峰值关系为:,E,=,U,=,I,=,。,6/40,1.电感对交变电流妨碍作用大小用,感抗,来表示;电容对交变,电流妨碍作用大小用,容抗,来表示。,三、电感和电容对交流电影响,2.线圈自感系数越大,交变电流频率越高,感抗越大;电容器电容,越大,交变电流频率越高,容抗越小。,3.在电路中电感对电路作用是:,通直流、阻交流,通低频、阻高频,;电容对电路作用是:,通交流、隔直流,通高频、阻低频,。,7/40,1.有一个小型发电机,机内矩形线圈匝数为100匝,电阻为0.5。线圈,在匀强磁场中,以恒定角速度绕垂直于磁场方向固定轴转动。穿过,每匝线圈磁通量,随时间改变规律如图所表示,由此可知发电机电动,势瞬时值表示式为,(),A.,e,=3.14 sin,t,V B.,e,=3.14 cos,t,V,C.,e,=314 sin 100,t,VD.,e,=314 cos 100,t,V,D,8/40,答案,D由图知,T,=2.0,10,-2,s,则,f,=,=50 Hz,=2,f,=100 rad/s。,E,m,=,nBS,=,n,m,=100,1.0,10,-2,100 V=314 V。又因,t,=0时,=0,则交流电,按余弦规律改变,则电动势瞬时值表示式为,e,=,E,m,cos,t,=314 cos 100,t,V。,9/40,2.两个完全相同电热器,分别通以图甲、乙所表示峰值相等矩形交,变电流和正弦交变电流,则这两个电热器电功率之比,P,甲,P,乙,等于,(),A.,1B.21,C.41 D.11,B,10/40,答案,B甲为矩形交变电流,它大小恒为,I,m,方向做周期性改变,而,电流经过电阻热功率跟电流方向无关,所以矩形交变电流经过电阻,R,热功率,P,甲,=,R,;乙为正弦交变电流,计算热功率时要用电流有效,值:,I,=,所以,P,乙,=,I,2,R,=,R,=,R,=,故,P,甲,P,乙,=21,B正确。,11/40,3.如图所表示,电路中完全相同三只灯泡L,1,、L,2,、L,3,分别与电阻,R,、电感,L,、电容,C,串联,然后再并联到220 V、50 Hz交流电路上,三只灯泡亮,度恰好相同。若保持交变电压不变,将交变电流频率增大到60 Hz,则,发生现象是,(),A.三只亮度不变,B.三灯均变亮,C.L,1,不变、L,2,变亮、L,3,变暗,D.L,1,不变、L,2,变暗、L,3,变亮,D,12/40,答案,D当交变电流频率变大时,线圈感抗变大,电容器容抗变,小,所以L,3,变亮,L,2,变暗;因为电阻在低频和高频交流电路中对电流阻,碍作用不变,故L,1,灯亮度不变,所以选项D正确。,13/40,深化拓展,考点一,正弦式交流电产生,考点二,交流电图像及其应用,考点三,交变电流有效值计算方法,考点四,电阻、感抗、容抗比较,14/40,深化拓展,考点一正弦式交流电产生,矩形线圈绕垂直于匀强磁场轴,O,转动时,线圈两条边切割磁感,线产生感应电动势,如图所表示,设线圈匝数为,n,转动角速度为,两对边,长度分别为,l,1,和,l,2,(其中,ab,边长度为,l,1,ad,边长度为,l,2,)。,若从中性面开始计时,经时间,t,转到如图所表示位置。则经,t,时间线圈转过,t,角。,15/40,ab,边产生电动势,e,1,=,nBl,1,l,2,sin,t,。,cd,边产生电动势,e,2,=,nBl,1,l,2,sin,t,。,据右手定则可知总电动势,e,=,e,1,+,e,2,=,nBl,1,l,2,sin,t,=,nBS,sin,t,。其中,nBS,为电动势最大值。,16/40,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2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),(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;,1-1,图,1,是交流发电机模型示意图。