高考物理总复习11.1交变电流的产生和描述课件PPT

这是一份高考物理总复习11.1交变电流的产生和描述课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了知识导图，大小和方向，周期性变化，正弦式，锯齿形，正弦式交变电流，一次周期性变化，在某一时刻，最大值，平均值等内容，欢迎下载使用。

在相同的时间内产生的热量相等
【微点拨】1.求解交变电流瞬时值表达式的思路:(1)确定正弦交变电流的峰值。根据已知图象读出或由公式Em=nBSω、Im= 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。①线圈从中性面位置开始转动,函数式为i=Imsinωt。②线圈从垂直中性面位置开始转动,函数式为i=Imcsωt。
2.片段正弦式电流的有效值:若图象部分是正弦式(余弦式)交变电流,其中的 周期(但必须是从0到最大值或从最大值到0)和 周期部分的有效值和最大值之间的关系仍然为
【慧眼纠错】(1)大小变化而方向不变的电流也叫交变电流。纠错:_______________________。(2)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。纠错:_____________________________________________________________________。
方向不变的电流为直流电
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速
转动时,产生正弦式交变电流
(3)线圈在磁场中每转动一周,感应电动势和感应电流的方向都改变一次。纠错:_____________________________________________________________。
线圈经过中性面时方向改变一次,而一个周期内
(4)交变电流电压的有效值和峰值之间的关系是U= Um。纠错:________________________________________________________。
只有正弦式交变电流的有效值和峰值之间才满足
考点1　正弦式交变电流的产生及变化规律【典题探究】【典例1】(2018·资阳模拟)如图甲所示,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动,产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示。若外接电阻的阻值R=9 Ω,线圈的电阻r=1 Ω,则下列说法正确的是 世纪金榜导学号04450235(　　)
A.线圈转速为100π s末穿过线圈的磁通量最大C.通过线圈的最大电流为10 AD.电压表的示数为90 V
【解题探究】(1)线圈在中性面和垂直中性面时在磁通量、磁通量变化率、感应电动势等方面有什么特点?提示:在中性面时磁通量最大,磁通量变化率、感应电动势为0;在垂直中性面时磁通量为0,磁通量变化率、感应电动势最大。
(2)电压表测量的是感应电动势还是路端电压?电压表的示数为哪个特征值?提示:路端电压,有效值。
【解析】选C。由乙图可知,线圈转动的周期T=0.04 s,故线圈转速n数值上等于频率,而f= =25 Hz,因此线圈转速为n=25 r/s,故A项错误;0.01 s末,线圈产生的感应电动势最大,此时线圈处于与中性面垂直位置,穿过线圈的磁通量最小为零,故B项错误;根据闭合电路的欧姆定律可知Im= = A=10 A,故C项正确;电压表测量的是有效值,故U= R=45 V,故D项错误。
【通关秘籍】1.正弦式交变电流的产生:(1)矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)两个特殊位置的特点。
(3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈通过中性面两次,电流的方向改变两次。(4)感应电动势的最大值Em=nBSω,与转轴的位置无关,与线圈形状无关。
2.正弦式交变电流的变化规律(从中性面开始计时):
【考点冲关】 1.(2018·芜湖模拟)交流发电机正常工作时,电动势的变化规律为e=Emsinωt,如果把发电机转子的转速减小一半,并且把电枢线圈的匝数增加一倍,其他条件不变,则(　　)
A.电动势的最大值增加一倍B.电动势的最大值和周期都增加一倍C.电动势的最大值和周期都减小一半D.频率减小一半,周期增加一倍
【解析】选D。交流发电机工作时的电动势最大值表达式为:em=nBSω。将发电机转子的转速减小一半,ω减小为原来的一半;同时将把电枢线圈的匝数n增加一倍,则由电动势最大值表达式em=nBSω可知,电动势的最大值不变。设转速为n,周期为T,频率为f,则周期T= ,f=n,所以可知发电机转子的转速减小一半,频率减小一半,周期增加一倍,故D项正确,A、B、C项错误。
2.(2018·珠海模拟)在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图甲所示。产生的感应电动势如图乙所示,则(　　)
A.t=0.015 s时线框的磁通量变化率为零B.t=0.01 s时线框平面与中性面重合C.线框产生的交变电动势有效值为311 VD.线框产生的交变电动势频率为100 Hz
