《2011高三物理一轮复习 13.1 交变电流的产生和描述精品课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011高三物理一轮复习 13.1 交变电流的产生和描述精品课件.ppt（83页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、内容内容要要求求说明说明交流发电机及其产生正交流发电机及其产生正弦式电流的原理，正弦弦式电流的原理，正弦式电流的图象和三角函式电流的图象和三角函数表达式、最大值与有数表达式、最大值与有效值，周期与频率效值，周期与频率只要求只要求讨论单讨论单相理想相理想变压器变压器电阻、电感和电容对交电阻、电感和电容对交变电流的作用变电流的作用内容内容要要求求说说明明变压器的原理电压比和变压器的原理电压比和电流比电流比只要只要求讨求讨论单论单相理相理想变想变压器压器电能的输送电能的输送电磁场电磁波电磁波电磁场电磁波电磁波的周期、频率、波长和波的周期、频率、波长和波速速无线电波的发射和接收无线电波的发射和接收电视
2、雷达电视雷达本章知识是电磁感应的应用和延伸，高考本章知识是电磁感应的应用和延伸，高考对本章知识的考查主要体现在对本章知识的考查主要体现在“三突出三突出”：一是突出考查交变电流的产生过程；二是一是突出考查交变电流的产生过程；二是突出考查交变电流的图象和交变电流的四突出考查交变电流的图象和交变电流的四值；三是突出考查变压器，一般试题难度值；三是突出考查变压器，一般试题难度不大，且多以选择题的形式出现对于电不大，且多以选择题的形式出现对于电磁场和电磁波只作一般的了解磁场和电磁波只作一般的了解本章知识易与力学和电学知识综合，如带本章知识易与力学和电学知识综合，如带电粒子在加有交变电压的平行金属板间的电
3、粒子在加有交变电压的平行金属板间的运动，交变电路的分析与计算等同时，运动，交变电路的分析与计算等同时，本章知识也易与现代科技和信息技术相联本章知识也易与现代科技和信息技术相联系，如系，如“电动自行车电动自行车”“”“磁悬浮列车磁悬浮列车”等另外，远距离输电也要引起重视等另外，远距离输电也要引起重视同学们在复习时，对正弦交变电流的产生同学们在复习时，对正弦交变电流的产生过程要做到过程要做到“情、数、形情、数、形”三者相统一；三者相统一；对交变电流的对交变电流的“最大值、瞬时值、有效值、最大值、瞬时值、有效值、平均值平均值”一定要注意各类值的不同用法，一定要注意各类值的不同用法，尤其是不同情况下的
4、有效值计算是高考考尤其是不同情况下的有效值计算是高考考查的主要内容；对变压器的原理理解的同查的主要内容；对变压器的原理理解的同时，还要掌握变压器的静态计算和动态分时，还要掌握变压器的静态计算和动态分析析第第1课时交变电流的产生和描述课时交变电流的产生和描述一、交变电流的产生和变化规律一、交变电流的产生和变化规律1定义：大小和方向都随时间做定义：大小和方向都随时间做_的电流，叫做交变电流，的电流，叫做交变电流，下图所示均为交变电流下图所示均为交变电流【注意】【注意】方向随时间做周期性的变化是方向随时间做周期性的变化是交变电流的重要特征交变电流的重要特征周期性变化周期性变化2正弦式交变电流的产生正
5、弦式交变电流的产生在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向且在线在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向且在线圈平面内的轴匀速转动的线圈产生的电流圈平面内的轴匀速转动的线圈产生的电流是正弦交变电流是正弦交变电流3正弦式交变电流的变化规律正弦式交变电流的变化规律(1)两个特殊位置两个特殊位置线圈平面与中性面重合时，磁通量最大，线圈平面与中性面重合时，磁通量最大，电动势为电动势为_，磁通量的变化率为零；线，磁通量的变化率为零；线圈平面与中性面垂直时，磁通量为圈平面与中性面垂直时，磁通量为_，电，电动势动势_，磁通量的变化率最大，磁通量的变化率最大零零零零最大最大(2)变化规律变化规律若线圈转到中性面开始计时，则感应电