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,17/40,答案,(1),e,1,=,BL,1,L,2,sin,t,(2),e,2,=,BL,1,L,2,sin(,t,+,0,),(3),R,(,),2,(2),线圈平面处于与中性面成,0,夹角位置时开始计时,如图,3,所表示,试写出,t,时刻整个线圈中感应电动势,e,2,表示式,;,(3),若线圈电阻为,r,求线圈每转动一周电阻,R,上产生焦耳热。,(,其它电,阻均不计,),18/40,解析,(1)矩形线圈,abcd,转动过程中,只有,ab,边和,cd,边切割磁感线,设,ab,边和,cd,边转动速度为,v,则,v,=,在,t,时刻,导线,ab,和,cd,因切割磁感线而产生感应电动势均为,E,1,=,BL,1,v,y,由图可知,v,y,=,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,19/40,(2)当线圈由图3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,),(3)由闭合电路欧姆定律可知,I,=,E,=,=,则线圈转动一周在,R,上产生焦耳热为,20/40,Q,R,=,I,2,RT,其中,T,=,于是,Q,R,=,R,(,),2,21/40,1-2某兴趣小组设计了一个发电装置,如图所表示。在磁极和圆柱状铁,芯之间形成两磁场区域圆心角,均为,磁场均沿半径方向。匝数,为,N,矩形线圈,abcd,边长,ab,=,cd,=,l,、,bc,=,ad,=2,l,。线圈以角速度,绕中,心轴匀速转动,bc,和,ad,边同时进入磁场。在磁场中,两条边所经过处,磁感应强度大小均为,B,、方向一直与两边运动方向垂直。线圈总,电阻为,r,外接电阻为,R,。求:,(1)线圈切割磁感线时,感应电动势大小,E,m,;,(2)线圈切割磁感线时,bc,边所受安培力大小,F,;,(3)外接电阻上电流有效值,I,。,22/40,答案,(1)2,NBl,2,(2),(3),23/40,解析,(1),bc,、,ad,边运动速度,v,=,感应电动势,E,m,=4,NBlv,解得,E,m,=2,NBl,2,(2)电流,I,m,=,安培力,F,=2,NBI,m,l,解得,F,=,(3)一个周期内,通电时间,t,=,T,R,上消耗电能,W,=,Rt,且,W,=,I,2,RT,解得,I,=,24/40,考点二交流电图像及其应用,物理量,函数,(从中性面计时),图像,磁,通,量,=,m,cos,t,=,BS,cos,t,电,动,势,e,=,E,m,sin,t,=,nBS,sin,t,路,端,电,压,u,=,U,m,sin,t,=,E,m,sin,t,电,流,i,=,I,m,sin,t,=,sin,t,25/40,2-1如图甲所表示,在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁场方向垂直,轴匀速转动产生交流电,电动势,e,随时间,t,改变关系如图乙所表示,则,(),D,26/40,A.该交流电频率为100 Hz,B.该交流电电动势有效值为311 V,C.,t,=0.01 s时,穿过线框磁通量为零,D.,t,=0.01 s时,穿过线框磁通量改变率为零,答案,D由题中乙图可知该交流电周期为 0.02 s,频率,f,=,=50 Hz,A错;该交流电电动势最大值为311 V,有效值为,V=220 V,B错;,t,=,0.01 s时,e,=,N,=0,即磁通量改变率为零,而磁通量最大,线框平面与,磁场垂直,D对C错。,27/40,2-2将,R,=200 电阻接入如图所表示交流电源上,电源内阻不计,则,可判断,(),A.此交流电有效值为311,V,B.此交流电频率为100 Hz,C.线圈在磁场中转动角速度为100 rad/s,D.在一个周期内电阻,R,上产生热量是4.84 J,D,28/40,答案,D此交流电压最大值为311 V,交流电压有效值为,V=,220 V,故A错误;依据图像知周期,T,=0.02 s,频率,f,=,=50 Hz,故B错误;角速,度,=2,f,=100 rad/s,故C错误;电流,I,=,=,A=1.1 A,故在一个周期内,电阻,R,上产生热量,Q,=,I,2,Rt,=(1.1),2,200,0.02 J=4.84 J,故D正确。