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高中物理人教版 (新课标)选修32 描述交变电流的物理量复习课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修32 描述交变电流的物理量复习课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了周期性，正余弦规律，按正弦规律变化，nBSω，热效应，答案A，答案C，答案B，答案D，题组突破等内容，欢迎下载使用。
1. 能结合交流发电机的工作原理图，理解电动势随时间 变化的规律e=Emsinωt的推导过程，ω是线圈转动的 角速度 (Ⅰ)2. 交变电流、交变电流的图象 (Ⅰ)3.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 (Ⅰ)4.理想变压器 (Ⅰ)5. 远距离输电 (Ⅰ)
本章考查的热点有交流电的图象及有效值的计算、变压器的原理、电压与电流及功率关系，题型以选择题为主，也有将本章知识与电磁感应知识相结合进行综合考查，难度中等. 复习时应重点理解交流电的产生及描述，掌握变压器的电压比和电流比，了解变压器的电压、电流和功率的决定因素，熟悉远距离输电的流程图；对传感器，要注意理解传感器的工作原理和敏感元件的作用，同时注意与生产、生活实际相联系.
一、交变电流的产生和变化规律1．交变电流：大小和 都随时间做 变化的电流．
2．正弦式交变电流(1)定义：按 变化的交变电流，简称正弦式电流．(2)中性面：线圈平面垂直于磁场，此时穿过线圈的磁通量最大．
(3)正弦式电流的产生当闭合线圈由中性面位置(图10－1－1中O1O2位置)开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 转动时，线圈中产生的感应电动势随时间 ．(4)正弦式电流的变化规律及对应图象(线圈在中性面位置开始计时)
二、描述交变电流的物理量1．周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的 ，单位是秒(s)，公式T＝ .(2)频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的 ，单位是赫兹(Hz)．(3)周期和频率的关系：T＝ 或f＝ .
2．交变电流的四值(1)峰值：Em＝ .(2)瞬时值：交变电流在某一 的值，是时间的函数．(3)有效值：根据电流的 来规定．(4)平均值：E＝
三、电感和电容对交变电流的影响1．电感器(1)感抗(XL＝2πfL)：指电感线圈对正弦交变电流的阻碍作用．(2)作用：通 、通低频、阻 ．
2．电容器(1)容抗(XC＝ )：指电容器对正弦交变电流的阻碍作用．(2)作用：通 、阻低频、隔 ．
1.图10－1－2中不表示交变电流的是 ( )
解析：交变电流指的是大小和方向随时间均做周期性变化的电流，由此可知，A不是交变电流．
2.图10－1－3中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是( )
解析： A、B选项中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场且过线圈平面的转轴匀速转动，满足产生正弦式交变电流的条件，能产生正弦式交变电流；C选项中转轴平行于磁场，转动过程中，穿过线圈的磁通量始终为零，故C中不产生正弦式交变电流；D选项中虽然只有一半线圈在磁场中，但是始终有一边切割磁感线，按照正弦规律产生感应电动势，且一边出时，另一边恰好进入，保证转动过程中感应电动势连续按照正弦规律变化．故应选C.
3．如图10－1－4所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO′与磁感线垂直．已知匀强磁场的磁感应强度B＝1 T，线圈所围面积S＝0.1 m2，转速12 r/min.若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为 ( )
A．e＝12πsin120t(V)B．e＝24πsin120πt(V)C．e＝0.04πsin0.4πt(V)D．e＝0.4πcs2πt(V)
4．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图10－1－5甲所示，则下列说法中正确的是 ( )
A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大C．0.02 s时刻感应电动势达到最大D．该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示
6．某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图10－1－6所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡．已知把开关置于3、4时，电路与交流电源连通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是 ( )
A．当开关置于3、4时，稳定后若只增加交变电流的频率，则L1变暗，L2变亮B．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2二个灯泡均发光且L1比L2亮C．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2二个灯泡均发光且亮度相同D．在开关置于3、4的瞬间，L2立即发光，而L1亮度慢慢减弱
解析：当开关置于3、4的瞬间，因L对电流的阻碍作用，L1亮度慢慢变大，D错误；稳定后，若增大交流电频率f，则感抗增大，容抗减小，故L1变暗，L2变亮，A正确；当开关置于1、2时，稳定后因有C的电路不通，L2不亮，故B、C均错误
[典例启迪][例1] 如图10－1－7所示，边长为l的正方形线圈abcd的匝数为n，ad边的中点和bc边的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B，线圈与外电阻R构成闭合电路，整个线圈的电阻为r.现在让线圈以OO′连线为轴，以角速度ω匀速转动，从图示时刻开始计时，求：
[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：(1)开始计时的位置在中性面位置．(2)线圈只有一半在磁场中．
[归纳领悟](1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式．(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积．(3)交变电流瞬时值表达式书写的基本思路①确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝nBSω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．
[题组突破]1．一个矩形线圈绕与匀强磁场垂直的OO′轴逆时针转动，线圈的两条引线分别与A、B两半圆铜环相连，两个铜环通过滑动电刷连入电路，电路中仅有一个电阻R.如图10－1－8所示，在线圈转动过程中，通过R的电流 ( )
A．大小和方向都不断变化B．大小不断变化，方向从A→R→BC．大小和方向都不变D．大小不断变化，方向从B→R→A
解析：线圈中产生交流电，由于电刷交替与两铜环接触，流过R的电流方向不变．根据右手定则可知，通过R的电流方向是B→R→A.
