《（江苏专版）2019年高考物理总复习 第42讲 交变电流的产生和描述讲义.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（江苏专版）2019年高考物理总复习 第42讲 交变电流的产生和描述讲义.doc（14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、1第第 4242 讲讲 交变电流的产生和描述交变电流的产生和描述考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求交变电流 描述交变电流的物理量和图象、正弦交变电流的函数表达式16 年T6选择，考查楞次定律、交变电流的产生理解与分析综合知识整合一、交变电流的产生和变化规律1交变电流_和_都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，其中按正弦函数规律变化的电流叫正弦交变电流2正弦交变电流的产生(1)将线圈置于_磁场中，线圈绕_的轴_转动，线圈中就会产生正(余)弦交变电流(2)中性面：与磁场方向_的平面线圈转到中性面时，穿过线圈的磁通量_，磁通量的变化率_，感应2电动势_线圈转动一周，两次经过中性面，线
2、圈每经过_，电流的方向就改变_3变化规律(线圈从中性面位置开始计时)(1)电动势 e 随时间变化的规律：eEmsint(其中 等于线圈转动的_，Em_)(2)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_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(线圈转动一周)所需的_，单位是秒(s)公式为 T_(2)频率 f：交变电流在 1 s内完成_的次数，单位是赫兹(Hz)(3)周期和频率的关系：T 或 f .1 f1 T2交变电流的“四值”(1)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的_(2)瞬时值：交变电流_的值，是时间的函数(3)有效值：根据
3、电流的_规定的，即让交流电和直流电通过相同阻值的电阻，如果在相同时间内产生的_相等，就把直流电的数值叫做交流电的有效值正弦交流电有效值和峰值之间的关系：EEm；UUm；IIm.222222(4)平均值：交变电流在_内的平均大小，其数值 E_3方法技巧释难答疑的金钥匙考点 1 正弦交变电流的产生与变化规律1两个特殊位置及其特点(1)中性面：SB， 最大，0，e0，i0，电流方向将发生改变 t(2)与中性面垂直的位置：SB，0，最大，e 最大，i 最大，电流方向不改 t变 2.正弦式电流的变化规律(线圈从中性面位置开始计时)物理量函数图象磁通量mcostBScost电动势eEmsintnBSsin
4、t电压uUmsintsintREm Rr4电流iImsintsintEm Rr(注：若线圈从垂直中性面位置开始转动，则 i t 图象为余弦函数图象，函数式为 iImcost.)【典型例题 1】 如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是( )At1时刻穿过线框的磁通量最大Bt1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左Ct2时刻穿过线框的磁通量变化最快Dt2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左【典型例题 2】 有一不动的矩形线圈 abcd，处于范围足够大的可转动的匀强磁
5、场中，如图所示该匀强磁场是由一对磁极N、S产生，磁极以 OO为轴匀速转动在 t0 时刻，磁场的方向与线圈平行，磁极N开始离开纸面向外转动，规定由 abcda 方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流 i 随时间 t 变化的图线是( )51.(多选)如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线 a、b 所示，则( )A两次 t0 时刻线圈平面均与中性面重合B曲线 a、b 对应的线圈转速之比为 23C曲线 a 表示的交变电动势频率为 25 HzD曲线 b 表示的交变电动势有效值为 10 V6考点 2 交变电流“四值”的
6、比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsint，IImsint计算线圈某时刻的受力情况最大值最大的瞬时值EmnBS，ImEm Rr讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值E，U，IEm2Um2Im2(只适用于正、余弦式电流)(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是指有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值 平均值交变电流图象中图线与时间轴所围成的面积与时间的比值EBLvEn tIE Rr计算通过电路截面的电荷量【典型例题 3】 某台交流发电机的结构可以简化为多匝线框在匀强磁场中旋转产生正弦
7、式交流电当线框匀速转动时，电动势瞬时值表达式 e10sin50tV.其他条27件不变，现只将线框转速变为原来的 2 倍，发电机输出端接入如图所示电路已知发电机内阻 r1 ，R14 ，R2R310 ，求：(1)此时电动势的表达式；(2)理想交流电压表的示数；(3)通过电阻 R1的电流的最大值；(4)电阻 R2在 1 分钟内产生的焦耳热2.(多选)如图所示，有一矩形线圈，面积为 S，匝数为 N，内阻为r，绕垂直磁感线的对称轴 OO以角速度 匀速转动，从图示位置转 90的过程中，下列说法正确的是( )A通过电阻 R 的电量 QNBS2 2（Rr）B通过电阻 R 的电量 QNBS RrC外力做功的平均
8、功率 PN2B2S22 2（Rr）D从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为 eNBSsint8【典型例题 4】 在如图甲所示电路中，D 为理想二极管(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)R130 ，R260 ，R310 .在 MN 间加上如图乙所示的交变电压时，R3两端电压表的读数大约是( )甲 乙A3 V B3.5 V C4 V D5 V9当堂检测 1.图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( )A B C D2有一个小型发电机，机内的矩形线圈匝数为 50 匝，电阻为 5 ，线圈在匀强磁场中，以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动穿过每