,29/40,考点三交变电流有效值计算方法,交变电流类型,有效值求解方法,正弦式交变电流,方法一:有效值=,方法二:电流热效应,非正弦式交变电流,电流热效应,30/40,3-1经过一阻值,R,=100 电阻交变电流如图所表示,其周期为1 s。,电阻两端电压有效值为,(),A.12 V,B.4,V,C.15 V,D.8,V,B,31/40,答案,B由有效值定义可得,1 s=(0.1 A),2,R,0.4 s,2+(0.2 A),2,R,0.1 s,2,其中,R,=100,可得,U,=4,V,B正确。,32/40,3-2如图甲所表示,为一个调光台灯电路示意图,它经过双向可控硅电子,器件实现了无级调整亮度。给该台灯接 220 V 正弦交流电后加在灯,管两端电压如图乙所表示,则此时交流电压表示数为,(),A.220 VB.110 V,C.,VD.,V,B,33/40,答案,B设电压有效值为,U,依据有效值定义有,=,T,解,得,U,=110 V,则B正确。,34/40,3-3一个小型电热器若接在输出电压为10 V直流电源上,消耗电功,率为,P,;若把它接在某个正弦交流电源上,其消耗电功率为,。假如电,热器电阻不变,则此交流电源输出电压最大值为,(),A.5 VB.5,VC.10 VD.10,V,答案,C设电热器电阻为,R,正弦交流电源电压有效值为,U,效,。电热,器接10 V直流电源时,P,=,=,;电热器接交流电源时,=,解得,U,效,=5,V,故最大值,U,m,=,U,效,=10 V,C选项正确。,C,35/40,考点四电阻、感抗、容抗比较,电阻,感抗,容抗,在电路,中,特点,对直流、交流都有妨碍作用,只对改变电流(如交流)有妨碍作用,不能通直流,只能通改变电流。对直流妨碍作用无限大,对交流妨碍作用随频率降低而增大,决定,原因,R,=,感抗,X,L,=2,fL,容抗,X,C,=,36/40,A.电流表A,1,和A,2,B.电流表A,1,和A,4,C.电流表A,3,和A,2,D.电流表A,3,和A,4,4-1,如图所表示,交流电流表,A,1,、,A,2,、,A,3,分别与电阻,R,、电容器,C,和电感,线圈,L,串联后接在同一个正弦式交流电源上。交流电流表,A,4,与电阻,R,串联后接在理想变压器副线圈两端。假如保持供电电压最大值不变,而增大供电电压频率,电流表示数不变是,(,),B,37/40,答案,B电阻对交流电妨碍作用与其频率无关,A,1,、A,4,示数不变,而,感抗,X,L,=2,fL,、容抗,X,C,=,会随,f,改变而改变,所以,f,变大时,A,3,示数减,小,A,2,示数增大。,38/40,4-2为研究电阻、电容和电感对交变电流影响,李老师设计了一个,演示试验,装置如图所表示。两个电路接在完全相同交流电源,上。,a,、,b,、,c,、,d,、,e,、,f,为6只完全相同小灯泡,a,、,b,各串联一个电,阻,c,、,d,各串联一个电容器,e,、,f,各串联一个相同铁芯匝数不一样线圈。,电阻、电容、线圈匝数值如图所表示。老师进行演示时,接上交流电,源,进行正确操作。,39/40,以下对试验现象描述及分析正确是,(),A.,a,、,b,灯相比,a,灯更亮,说明串联电阻不一样,对交流电妨碍作用不一样,B.,c,、,d,灯均不发光,说明电容器对交流电产生阻隔作用,C.,c,、,d,灯均能发光,但,c,灯更亮,说明电容越大,对交流电妨碍作用越小,D.,e,、,f,灯均能发光,但,f,灯更亮,说明自感系数越大,对交流电妨碍作用,越小,答案,C结合题中条件可得,电阻越大,妨碍作用越大,所以,a,比,b,暗。,电容越大,妨碍作用越小,所以,c,比,d,亮。其它条件相同时,电感线圈匝,数越多,妨碍作用越大,e,比,f,亮,C项正确,A、B、D项错误。,C,40/40,
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