2．图10－1－9甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n＝100匝、电阻r＝10 Ω.在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图10－1－9乙所示正弦规律变化．求：
(1)交流发电机产生的电动势的最大值；(2)写出该电动势的瞬时值表达式．
答案：(1)200 V (2)e＝200cs100t V
[典例启迪][例2] 多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速．现在的调光灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现的．如图10－1－10所示为经过一个可控硅调节后加在电灯上的电压．即在正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去．调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压．那么现在电灯上的电压为多少？
[归纳领悟](1)几种典型的交变电流的电压有效值
(2)非正弦式交变电流的有效值，一般是应用电流的热效应求解，此时应选一个周期的整数倍进行计算．
4．一个边长为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 Ω.磁感应强度B随时间t的变化关系如图10－1－11所示，则线框中感应电流的有效值为 ( )
于是可作出i随时间变化的图象如图所示．
[典例启迪][例3] 一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图10－1－12所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.(1)说明此刻线圈感应电流的方向．
(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的电量是多少？(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？
[思路点拨] 线圈转动一周，柴油机做的功等于电路一周期内产生的电热，而电流表、电压表的示数为电流和电压的有效值．
[归纳领悟]交变电流“四值”的应用
A．两线圈的磁通量变化规律相同B．两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同C．经相同的时间t(t>T)，两线圈产生的热量相同D．从此时刻起，经T/4时间，流过两线圈横截面的电荷量相同
6．如图10－1－14所示，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，以恒定的角速度ω绕ab边转动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为S，线圈导线的总电阻为R.t＝0时刻线圈平面与纸面重合，且cd边正在向纸面外转动．则 ( )
一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图10－1－15所示．下面说法中错误的是 ( )
A．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零C．图中是从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时的D．每当感应电动势e变换方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都为最大
[自主尝试] (试一试，能否做到正确解答)
由图象可知，在t＝0时，感应电动势有最大值，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，即线圈平面与磁场方向平行时开始计时，选项C正确；t1、t3时刻感应电动势为零，即线圈平面与磁场方向垂直(位于中性面)，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，所以选项B正确，选项A错误；当线圈通过中性面时是感应电动势改变方向的时刻，选项D正确．
1. 能结合交流发电机的工作原理图，理解电动势随时间 变化的规律e=Emsinωt的推导过程，ω是线圈转动的 角速度 (Ⅰ)2. 交变电流、交变电流的图象 (Ⅰ)3.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 (Ⅰ)4.理想变压器 (Ⅰ)5. 远距离输电 (Ⅰ)
本章考查的热点有交流电的图象及有效值的计算、变压器的原理、电压与电流及功率关系，题型以选择题为主，也有将本章知识与电磁感应知识相结合进行综合考查，难度中等. 复习时应重点理解交流电的产生及描述，掌握变压器的电压比和电流比，了解变压器的电压、电流和功率的决定因素，熟悉远距离输电的流程图；对传感器，要注意理解传感器的工作原理和敏感元件的作用，同时注意与生产、生活实际相联系.
一、交变电流的产生和变化规律1．交变电流：大小和 都随时间做 变化的电流．
2．正弦式交变电流(1)定义：按 变化的交变电流，简称正弦式电流．(2)中性面：线圈平面垂直于磁场，此时穿过线圈的磁通量最大．
(3)正弦式电流的产生当闭合线圈由中性面位置(图10－1－1中O1O2位置)开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 转动时，线圈中产生的感应电动势随时间 ．(4)正弦式电流的变化规律及对应图象(线圈在中性面位置开始计时)
二、描述交变电流的物理量1．周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的 ，单位是秒(s)，公式T＝ .(2)频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的 ，单位是赫兹(Hz)．(3)周期和频率的关系：T＝ 或f＝ .
2．交变电流的四值(1)峰值：Em＝ .(2)瞬时值：交变电流在某一 的值，是时间的函数．(3)有效值：根据电流的 来规定．(4)平均值：E＝
三、电感和电容对交变电流的影响1．电感器(1)感抗(XL＝2πfL)：指电感线圈对正弦交变电流的阻碍作用．(2)作用：通 、通低频、阻 ．
2．电容器(1)容抗(XC＝ )：指电容器对正弦交变电流的阻碍作用．(2)作用：通 、阻低频、隔 ．
1.图10－1－2中不表示交变电流的是 ( )
解析：交变电流指的是大小和方向随时间均做周期性变化的电流，由此可知，A不是交变电流．
2.图10－1－3中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是( )
解析： A、B选项中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场且过线圈平面的转轴匀速转动，满足产生正弦式交变电流的条件，能产生正弦式交变电流；C选项中转轴平行于磁场，转动过程中，穿过线圈的磁通量始终为零，故C中不产生正弦式交变电流；D选项中虽然只有一半线圈在磁场中，但是始终有一边切割磁感线，按照正弦规律产生感应电动势，且一边出时，另一边恰好进入，保证转动过程中感应电动势连续按照正弦规律变化．故应选C.