6、动若线圈转到中性面开始计时，则感应电动势与感应电流的表达式分别为：势与感应电流的表达式分别为：e_，i_.Emsin tImsin t若线圈转到与中性面垂直位置开始计时，若线圈转到与中性面垂直位置开始计时，则感应电动势与感应电流的表达式分别为：则感应电动势与感应电流的表达式分别为：eEmcos t，iImcos t.二、描述交变电流的物理量二、描述交变电流的物理量1交变电流的交变电流的“四值四值”(1)瞬时值：表示当线圈转到某一位置或某瞬时值：表示当线圈转到某一位置或某一时刻，线圈中产生的感应电动势或感应一时刻，线圈中产生的感应电动势或感应电流的值正弦式交变电流的电动势、电电流的值正弦式交变电
7、流的电动势、电压和电流的瞬时值的表达式分别为：压和电流的瞬时值的表达式分别为：NBS Nm 【注意】【注意】此时不要误认为此时不要误认为m最大时，电最大时，电动势最大，这只是一个计算公式动势最大，这只是一个计算公式(3)有效值：有效值是利用电流的有效值：有效值是利用电流的_定义的，即如果在相同的时间内，交变电定义的，即如果在相同的时间内，交变电流通过电阻时产生的热量与直流电通过同流通过电阻时产生的热量与直流电通过同一电阻时产生的热量相等，则直流电的数一电阻时产生的热量相等，则直流电的数值就是该交变电流的有效值值就是该交变电流的有效值热效应热效应【注意】【注意】以上关系式仅对正弦式交变电以上关系
8、式仅对正弦式交变电流适用，对其他形式的交变电流并不适用，流适用，对其他形式的交变电流并不适用，其他情况需按照有效值的定义进行计算其他情况需按照有效值的定义进行计算2周期、频率、角速度周期、频率、角速度交变电流的周期、频率、角速度都是表征交变电流的周期、频率、角速度都是表征交变电流变化快慢的物理量交变电流变化快慢的物理量(1)周期周期T：交变电流完成一次周期性变化所：交变电流完成一次周期性变化所需的时间需的时间(2)频率频率f：交变电流在：交变电流在1 s内完成周期性变化内完成周期性变化的次数的次数三、电感和电容对交变电流的阻碍作用三、电感和电容对交变电流的阻碍作用1电感是电感是“通通_，阻，阻
9、_；通低频，；通低频，阻高频阻高频”【说明】【说明】电感对直流电的阻碍作用很小，电感对直流电的阻碍作用很小，而当通交变电流时，由于线圈的自感作用，而当通交变电流时，由于线圈的自感作用，对交变电流有阻碍作用，所以对交变电流有阻碍作用，所以“通直流，通直流，阻交流阻交流”交变电流的频率越高，电感对交变电流的频率越高，电感对它的阻碍作用越大，所以它的阻碍作用越大，所以“通低频，阻高通低频，阻高频频”直流直流交流交流2电容器对直流电路来说是断路，而交变电容器对直流电路来说是断路，而交变电流可以通过对电容器电流可以通过对电容器_、_、使电路中有电流，故表现为交变电流，使电路中有电流，故表现为交变电流，“
10、通通过过”了电容器交变电流的频率越高，电容了电容器交变电流的频率越高，电容对它的阻碍作用越小，所以对它的阻碍作用越小，所以“通通_，阻，阻_”充电充电放电放电高频高频低频低频一、交变电流的产生及变化特点一、交变电流的产生及变化特点关于交变电流产生及变化特点注意以下几关于交变电流产生及变化特点注意以下几个方面：个方面：1正正(余余)弦交流电的产生条件为：匀强磁弦交流电的产生条件为：匀强磁场、转轴垂直磁场方向、线圈匀速转动，场、转轴垂直磁场方向、线圈匀速转动，三者缺一不可，否则所产生的就不是正三者缺一不可，否则所产生的就不是正(余余)弦交变电流弦交变电流2交变电流的变化规律与线圈的形状及转交变电流
11、的变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的某个位置无关动轴处于线圈平面内的某个位置无关3线圈过中性面一次，电流方向改变一次，线圈过中性面一次，电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次线圈转一周，电流方向改变两次2利用有效值的定义计算利用有效值的定义计算即有效值等于一直流电在相同时间内通过即有效值等于一直流电在相同时间内通过同一电阻产生相等的热量此法只适用于同一电阻产生相等的热量此法只适用于求矩形脉冲电流或不连续正弦交变电流以求矩形脉冲电流或不连续正弦交变电流以及它们的组合电流的有效值及它们的组合电流的有效值具体方法为：取一个周期具体方法为：取一个周期T的时间，计算出的时间，计算出直流
