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    2024年高考物理第一轮复习课件:第十二章 第1讲 交变电流的产生和描述

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    这是一份2024年高考物理第一轮复习课件:第十二章 第1讲 交变电流的产生和描述,共58页。PPT课件主要包含了垂直于,周期性,单位时间,交变电流的产生和描述,答案C,答案D,答案B等内容,欢迎下载使用。

    【素养解读·评价要求】1.本章涉及的知识点有交变电流的产生过程,交变电流的图像和四值,理想变压器的工作原理及原副线圈与各物理量之间的制约关系,远距离输电的升压、降压工作模式及功率和电压的损耗。本章经常以选择题的形式命题考查,主要考查考生对交变电流的图像、四值、理想变压器及远距离输电等知识的理解。题目有一定的综合性,侧重基础知识的考查,难度中偏易。学科素养主要落实科学思维方法及科学探究能力的提升。
    2.我国远距离输电技术处于世界领先水平,与之相关的信息给予题应多训练,随着现代技术与人工智能的发展,传感器的应用越来越广泛,与传感器有关的信息题和实验题应增加关注。
    第1讲 交变电流的产生和描述
    [自主落实]一、交变电流1.交变电流大小和____都随时间做周期性变化的电流。
    2.正弦式交变电流的产生条件和图像(1)产生条件:在匀强磁场中,线圈绕_______磁场方向的轴_____转动。
    (3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向一个周期改变两次。
    (4)图像:线圈从中性面位置开始计时,电动势e、电压u和电流i随时间变化的图像分别如图甲、乙、丙所示。
    二、描述正弦式交变电流的物理量1.周期和频率
    2.交变电流的“四值”(1)瞬时值:交变电流某一____的值,是时间的函数,如e=Emsin ωt。(2)峰值:交变电流的电流或电压所能达到的____值。(3)有效值:让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产生的____相等,就把这一恒定电流的数值叫作这一交变电流的有效值。
    [自我诊断]一、判断题(1)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。( )(2)线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时,产生的感应电动势也最大。( )(3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时,线圈中的感应电动势为零,电流方向发生改变。( )(4)交流电器设备上所标的电压和电流值是指有效值。( )(5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。( )(6)分析电容器的耐压值应考虑电压的峰值。( )
    2.两只相同的电阻,分别通以正弦波形的交流电和方波形的交流电,两种交流电的最大值与周期相等(如图甲、乙所示)。在正弦波形交流电的一个周期内,正弦波形的交流电在电阻上产生的焦耳热为Q1,其与方波形交流电在电阻上产生的焦耳热Q2之比Q1∶Q2等于(  )A.1∶1      B.2∶1   C.1∶2 D.4∶3
    2.交变电流瞬时值表达式(1)确定正弦交变电流的峰值,根据已知图像读出或由公式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。如:①线圈在中性面位置开始计时,则i-t图像为正弦函数图像,函数表达式为i=Imsin ωt。②线圈在垂直于中性面的位置开始计时,则it图像为余弦函数图像,函数表达式为i=Imcs ωt。
    【例1】 (2022·海南三亚质检)在正弦交流电的产生原理中,有个称之为“中性面”的概念,下列关于它的说法正确的是(  )A.中性面就是线圈所在的平面B.中性面与磁场平行C.线圈经过中性面时,磁通量最大D.线圈经过中性面时,电动势最大
    [解析] 中性面是指线圈平面与磁感线垂直的位置,则线圈在中性面时,穿过线圈的磁通量最大,由于线圈不切割磁感线,即磁通量的变化率为零,故产生的感应电动势为零,故A、B、D错误,C正确。
    【例2】 在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2 Ω,则(  )A.t=0时,线圈平面平行于磁感线B.t=1 s时,线圈中的电流改变方向C.t=1.5 s时,线圈中的感应电动势最大D.一个周期内,线圈产生的热量为16π2 J
    1.(交变电流图像的应用)风电是一种清洁、绿色的可再生能源,中国的风电装机容量目前处于世界领先地位。风力发电的简易模型如图甲所示,在风力作用下,风叶带动与杆固连的永磁体转动,磁体下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时,传感器显示线圈两端电压如图乙所示,则(  )
    A.磁体的转速为10 r/sB.线圈两端电压的有效值为12 VC.交变电流的电压表达式为u=12sin 5πt VD.该交变电流的频率为50 Hz
    2.(两图线的比较)如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像,当调整线圈转速后,所产生的正弦交流电的图像如图线b所示。以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是 (  )
    交变电流有效值的求解三法
     有效值的理解与计算  
    (2)定义法:对于非正弦式电流,计算有效值时要抓住“三同”,即“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”,列式求解时时间一般取一个周期或周期的整数倍。(3)能量守恒法:当有电能和其他形式的能转化时,可利用能量守恒定律来求有效值。
    【例3】 一交流电压随时间变化的图像如图所示,此交流电压的有效值为(  )
    【例4】 (2018·全国Ⅲ卷)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示,则Q方∶Q正等于(  )
    【例5】 (2021·浙江6月选考)如图所示,虚线是正弦交流电的图像,实线是另一交流电的图像,它们的周期T和最大值Um相同,则实线所对应的交流电的有效值U满足(  )
    3.(周期的波形)一种调光台灯电路示意图如图甲所示,它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度,给该台灯接220 V的正弦交变电流后加在灯管两端的电压如图乙所示,则此时交流电压表的示数为(  )
    5.(峰值不对称的正弦式波形)电压u随时间t的变化情况如图所示,图中上下波形均为正弦函数图像的一部分,则电压的有效值为(  )A.137 V B.163 VC.174 V D.196 V
    正弦式交变电流的“四值”及应用
     交变电流“四值”的理解和应用  
    【例6】 如图甲所示,标有“220 V 40 W”的电灯和标有“20 μF 300 V”的电容器并联接到交流电源上, 为交流电压表。交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关S,下列判断正确的是(  )
    【例7】 单匝闭合矩形线框电阻为R,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是(  )
    7.(交变电流“四值”的应用)如图所示,N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO′匀速转动,线框面积为S,线框的电阻、电感均不计,外电路接有电阻R、理想交流电流表 和二极管D。二极管D具有单向导电性,即正向电阻为零,反向电阻无穷大。下列说法正确的是(  )
    解析:二极管具有单向导电性,因此电路中只有正向电流,图像如图所示。
    8.(交变电流“四值”的计算)(2021·江苏卷)贯彻新发展理念,我国风力发电发展迅猛,2020年我国风力发电量高达4 000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示,发电机的线圈固定,磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动,已知磁体间的磁场为匀强磁场,磁感应强度的大小为0.20 T,线圈的匝数为100、面积为0.5 m2,电阻为0.6 Ω。若磁体转动的角速度为90 rad/s,线圈中产生的感应电流为50 A,求:(1)线圈中感应电动势的有效值E;(2)线圈的输出功率P。
    答案:(1)636 V (2)3.03×104 W
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