9、匝线圈的磁通量 随时间 t的变化规律如图所示由此可知发电机电动势瞬时值表达式为( )第 2 题图Ae31.4sin50t(V) Be31.4cos50t(V)Ce157cos100t(V) De157sin100t(V)3(多选)如图所示，单匝矩形闭合导线框 abcd 全部处于水平方向的匀强磁场中，线框面积为 S，电阻为 R.线框绕与 cd 边重合的竖直固定转轴以角速度 从中性面开始匀速转动，线框转过时的感应电流为 I，下列说法正确的是( ) 6第 3 题图A线框中感应电流的有效值为 2I10B线框转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为2IR C从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量为
10、 22I D线框转一周的过程中，产生的热量为8RI2 4(多选)如图所示电路中，电源电压 u311sin100t(V)，A、B 间接有“220 V，440 W”的电暖宝、 “220 V，220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝下列说法正确的是( )第 4 题图A交流电压表的示数为 311 VB电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于 3 AC电暖宝发热功率大于抽油烟机发热功率的 2 倍D1min抽油烟机消耗的电能为 1.32104 J5(17 年南通模拟)如图所示，把一根长 L20.0 m的均匀电线与 R4.8 的电阻连成闭合回路，两位同学在赤道处沿东西方向站立，匀速摇动这根电线，摇动部分的
11、电线可简化为长 L16.0 m、宽 L21.0 m矩形的三条边，长边的线速度大小 v2.0 m/s.已知此处地磁场的磁感应强度 B5.0105 T，方向水平向北，电线的电阻率 2.0108 m，横截面积 S2.0 mm2，求：(1)这根电线的总电阻 R0；(2)匀速摇动电线产生电动势的最大值 Em；(3)电路消耗的总功率 P.第 5 题图1112第 42 讲 交变电流的产生和描述知识整合基础自测一、1.大小 方向2(1)匀强 垂直于磁感线 匀角速度(2)垂直 最大 为零 为零 中性面一次3(1)角速度 nBS (2)Umsint(3)Imsint二、1.(1) 时间 (2)周期性变化2 2(1
12、) 最大值 (2)某一时刻 (3)热效应 热量 (4) 一段时间 n t方法技巧典型例题 1B 【解析】 t1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，A 错误，B 正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，C、D 错误典型例题 2C 【解析】 磁极以OO为轴匀速转动可等效为磁场不动线圈向相反方向转动，在t0 时刻，由右手定则可知，产生的感应电流方向为abcda，磁场的方向与线圈平行，感应电流最大，故选项 C 正确变式训练 1AC 【解析】 线圈位于中性面时，磁通量最大，电动势为零，
13、A 正确；转速之比等于周期的反比，故该比值为 32，B 错误；频率为周期的倒数，a的周期为0.04 s，频率为 25 Hz，C 正确；正弦交变电流的电动势的有效值为E，已知Em2NBS2Ea V，且ba，故可知Eb VV，D 错误1522 32 3152102典型例题 3 (1)20sin100t(V)2(2)18 V (3)2 A (4)600 J213【解析】 (1)EmNBS，转速增加一倍，则最大值变为原来的两倍，根据e10sin50t(V)可知，原来电动势Em10 V，w50，转速增加一倍后22w100，此时e20sin100t(V)(2)Em20 V，有效值为E20 22Em2V，外
14、电阻RR19 ，电压表的示数UR9 V18 V；(3)通过电R2R3 R2R3E Rr20 91阻R1的电流的最大值Im A2 A；(4)流过R1的电流的有效值I2 Em Rr20 2912Im2A，根据并联电路的电流特点可知，流过R2的电流I 1 A，1 min 内产生的热量I 2QI2R2t121060 J600 J.变式训练 2BC 【解析】 从图示位置转 90的过程中，磁通量变化 BS，通过电阻R的电量QItt，选项 A 错误、B 正确；矩形线圈绕垂直磁感E RrNBS Rr线的对称轴OO以角速度匀速转动，产生的感应电动势最大值EmNBS，感应电流的有效值为I，外力做功的平均功率PEI
15、I2(Rr)，选项 C 正确；从E RrN2B2S22 2（Rr）图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为eNBSsin(t)，选项 D 错 2误典型例题 4B 【解析】 在 00.01 s 内，二极管导通，电压表读数为U3Umax4 V，在 0.010.02 s 内，二极管截止，电压表读数U3Umax3 R3 R3R12R3 R3R1V根据交流电有效值的定义得： T，U3.5 V，B 正确T 2T 2U2 R3当堂检测1C 【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，
16、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.2C 【解析】 根据图象可知，T2102 s，所以100，m1.0102 Wb，所以Emnm157 V，所以发电机电动势瞬时2 T值表达式为eEmcost157cos100t (V)，故选 C.3BC 【解析】 线框中产生感应电动势的最大值EmaxBS，线框从中性面开始转14动，线框中产生的瞬时感应电流iImaxsint，线框转过时的感应电流IImaxsin，
17、 6 6解得Imax2I，感应电流的有效值II，选项 A 错误；感应电流的最大值Imax22Imax2I，则线框转动过程中穿过线框的磁通量的最大值BS，选项Emax RBS R2IR B 正确；从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量 2qt，选项 C 正确；线框转一周的过程中，产生的热量 Rt RBS R2I QI2Rt(I)2R，选项 D 错误22 4I2R 4BCD 【解析】 电压表的示数为有效值U右220 V，故 A 错；I总Um231123 A，故 B 选项正确；电暖宝是纯电阻，而抽油烟机是非纯电阻，其热P1P2 U有440220 220功率应小于 220 W，故 C 正确；WPt普适，故 1 min 抽油烟机消耗电能WP抽t220601.32104 J，故 D 正确故选 BCD.5. (1) 0.20 (2) 6.0104 V(3) 3.6108 W【解析】 (1) 由电阻定律有R0，代入数据得R00.20 ；L S(2)电动势的最大值EmBL1v ，代入数据得Em6.0104 V；(3)电动势的有效值E ，总功率PEm2E2 RR0代入数据得 P3.6108 W.