12、和交流分别通过相同的电阻产生的热直流和交流分别通过相同的电阻产生的热量，列方程求解量，列方程求解一、交流电的产生一、交流电的产生如右图所示，矩形线圈边长为如右图所示，矩形线圈边长为ab20 cm，bc10 cm，匝数，匝数N100匝，磁场的磁感应匝，磁场的磁感应强度强度B0.01 T当线圈以当线圈以n50 r/s的转速的转速从图示位置开始逆时针匀速转动时，求：从图示位置开始逆时针匀速转动时，求：(1)线圈中交变电动势瞬时值表达式；线圈中交变电动势瞬时值表达式；(2)从线圈开始转起动，经从线圈开始转起动，经0.01 s时感应电动时感应电动势的瞬时值势的瞬时值【解析】【解析】(1)线圈的角速度为线
13、圈的角速度为2n100 rad/s产生的感应电动势的最大值为产生的感应电动势的最大值为EmNBSNBabbc6.28 V又刚开始转动时线圈平面与中性面夹角为又刚开始转动时线圈平面与中性面夹角为30/6故线圈中交变电动势的瞬时值表达式为故线圈中交变电动势的瞬时值表达式为eEmsin(t/6)6.28sin(100t/6)V.(2)把把t0.01 s代入上式，可得此时感应电动代入上式，可得此时感应电动势的瞬时值：势的瞬时值：e3.14 V.【答案】【答案】(1)e6.28sin(100t/6)V(2)3.14 V【点评】【点评】公式公式eEmsin 中的中的为线圈平为线圈平面与中性面的夹角面与中性
14、面的夹角1如下图所示，一矩形线圈如下图所示，一矩形线圈abcd放置在匀放置在匀强磁场中，并绕过强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴中点的轴OO以角以角速度速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角场夹角45时为计时起点，并规定当电时为计时起点，并规定当电流自流自a流向流向b时电流方向为正则四幅图中时电流方向为正则四幅图中正确的是正确的是()【答案】【答案】D二、求电热、电荷量的问题二、求电热、电荷量的问题【点评】【点评】要知道正弦交变电流的最大值、要知道正弦交变电流的最大值、瞬时值、有效值、平均值的区别，不可混瞬时值、有效值、平均值的区别，不可混淆，应用时要视情况的不
15、同灵活选择不同淆，应用时要视情况的不同灵活选择不同的值进行计算的值进行计算2如右图所示，边长为如右图所示，边长为L的正方形线圈的正方形线圈abcd的匝数的匝数为为n，线圈电阻为，线圈电阻为r，外电，外电路的电阻为路的电阻为R，ab的中点的中点和和cd的中点的连线的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为为B，现在线圈以，现在线圈以OO为轴，以角速度为轴，以角速度匀匀速转动，求：速转动，求：(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式；闭合电路中电流瞬时值的表达式；(2)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过90的过程中电阻的过程中电阻R上产生的热量；上产生的
16、热量；(3)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过90的过程中电阻的过程中电阻R上通过的电荷量；上通过的电荷量；(4)电阻电阻R上的最大电压上的最大电压【答案】【答案】见解析见解析三、电感、电容对交变电流的作用三、电感、电容对交变电流的作用(2008年北京海淀期末年北京海淀期末)两个相同的白炽灯泡两个相同的白炽灯泡A1和和A2接到如右图所示的电路中，灯接到如右图所示的电路中，灯A1与与电容器串联，灯电容器串联，灯A2与电感线圈串联当与电感线圈串联当a、b间接电压最大值为间接电压最大值为Um、频率为、频率为f的正弦交的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同更流电源时，两灯都发光，且亮度相同更换一个
