高三物理一轮复习-13.1交变电流的产生及描述课件.ppt

考纲展示,考向指南,知识点,要求,交变电流的产生及描述,(,e,、,u,、,i,的瞬时值表达式、最大值、有效值、周期、频率,),，特别是交流电的图象和有效值的计算是考查的热点,变压器的原理，电压比、电流比及功率关系是考查的重点,3.,将本章知识与电磁感应等结合的力、电综合题，或考查与本章知识有关的实际应用,交流发电机及其产生正弦式电流的原理，正弦式电流的图象和三角函数表达式，最大值与有效值、周期和频率,电阻，电感和电容对交变电流的作用,变压器原理，电压比和电流比,电能的输送,电磁场，电磁波，电磁波的周期、频率、波长和波速,无线电波的发射和接收,电视，雷达,示波管，示波器及其应用,说明：1.只要求讨论单相理想变压器,2.单相变压器并不是指单个副线圈的变压器,第一课时交变电流的产生及描述,1交变电流：大小和,都随时间做,变化的电流，简称交流(AC),2正弦式交变电流(如下图所示),方向,周期性,(1)定义：按,变化的交变电流,(2)产生：将闭合矩形线圈置于,磁场中，并绕,方向的轴做,转动,(3)中性面：与磁场方向,的平面,(4)正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)：,正弦规律,匀强,垂直于磁场,匀速,垂直,规律,物理量,表达式,图象,磁通量,m,cos,t,BS,cos,t,电动势,e,E,m,sin,t,NBS,sin,t,规律,物理量,表达式,图象,电压,电流,1周期和频率,(1)周期,T,：交变电流完成,变化(线圈转一周)所需的时间，单位是,公式：,T,(2)频率,f,：交变电流在1 s内完成周期性变化的,，单位是赫兹(Hz),(3)周期和频率的关系,一次周期性,秒(s),次数,2交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值,(1)瞬时值：交变电流某一,的值，是时间的函数,(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的,(3)有效值：让交流与恒定电流通过,的电阻，如果它们在一个周期内产生的,相等，则这个恒定电流,I,、恒定电压,U,就是这个交变电流的,(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系,时刻,最大值,相同,热量,有效值,1电感：通,、阻,；通,、阻,2电容：通,、阻,；通,、阻,直流,交流,低频,高频,交流,直流,高频,低频,1.1如下图所示中各图面积均为,S,的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场,B,中以角速度,匀速转动，能产生正弦交变电动势,e,BS,sin,t,的图是,(),【解析】,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为,e,BS,sin,t,，由这一原则判断，A图和C图中感应电动势均为,e,BS,sin,t,；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；D图转动轴与磁场方向平行，而不是垂直,【答案】,AC,12如右图所示，在通电长直导线的旁边,有一矩形导线框，线框与直导线在同一平,面内在直导线中通入,i,0,I,m,sin,t,的交流电，图中箭头方向规定为交流电的正方向若规定线框中感应电流的正方向为逆时针方向，下图能正确表示线框中感应电流变化情况的是(),【解析】,只需判断感应电流在开始的四分之一周期内的变化情况即可根据楞次定律，在开始的四分之一周期内，线框中感应电流的方向为顺时针方向，其大小与,i,0,的斜率成正比，C正确,【答案】,C,【答案】,B,31如下图所示，,L,1,、,L,2,和,L,3,是相同型号的白炽灯，,L,1,与电容器,C,串联，,L,2,与带铁芯的线圈,L,串联，,L,3,与一个定值电阻,R,串联当,a,、,b,间接电压有效值为,U,、频率为,f,的正弦交流电源时，三只灯泡的亮度相同现将,a,、,b,间接另一正弦交流电源时，发现灯泡,L,1,变亮、,L,2,变暗、,L,3,亮度不变由此可知，另一正弦交流电源可能是(),A电压有效值仍为,U,，而频率大于,f,B电压有效值大于,U,，而频率大于,f,C电压有效值仍为,U,，而频率小于,f,D电压有效值小于,U,，而频率大于,f,【解析】,由题述中与一个定值电阻,R,串联的灯泡,L,3,亮度不变可知，所接的另一正弦交流电源的电压有效值仍为,U,.灯泡,L,1,变亮，说明与,L,1,串联的电容器,C,容抗变小由影响容抗的因素可知，这是由于正弦交流电的频率增大所以正确选项是A.,【答案】,A,一、对中性面的理解,1中性面是与磁场方向垂直的平面，是假想的一个参考面,2线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量最大，而磁通量的变化率为零，产生的感应电动势为零,3线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大,4线圈转动一周，两次经过中性面，电流的方向改变两次,二、交变电流瞬时值表达式的书写基本思路,1确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式,E,m,nBS,求出相应峰值,2明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式,如：(1)线圈从中性面开始转动，则,i,t,图象为正弦函数图象，函数式为,i,I,m,sin,t,.,(2)线圈从垂直中性面开始转动，则,i,t,图象为余弦函数图象，函数式为,i,I,m,cos,t,.,1如下图所示，矩形线圈边长为,ab,20 cm，,bc,10 cm，匝数,N,100匝，磁场的磁感应强度,B,0.01 T当线圈以,n,50 r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动时，求：,(1)线圈中交变电动势瞬时值表达式；,(2)从线圈开始转起动，经0.01 