江苏版高考物理一轮复习第11章第1节交变电流的产生及描述课件
展开第1节 交变电流的产生及描述
一、交变电流、交变电流的图像1.交变电流______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和图像(1)产生:在匀强磁场中,线圈绕______于磁场方向的轴匀速转动。(如图所示)
(2)图像:线圈从中性面位置开始计时,如图甲、乙、丙所示。 甲 乙 丙
二、描述正弦式交变电流的物理量与函数表达式
2.交变电流的瞬时值、峰值和有效值
一、易错易误辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(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绕垂直于磁场方向的轴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)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。( )(5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。( )
二、教材习题衍生1.(交变电流图像的理解与应用)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.(有效值的理解与计算)某交变电流的i-t图像如图所示,则其电流的有效值为( )A.1.5 A B.2 A
3.(交变电流的产生及变化规律)如图所示,闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动,沿着OO′方向观察,线圈沿顺时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,ab边的边长为L1,ad边的边长为L2,线圈电阻为R,转动的角速度为ω,则当线圈转至图示位置时( )
考点1 交变电流的产生及变化规律
2.(交变电流的产生与描述)(2023·镇江模拟)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( )A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零B.线圈先后两次转速之比为2∶3C.交流电a的瞬时值表达式为u=10sin 10πt V
3.(交变电流的图像)图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的固定轴OO′(OO′沿水平方向)匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与R=10 Ω的电阻连接,与电阻R并联的交流电压表为理想电压表,示数是10 V。 图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图像。线圈内阻不计,则( )甲 乙
1.交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
2.交变电流瞬时值表达式的书写(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i-t图像为余弦函数图像,函数表达式为i=Imcs ωt。
1.(交流电的有效值及应用)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( )
考点2 有效值的理解与计算
2.(交流电的平均值及有效值的应用)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( )
3.(交流电的最大值及有效值的应用)(2022·江苏扬州中学模拟预测)如图甲所示,单匝矩形线框在匀强磁场B中,绕与磁场B垂直的轴OO′匀速转动。已知线框电阻R,转动周期T,穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图,如图乙所示。则下列说法错误的是( )甲 乙
1.对有效值的理解(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值;(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值;(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值;(4)没有特别加以说明的,是指有效值;(5)“交流的最大值是有效值的倍”仅适用于正(余)弦式交变电流。
交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较
考点3 交变电流“四值”的理解和应用
[典例] 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。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
[跟进训练] 1.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,V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( )甲 乙
2.如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R。下列判断正确的是( )
3.(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(保留两位有效数字)。求: (1)线圈中感应电动势的有效值E;(2)线圈的输出功率P。
(2)输出电压U=E-Ir输出功率P=IU解得P=I(E-Ir)=50×(6.4×102-50×0.6) W≈3.1×104 W。[答案] (1)6.4×102 V (2)3.1×104 W
模式简述1.线圈在匀强磁场中匀速转动。2.线圈不动,匀强磁场匀速转动。3.导体棒在匀强磁场中做简谐运动。4.线圈不动,磁场按正弦规律变化。5.在匀强磁场中导体棒的长度与时间按正弦规律变化。
[示例1] 如图所示,间距为L的光滑平行金属导轨,水平地放置在竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中,一端接阻值为R的电阻。一电阻为r、质量为m的导体棒放置在导轨上,在外力F作用下从t=0的时刻开始运动,其速度随时间的变化规律v=vmsin ωt,不计导轨电阻。求:
[答案] (1)8 V (2)2.88 W (3)0.004 C
(1)外力F的最大值;(2)金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率;(3)在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系。
[解析] (1)当金属棒滑至A位置时,有效切割长度最大,为2 m,产生的最大感应电动势Em=BLmv=0.2×2×5 V=2 V电路的总电阻
最大安培力F安=BImLm=0.2×0.75×2 N=0.3 N,由平衡条件可知,外力F的最大值Fm=F安=0.3 N。
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