【解析】选B。t=0.015 s时,感应电动势最大,由法拉第电磁感应定律E=n 可知,磁通量的变化率最大,不是零,故A项错误;由图乙可知t=0.01 s时,e=0,说明此时线框正经过中性面,故B项正确;由图乙可知 T=0.02 s,Em=311 V,根据正弦式交变电流有效值和峰值的关系可得,该交变电流的有效值为E= V=220 V,故C项
错误;据周期和频率的关系可得,该交变电流的频率为:f= Hz=50 Hz,故D项错误。
【加固训练】　　(多选)如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示,则(　　)
A.两次t=0时刻线圈平面均与中性面重合B.曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3C.曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD.曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
【解析】选A、C。线圈位于中性面时,磁通量最大,电动势为零,A项正确;转速之比等于周期的反比,故该比值为3∶2,B项错误;频率为周期的倒数,a的周期为0.04 s,频率为25 Hz,C项正确;正弦交变电流的电动势的有效值为E= ,已知Ea= V,且ωb= ωa,故可知Eb= × V= V,D项错误。
考点2　交变电流有效值的求解　　　　　　 【典题探究】 【典例2】(多选)(2016·全国卷Ⅲ)如图,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向
垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则(　　)世纪金榜导学号04450236
A.两导线框中均会产生正弦交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在t= 时,两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等
【解析】选B、C。两导线框在进磁场的过程中,只有一个半径切割磁感线,属于旋转切割,产生的感应电动势E= BR2ω,大小不变,不是正弦交流电,故A错误;它们以相同的周期T逆时针匀速转动,故线框中感应电流的周期相同,B正确;在t= 时,它们都在进入磁场的过程中,故两导线框中产生的感应电动势相等,都等于E=
BR2ω,C正确;M在整个周期中都产生感应电动势,而N只在进磁场和出磁场的时候即0～ 、 ～ 才产生感应电动势,故电动势的有效值不相等,电流的有效值也不相等,D错误。
迁移1:正弦式交变电流的有效值　(多选)(2018·石家庄模拟)如图所示的正方形线框abcd边长为L,每边电阻均为r,在垂直于纸面向里,磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度ω匀速转动,c、d两点与一阻值为r的电阻相连,各表均可视为理想表,导线电阻不计,则下列说法中正确的是(　　)
A.线框abcd产生的电流为交变电流B.当S断开时,电压表的示数为零C.当S断开时,电压表的示数为 BωL2D.当S闭合时,电流表的示数为
【解析】选A、C、D。线框abcd绕着垂直于磁场的转轴匀速转动,故产生的电流为交变电流,故A项正确;产生的交流电的电动势最大值为Em=BL2ω,有效值为E= ,当S断开时,电压表测量的电压为cd间的电压,故U= E
= BL2ω,故B项错误,C项正确;S闭合时,电路总电阻为3r+ ,ab中电流为I= ,电流表读数为 BωL2,故D项正确。
迁移2:部分缺失的正弦式交变电流的有效值(2018·抚州模拟)现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的,如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压,即在正弦式电流的每一个 周期中,前面的 被截去,从而改变了电灯上的电压。那么现在电灯上的电压为(　　)
【解析】选C。设交流电的有效值为U,将交流电与直流电分别通过相同电阻R,分析一个周期内热量:交流电Q1= ,直流电Q2= ·T,由Q1=Q2得U= 。
迁移3:方形波式交变电流的有效值　(2018·合肥模拟)已知某交变电流在一个周期内的波形如图所示,则该电流通过一阻值为10 Ω的电阻时的发热功率是(　　)A.16 WB.18 WC.22.5 WD.28 W
【解析】选D。由电流热效应可得:2×(12R×0.2+22R×0.3)=I2R×1,解得:I2=2.8 A2,电阻的热功率为P=I2R=28 W。
迁移4:上下波形不一致的交变电流的有效值　(2018·玉溪模拟)如图所示的交变电流由正弦式电流的一半和反向脉冲电流组合而成,其有效值为(　　)
【解析】选B。设交流电电流的有效值为I,周期为T,电阻为R。则根据有效值的定义可得:I2RT= R· T+22R· T,解得:I= A。
【通关秘籍】 求解交变电流有效值的三种方法:(1)公式法:利用 计算,此方法只适用于正弦式交变电流。