17、新的正弦交流电源后，灯换一个新的正弦交流电源后，灯A1的亮度的亮度低于灯低于灯A2的亮度新电源两极的电压最大的亮度新电源两极的电压最大值和频率可能是值和频率可能是()A最大值仍为最大值仍为Um，而频率大于，而频率大于fB最大值仍为最大值仍为Um，而频率小于，而频率小于fC最大值大于最大值大于Um，而频率仍为，而频率仍为fD最大值小于最大值小于Um，而频率仍为，而频率仍为f【解析】【解析】若新电源两极的电压最大值小若新电源两极的电压最大值小于于Um，而频率，而频率f不变，则感抗和容抗不变，不变，则感抗和容抗不变，A1、A2应同时亮度减小，故应同时亮度减小，故C、D错而当错而当Um不变，频率大于不
18、变，频率大于f时，感抗增大，容抗减时，感抗增大，容抗减小，则小，则A1的亮度应大于的亮度应大于A2的亮度，故实际的亮度，故实际情况可能是情况可能是Um不变，频率小于不变，频率小于f，故，故B正正确确【答案】【答案】B【点评】【点评】上面求解是根据选项推导的，上面求解是根据选项推导的，也可由题干推导，灯也可由题干推导，灯A1变暗，容抗变大，变暗，容抗变大，故频率变小故频率变小3如下图所示，如下图所示，L1、L2和和L3是相同型号的是相同型号的白炽灯，白炽灯，L1与电容器与电容器C串联，串联，L2与带铁芯的与带铁芯的线圈线圈L串联，串联，L3与一个定值电阻与一个定值电阻R串联当串联当a、b间接电压
19、有效值为间接电压有效值为U、频率为、频率为f的正弦交流的正弦交流电源时，三只灯泡的亮度相同现将电源时，三只灯泡的亮度相同现将a、b间接另一正弦交流电源时，发现灯泡间接另一正弦交流电源时，发现灯泡L1变变亮、亮、L2变暗、变暗、L3亮度不变由此可知，另一亮度不变由此可知，另一正弦交流电源可能是正弦交流电源可能是()A电压有效值仍为电压有效值仍为U，而频率大于，而频率大于fB电压有效值大于电压有效值大于U，而频率大于，而频率大于fC电压有效值仍为电压有效值仍为U，而频率小于，而频率小于fD电压有效值小于电压有效值小于U，而频率大于，而频率大于f【解析】【解析】由题述中与一个定值电阻由题述中与一个定
20、值电阻R串联串联的灯泡的灯泡L3亮度不变可知，所接的另一正弦亮度不变可知，所接的另一正弦交流电源的电压有效值仍为交流电源的电压有效值仍为U.灯泡灯泡L1变亮，变亮，说明与说明与L1串联的电容器串联的电容器C容抗变小由影响容抗变小由影响容抗的因素可知，这是由于正弦交流电的容抗的因素可知，这是由于正弦交流电的频率增大所以正确选项是频率增大所以正确选项是A.【答案】【答案】A(2009年高考福建卷年高考福建卷)一台小型发电机产生的一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示已知发电机线圈内阻为所示已知发电机线圈内阻为5.0 ，现外，现外接一只电阻为
21、接一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，的灯泡，如图乙所示，则则()命题研究命题研究 A电压表电压表V的示数为的示数为220 VB电路中的电流方向每秒钟改变电路中的电流方向每秒钟改变50次次C灯泡实际消耗的功率为灯泡实际消耗的功率为484 WD发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J【答案】【答案】D本题是对交流电产生、交流电本题是对交流电产生、交流电“四值四值”、闭合电路欧姆定律、功率公式、焦耳定律闭合电路欧姆定律、功率公式、焦耳定律的综合考查部分考生因为没有注意电压的综合考查部分考生因为没有注意电压表示数应该为有效值，还有的考生不注意表示数应该为有
22、效值，还有的考生不注意分析电路，把电动势当作电压表示数，显分析电路，把电动势当作电压表示数，显然是没有理解有效值的意义，不能把交流然是没有理解有效值的意义，不能把交流电和电路综合起来应用而出错电和电路综合起来应用而出错从中得到启示：在备考阶段，同学们要重从中得到启示：在备考阶段，同学们要重点掌握交流电有效值的概念及应用，注意点掌握交流电有效值的概念及应用，注意整合知识、把前后相关知识联系起来，形整合知识、把前后相关知识联系起来，形成一个完整的结构框架和知识体系，便于成一个完整的结构框架和知识体系，便于综合解决遇到的问题，提高综合素质和综综合解决遇到的问题，提高综合素质和综合能力合能力(2008
