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人教版高考物理一轮复习第11章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述课件
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这是一份人教版高考物理一轮复习第11章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述课件
[目标要求]第1讲 交变电流的产生和描述一、交变电流、交变电流的图象1．交变电流(1)定义： 和 都随时间做周期性变化的电流。(2)按 变化的交变电流叫正弦式交变电流。2．正弦式交变电流的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕 方向的轴匀速转动。大小方向正弦规律垂直于磁场(2)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从 位置开始计时，其图象为正弦曲线。如图甲、乙、丙所示。中性面一次周期性次数2.正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律：e＝ 。(2)负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝ 。(3)电流i随时间变化的规律：i＝ 。其中ω等于线圈转动的 ，Em＝ 。Emsin ωtUmsin ωtImsin ωt 角速度nBSω某一时刻最大最大值热效应2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)1．(多选)(2021·湖北武汉调研)如图所示是交流发电机的示意图。线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。下列说法正确的是( )`A．当线圈转到图甲位置时，磁通量的变化率最大 B．从图乙所示位置开始计时，线圈中电流 i 随时间t变化的关系是i＝Imcos ωtC．当线圈转到图丙位置时，感应电流最小 D．当线圈转到图丁位置时，流经外电路的电流方向为E→F解析：图甲位置为中性面位置，当线圈转到图甲位置时，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率最小为零，选项A错误；图乙位置为产生感应电动势、感应电流最大的位置，从图乙所示位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝Imcos ωt，选项B正确；图丙位置为中性面位置，当线圈转到图丙位置时，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率最小为零，产生的感应电动势最小，感应电流最小，选项C正确；由于图中看不出磁铁极性，所以不能判断出当线圈转到图丁位置时流经外电路的电流方向，选项D错误。答案：BC2．(2021·湖北天门联考)一个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甲所示，则下列说法正确的是( )A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大D．该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示B2．书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω求出。(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。①若线圈从中性面位置开始计时，则i t图象为正弦函数图象，函数表达式为i＝Imsin ωt。②若线圈从垂直中性面位置开始计时，则i t图象为余弦函数图象，函数表达式为i＝Imcos ωt。3．利用能量关系计算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。3．(2021·安徽合肥模拟)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 W B．18 WC．22.5 W D．28 WD解析：由电流热效应可得2×[(1 A)2R×0.2 s＋(2 A)2R×0.3 s]＝I2R×1 s，解得I2＝2.8 A2，电阻的热功率为P＝I2R＝28 W。CBBAB 交变电流“四值”的综合应用[典例3] 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈共100 匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路中的电阻R＝4 Ω，求：[思路点拨] (1)由Em＝nBSω→确定感应电动势的最大值→确定感应电动势的有效值→产生的热量。(2)由交流电的平均值→通过电阻的电荷量。[答案] (1)3.14 V (2)1.57 V (3)1.78 V (4)0.99 J (5)0.087 C易错警示交变电流“四值”应用的3点提醒(1)在解答有关交变电流的问题时，要注意电路结构。(2)注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值，最大值是瞬时值中的最大值，有效值是以电流的热效应来等效定义的。(3)与电磁感应问题一样，求解与电能、电热相关的问题时，一定要用有效值；而求解通过导体某横截面的电荷量时，一定要用平均值。 6．(2020·山东滨州5月检测)如图所示是线圈匝数为n的小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动。矩形线圈电阻为r，矩形线圈通过两刷环接电阻R，电压表接在R两端。当线圈以角速度ω匀速转动时，下列说法正确的是( )答案：D7．如图甲所示为手机无线充电工作原理的示意图，由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为n＝50匝，电阻r＝1.0 Ω，在它的c、d两端接一阻值R＝9.0 Ω的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间按图乙所示的规律变化，可在受电线圈中产生电动势最大值为20 V的正弦交流电，设磁场竖直向上为正。求：(1)在t＝π×10－3 s时，受电线圈中产生电流的大小，c、d两端哪端电势高？(2)在一个周期内，电阻R上产生的热量。(3)从t1到t2时间内，通过电阻R的电荷量。答案：(1)2.0 A c端电势高 (2)5.7×10－2 J(3)2×10－3 C