(2)定义法。①设阻值、定时间:设将交变电流加在阻值为R的电阻上,时间取t=T。②求热量:Q=Q1+Q2+…(分段法)。③求解有效值:根据Q=I2Rt= t代入求解有效值。
(3)比例法:由P=I2R、P= 可知,R一定时,P∝I2、P∝U2,所以可根据功率的变化比例确定有效值的变化比例。此方法适合分析对两种状态进行对比的问题。
【加固训练】　　(2018·临沂模拟)如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图,电热毯接在交流电源上,通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示。此时,接在电热丝两端的交流电压表的读数为(　　)
A.110 V 　　　　　　　　B.311 VC.220 VD.156 V
【解析】选D。由图象可知该交变电流的周期T=2×10-2 s,可分两段0～0.01 s和0.01～0.02 s,根据有效值的定义可得 ,解得U= V=110 V≈156 V。
考点3　　交变电流“四值”的比较和应用　　　　　　 【典题探究】 【典例3】(2018·汕头模拟)交流发电机线圈电阻r=1 Ω,用电器电阻R=9 Ω,电压表示数为9 V,如图所示,那么该交流发电机世纪金榜导学号04450237(　　)
A.电动势的峰值为10 VB.电动势的有效值为9 VC.交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 VD.交流发电机线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为 V
【解析】选D。用电器电阻R=9 Ω,电压表示数为9 V,则电路中的电流:I= A=1 A,所以,电路中的电动势:E=I(R+r)=1×(1+9)V=10 V。电压表的读数是交流电的有效值,所以10 V是电路中电动势的有效值,其最大值:Em= E=10 V,故A、B项错误;由交流电的产生与变化的规律可知,当线圈处于中性面时,线圈中
的瞬时值电动势为零,故C项错误;线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为: 故D项正确。
【通关秘籍】 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较
【考点冲关】 1.(2018·绵阳模拟)一只低压教学电源输出的交变电压为U=10 sin314t(V),以下说法正确的是(　　)A.这只电源可以使“10 V　2 W”的灯泡正常发光B.这只电源的交变电压的周期是314 sC.这只电源在t=0.01 s时电压达到最大值D.“10 V　2 μF”电容器可以接在这只电源上
【解析】选A。交流电的峰值Um=10 V,则有效值U= V=10 V所以电源可以使“10 V、2 W”的灯泡正常发光,故A项正确;ω=100π,则T= =0.02 s,故B项错误;t=0.01 s时,经过半个周期,电压为零,故C项错误;当电容器的耐压值小于峰值,电容器被击穿,10 V小于10 V,则“10 V　2 μF”电容器不能接在这只电源上,故D项错误。
2.(2018·吴忠模拟)如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω从中性面开始匀速转动,下列说法正确的是世纪金榜导学号04450238(　　)
A.转过 时,线框中的电流方向为abcdB.线框中感应电流的有效值为 BSωC.从中性面开始转过 的过程中,通过导线横截面的电荷量为 D.线框转一周的过程中,产生的热量为
【解析】选C。转过 的过程中,磁通量变小,产生的感应磁场的方向与原磁场方向相同,根据右手定则可知,电流方向为adcb,故A项错误;线框中产生感应电动势最大值Em=BSω,感应电动势有效值E= BSω,则电流的有效值为:I= ,故B项错误;由 ,
I= ,q=It得到:电量q= = ,故C项正确;线框转一周的过程中,产生的热量为:Q=I2RT= ,故D项错误。
【加固训练】　　小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO′,线圈绕OO′匀速转动,如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压(　　)
A.峰值是e0　　　　　　　B.峰值是2e0C.有效值是 Ne0D.有效值是 Ne0
【解析】选D。由题意可知,线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,因此对单匝矩形线圈总电动势最大值为2e0,又因为发电机线圈共N匝,所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne0,根据闭合电路欧姆定律可知,在不计线圈内阻时,输出电压等于感应电动势的大小,即其峰值为2Ne0,故A、B项错误;又由题意可知,
若从图示位置开始计时,发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流,由其有效值与峰值的关系可知,U= ,即U= Ne0,故C项错误,D项正确。