23、年高考北京卷年高考北京卷)一理想变压器原、副线一理想变压器原、副线圈匝数比圈匝数比n1 n211 5.原线圈与正弦交变原线圈与正弦交变电源连接，输入电压电源连接，输入电压u如下图所示副线圈如下图所示副线圈仅接入一个仅接入一个10 的电阻，则的电阻，则()【解析】【解析】本题考查正弦交变电流有效值、本题考查正弦交变电流有效值、最大值意义及理想变压器的相关知识由最大值意义及理想变压器的相关知识由输入电压图象可知输入电压的有效值为输入电压图象可知输入电压的有效值为220 V，故副线圈输出电压的有效值为，故副线圈输出电压的有效值为100 V，接入副线圈的电阻为接入副线圈的电阻为10 ，故电流有效值，故
24、电流有效值为为10 A，A项错；与电阻并联的电压表读数项错；与电阻并联的电压表读数即为副线圈电压有效值即为副线圈电压有效值100 V，B项错；根项错；根据据QI2Rt1021060 J6104 J，C项项错；由变压器输入功率等于输出功率可知，错；由变压器输入功率等于输出功率可知，PIU101001 000 W，D项正确项正确【答案】【答案】D1如下图所示中各图面积均为如下图所示中各图面积均为S的线圈均的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速中以角速度度匀速转动，能产生正弦交变电动势匀速转动，能产生正弦交变电动势eBSsin t的图是的图是(设从图示时刻开始计时
25、设从图示时刻开始计时)()【解析】【解析】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴场方向的轴(轴在线圈所在平面内轴在线圈所在平面内)匀速转动，匀速转动，从线圈平面和中性面重合时开始计时，线从线圈平面和中性面重合时开始计时，线圈中产生的正弦交变电动势为圈中产生的正弦交变电动势为eBSsin t，由这一原则判断，由这一原则判断，A图中感应电动势均为图中感应电动势均为eBSsin t；B图中的转动轴不在线圈所图中的转动轴不在线圈所在平面内；在平面内；D图转动轴与磁场方向平行，而图转动轴与磁场方向平行，而不是垂直不是垂直C图中产生的交变电动势为图中产生的交变电动势为eBScos
26、t.【答案】【答案】A2收录机等小型家用收录机等小型家用电器所用的稳压电源，电器所用的稳压电源，是将是将220 V的正弦交流的正弦交流电变为稳定的直流电电变为稳定的直流电的装置，其中的关键部分是整流电流有的装置，其中的关键部分是整流电流有一种整流电路可以将正弦交流电变成如右一种整流电路可以将正弦交流电变成如右图所示的脉动直流电图所示的脉动直流电(每半个周期都按正弦每半个周期都按正弦规律变化规律变化)，则该脉动直流电电流的有效值，则该脉动直流电电流的有效值为为()【答案】B3如右图所示，矩形线圈如右图所示，矩形线圈abcd，面积为，面积为S，匝数为匝数为N，线圈电阻为，线圈电阻为R，在匀强磁场中
27、可，在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和和P2以相同以相同的角速度的角速度匀速转动，匀速转动，(P1以以ab边为轴，边为轴，P2以以ad边中点为轴边中点为轴)当线圈平面从与磁场方向当线圈平面从与磁场方向平行开始计时，线圈转过平行开始计时，线圈转过90的过程中，的过程中，绕绕P1及及P2轴转动产生的交流电的电流大小，轴转动产生的交流电的电流大小，电荷量及焦耳热分别为电荷量及焦耳热分别为I1，q1，Q1及及I2，q2，Q2，则下面判断正确的是，则下面判断正确的是()A线圈绕线圈绕P1和和P2转动时电流的方向相同，转动时电流的方向相同，都是都是abcdBq1q2NBS/2RCI1I2(NBS)/RDQ1Q2(NBS)2/2R【答案】【答案】C【答案】【答案】B(1)导线框导线框abcd在磁场中转动的角速度？在磁场中转动的角速度？(2)S闭合后，当导线框从图示位置转过闭合后，当导线框从图示位置转过60时的过程中通过灯泡的电荷量？时的过程中通过灯泡的电荷量？高考水准小试高考水准小试点击进入链接点击进入链接