[目标要求]第1讲 交变电流的产生和描述一、交变电流、交变电流的图象1．交变电流(1)定义： 和 都随时间做周期性变化的电流。(2)按 变化的交变电流叫正弦式交变电流。2．正弦式交变电流的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕 方向的轴匀速转动。大小方向正弦规律垂直于磁场(2)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从 位置开始计时，其图象为正弦曲线。如图甲、乙、丙所示。中性面一次周期性次数2.正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律：e＝ 。(2)负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝ 。(3)电流i随时间变化的规律：i＝ 。其中ω等于线圈转动的 ，Em＝ 。Emsin ωtUmsin ωtImsin ωt 角速度nBSω某一时刻最大最大值热效应2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)1．(多选)(2021·湖北武汉调研)如图所示是交流发电机的示意图。线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。下列说法正确的是( )`A．当线圈转到图甲位置时，磁通量的变化率最大 B．从图乙所示位置开始计时，线圈中电流 i 随时间t变化的关系是i＝Imcos ωtC．当线圈转到图丙位置时，感应电流最小 D．当线圈转到图丁位置时，流经外电路的电流方向为E→F解析：图甲位置为中性面位置，当线圈转到图甲位置时，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率最小为零，选项A错误；图乙位置为产生感应电动势、感应电流最大的位置，从图乙所示位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝Imcos ωt，选项B正确；图丙位置为中性面位置，当线圈转到图丙位置时，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率最小为零，产生的感应电动势最小，感应电流最小，选项C正确；由于图中看不出磁铁极性，所以不能判断出当线圈转到图丁位置时流经外电路的电流方向，选项D错误。答案：BC2．(2021·湖北天门联考)一个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甲所示，则下列说法正确的是( )A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大D．该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示B2．书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω求出。(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。①若线圈从中性面位置开始计时，则i t图象为正弦函数图象，函数表达式为i＝Imsin ωt。②若线圈从垂直中性面位置开始计时，则i t图象为余弦函数图象，函数表达式为i＝Imcos ωt。3．利用能量关系计算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。3．(2021·安徽合肥模拟)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 W B．18 WC．22.5 W D．28 WD解析：由电流热效应可得2×[(1 A)2R×0.2 s＋(2 A)2R×0.3 s]＝I2R×1 s，解得I2＝2.8 A2，电阻的热功率为P＝I2R＝28 W。CBBAB 交变电流“四值”的综合应用[典例3] 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈共100 匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路中的电阻R＝4 Ω，求：[思路点拨] (1)由Em＝nBSω→确定感应电动势的最大值→确定感应电动势的有效值→产生的热量。(2)由交流电的平均值→通过电阻的电荷量。[答案] (1)3.14 V (2)1.57 V (3)1.78 V (4)0.99 J (5)0.087 C易错警示交变电流“四值”应用的3点提醒(1)在解答有关交变电流的问题时，要注意电路结构。(2)注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值，最大值是瞬时值中的最大值，有效值是以电流的热效应来等效定义的。(3)与电磁感应问题一样，求解与电能、电热相关的问题时，一定要用有效值；而求解通过导体某横截面的电荷量时，一定要用平均值。 6．(2020·山东滨州5月检测)如图所示是线圈匝数为n的小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动。矩形线圈电阻为r，矩形线圈通过两刷环接电阻R，电压表接在R两端。当线圈以角速度ω匀速转动时，下列说法正确的是( )答案：D7．如图甲所示为手机无线充电工作原理的示意图，由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为n＝50匝，电阻r＝1.0 Ω，在它的c、d两端接一阻值R＝9.0 Ω的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间按图乙所示的规律变化，可在受电线圈中产生电动势最大值为20 V的正弦交流电，设磁场竖直向上为正。求：(1)在t＝π×10－3 s时，受电线圈中产生电流的大小，c、d两端哪端电势高？(2)在一个周期内，电阻R上产生的热量。(3)从t1到t2时间内，通过电阻R的电荷量。答案：(1)2.0 A c端电势高 (2)5.7×10－2 J(3)2×10－3 C
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