3．如图10－1－4所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO′与磁感线垂直．已知匀强磁场的磁感应强度B＝1 T，线圈所围面积S＝0.1 m2，转速12 r/min.若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为 ( )
A．e＝12πsin120t(V)B．e＝24πsin120πt(V)C．e＝0.04πsin0.4πt(V)D．e＝0.4πcs2πt(V)
4．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图10－1－5甲所示，则下列说法中正确的是 ( )
A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大C．0.02 s时刻感应电动势达到最大D．该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示
6．某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图10－1－6所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡．已知把开关置于3、4时，电路与交流电源连通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是 ( )
A．当开关置于3、4时，稳定后若只增加交变电流的频率，则L1变暗，L2变亮B．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2二个灯泡均发光且L1比L2亮C．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2二个灯泡均发光且亮度相同D．在开关置于3、4的瞬间，L2立即发光，而L1亮度慢慢减弱
解析：当开关置于3、4的瞬间，因L对电流的阻碍作用，L1亮度慢慢变大，D错误；稳定后，若增大交流电频率f，则感抗增大，容抗减小，故L1变暗，L2变亮，A正确；当开关置于1、2时，稳定后因有C的电路不通，L2不亮，故B、C均错误
[典例启迪][例1] 如图10－1－7所示，边长为l的正方形线圈abcd的匝数为n，ad边的中点和bc边的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B，线圈与外电阻R构成闭合电路，整个线圈的电阻为r.现在让线圈以OO′连线为轴，以角速度ω匀速转动，从图示时刻开始计时，求：
[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：(1)开始计时的位置在中性面位置．(2)线圈只有一半在磁场中．
[归纳领悟](1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式．(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积．(3)交变电流瞬时值表达式书写的基本思路①确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝nBSω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．
[题组突破]1．一个矩形线圈绕与匀强磁场垂直的OO′轴逆时针转动，线圈的两条引线分别与A、B两半圆铜环相连，两个铜环通过滑动电刷连入电路，电路中仅有一个电阻R.如图10－1－8所示，在线圈转动过程中，通过R的电流 ( )
A．大小和方向都不断变化B．大小不断变化，方向从A→R→BC．大小和方向都不变D．大小不断变化，方向从B→R→A
解析：线圈中产生交流电，由于电刷交替与两铜环接触，流过R的电流方向不变．根据右手定则可知，通过R的电流方向是B→R→A.
2．图10－1－9甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n＝100匝、电阻r＝10 Ω.在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图10－1－9乙所示正弦规律变化．求：
(1)交流发电机产生的电动势的最大值；(2)写出该电动势的瞬时值表达式．
答案：(1)200 V (2)e＝200cs100t V
[典例启迪][例2] 多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速．现在的调光灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现的．如图10－1－10所示为经过一个可控硅调节后加在电灯上的电压．即在正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去．调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压．那么现在电灯上的电压为多少？
[归纳领悟](1)几种典型的交变电流的电压有效值
(2)非正弦式交变电流的有效值，一般是应用电流的热效应求解，此时应选一个周期的整数倍进行计算．
4．一个边长为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 Ω.磁感应强度B随时间t的变化关系如图10－1－11所示，则线框中感应电流的有效值为 ( )
于是可作出i随时间变化的图象如图所示．
[典例启迪][例3] 一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图10－1－12所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.(1)说明此刻线圈感应电流的方向．
(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的电量是多少？(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？
[思路点拨] 线圈转动一周，柴油机做的功等于电路一周期内产生的电热，而电流表、电压表的示数为电流和电压的有效值．
[归纳领悟]交变电流“四值”的应用
A．两线圈的磁通量变化规律相同B．两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同C．经相同的时间t(t>T)，两线圈产生的热量相同D．从此时刻起，经T/4时间，流过两线圈横截面的电荷量相同
6．如图10－1－14所示，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，以恒定的角速度ω绕ab边转动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为S，线圈导线的总电阻为R.t＝0时刻线圈平面与纸面重合，且cd边正在向纸面外转动．则 ( )
一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图10－1－15所示．下面说法中错误的是 ( )
A．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零C．图中是从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时的D．每当感应电动势e变换方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都为最大
[自主尝试] (试一试，能否做到正确解答)
由图象可知，在t＝0时，感应电动势有最大值，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，即线圈平面与磁场方向平行时开始计时，选项C正确；t1、t3时刻感应电动势为零，即线圈平面与磁场方向垂直(位于中性面)，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，所以选项B正确，选项A错误；当线圈通过中性面时是感应电动势改变方向的时刻，选项D正确．
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