s时感应电动势的瞬时值,【解析】,(1)线圈的角速度为,2,n,100 rad/s,产生的感应电动势的最大值为,E,m,NBS,NB,ab,bc,6.28 V,又刚开始转动时线圈平面与中性面夹角为30/6,故线圈中交变电动势的瞬时值表达式为,e,E,m,sin(,t,/6)6.28sin(100,t,/6)V.,(2)把,t,0.01 s代入上式，可得此时感应电动势的瞬时值：,e,3.14 V.,【答案】,(1),e,6.28sin(100,t,/6)V(2)3.14 V,三、交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较,由感应电动势的最大值公式,E,m,nBS,得，,E,m,仅由,n,、,B,、,S,、,四个物理量所决定，与轴的具体位置和线圈的形状都无关,四、对交变电流有效值的理解,交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(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”,2边长为,a,的,N,匝正方形线圈在磁感应强度为,B,的匀强磁场中，以角速度,绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈的电阻为,R,.,(1)求线圈从中性面开始转过90角的过程中产生的热量；,(2)求线圈从中性面开始转过90角的过程中，通过导线截面的电荷量,一理想变压器原、副线圈匝数比,n,1,n,2,115.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压,u,如图所示副线圈仅接入一个10 的电阻，则,(),A流过电阻的电流是20 A,B与电阻并联的电压表的示数是100 V,C经过1分钟电阻发出的热量是610,3,J,D变压器的输入功率是110,3,W,【解析】,考查正弦交变电流有效值、最大值意义及理想变压器的相关知识由输入电压图象可知输入电压的有效值为220 V，故副线圈输出电压的有效值为100 V，接入副线圈的电阻为10，故电流有效值为10 A，A项错；与电阻并联的电压表读数即为副线圈电压有效值100 V，B项错；根据,Q,I,2,Rt,10,2,10,60 J6,10,4,J，C项错；由变压器输入功率等于输出功率可知，,P,IU,10,1001 000 W，D项正确,11：(2009年福建卷)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甲所示已知发电机线圈内阻为5.0，现外接一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，则(),A电压表 的示数为220 V,B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484 W,D发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J,【答案】,D,一个边长为6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36.磁感应强度,B,随时间,t,的变化关系如下图所示，则线框中感应电流的有效值为(),求交变电流有效值的方法,(1)利用 计算，只适用于正弦式交流电,(2)利用有效值的定义计算(非正弦式交流电)在计算有效值时,“,相同时间,”,至少取一个周期或周期的整数倍,(3)利用能量关系：当有电能和其他形式的能转化时，可利用能的转化和守恒定律来求有效值,21：(2009年盐城模拟)阻值为1 的电阻上通以交变电流，其,i,t,关系如下图，则在01 s内电阻上产生的热量为(),A1 JB1.5 J,C2 J D2.8 J,【解析】,电阻上产生的热量等于每段时间内产生的热量之和，由,Q,I,2,Rt,得，,Q,1,2,10.2 J2,2,1,0.3 J2,2,1,0.3 J1,2,1,0.2 J2.8 J，D项正确,【答案】,D,如下图所示，交流发电机线圈的面积为0.05 m,2,，共100匝该线圈在磁感应强度为 T的匀强磁场中，以10 rad/s的角速度匀速转动，电阻,R,1,和,R,2,的阻值均为50，线圈的内阻忽略不计，若从图示位置开始计时，则(),(1)导线框,abcd,在磁场中转动的角速度？,(2)S闭合后，当导线框从图示位置转过,60时的过程中通过灯泡的电荷量？,2如下图所示，矩形线框置于竖直向下的磁场中，通过导线与灵敏电流表相连，线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，图中线框平面处于竖直面内，下述说法正确的是(),【答案】,BC,A因为线框中产生的是交变电流，所以电流表示数始终为零,B线框通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量最大,C线框通过图中位置瞬间，通过电流表的电流瞬时值最大,D若使线框转动的角速度增大一倍，那么通过电流表电流的有效值也增大一倍,【答案】,CD,3如下图甲，两个相同的灯泡串联，并和电压表、电流表一起连接在正弦交变电源上，每只灯泡的电阻,R,110.如图乙是交变电源输出电压随时间,t,变化的图象，则(),【答案】,D,4如下图所示，在水平方向的匀强磁场中，有一单匝矩形导线框可绕垂直于磁场方向的水平轴转动在线框由水平位置以角速度,匀速转过90的过程中，通过导线横截面的电荷量为,q,，已知导线框的电阻为,R,，则下列说法中正确的是(),A导线框转到如图所示的位置时电流的方向将发生改变,B导线框转到如图所示的位置时电流的方向为,badc,C以图中位置作为计时起点，该导线框产生的交流电瞬时值表达式为,e,qR,sin,t,D题述过程中导线框上产生的焦耳热,Q,【答案】,D,5下图甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化下列说法正确的是 (),A图甲表示交流电，图乙表示直流电,B两种电压的有效值相等,C图甲所示电压的瞬时值表达式为,U,311sin 100,t,V,D图甲所示电压经匝数比为101的变压器变压后，频率变为原来的,【答案】,C,