2018版高考物理一輪復習第十章交變電流傳感器第1講交變電流的產生和描述教案

1、學必求其心得，業(yè)必貴于專精第十章 交變電流傳感器【研透全國卷】從近幾年高考試題來看，高考對本章內容的考查重點有：交變電流的有效值、瞬時值，變壓器的原理及應用,遠距離輸電等知識.其中針對變壓器的原理及應用的題目出現(xiàn)頻率較高,常以選擇題的形式考查，分值一般為6分。預測在2018年高考中，對交流電的考查仍會集中在有效值、瞬時值的計算上，還會綜合變壓器、遠距離輸電等知識進行考查.考點內容要求題型實驗必考一、交變電流的產生及描述交變電流、交變電流的圖象選擇1.實驗內容傳感器的簡單應用2。命題形式填空正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值二、變壓器、電能的輸送理想變壓器選擇、計算遠距離輸電第1講交變電流的

2、產生和描述知識點一交變電流、交變電流的圖象1。交變電流(1）定義:和都隨時間做周期性變化的電流.(2)按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流。2.正弦式交變電流的產生和圖象(1)產生：在勻強磁場里,線圈繞方向的軸勻速轉動。(2)圖象：用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計時，其圖象為正弦曲線.答案：1.(1）大小方向2.(1)垂直于磁場知識點二正弦式交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值1。周期和頻率（1)周期（t）：交變電流完成變化（線圈轉一周）所需的時間,單位是秒（s），公式t。(2）頻率(f）:交變電流在1 s內完成周期性變化的.單位是赫茲(hz）.（3）周期和頻率的

3、關系：t或f.2.正弦式交變電流的函數(shù)表達式（線圈在中性面位置開始計時)（1)電動勢e隨時間變化的規(guī)律：e.（2）負載兩端的電壓u隨時間變化的規(guī)律：u。（3)電流i隨時間變化的規(guī)律:i.其中等于線圈轉動的，em.3.交變電流的瞬時值、峰值、有效值（1)瞬時值：交變電流某一時刻的值，是時間的函數(shù)。(2）峰值：交變電流(電壓或電動勢）所能達到的最大的值，也叫最大值.（3)有效值:跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值叫做交變電流的有效值。對正弦式交變電流，其有效值和峰值的關系為：e，u，i.答案：1。(1)一次周期性（2)次數(shù)(3）2。（1）emsin t(2)umsin t(3）imsin t角速

4、度nbs3.(3）(1）矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動時，一定會產生正弦式交變電流.（）（2）線圈在磁場中轉動的過程中穿過線圈的磁通量最大時，產生的感應電動勢也最大。（）(3)線圈經過中性面時產生的感應電動勢最大.（）(4)在一個周期內，正弦交流電的方向改變兩次。（）（5)最大值和有效值之間的倍關系只適用于正弦（余弦)交流電。（）(6)交流電壓表及交流電流表的讀數(shù)均為峰值。（)答案:(1) （2） (3) （4）（5）（6) 考點正弦式交變電流的產生及變化規(guī)律1.正弦式交變電流的產生(1)線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動。(2）兩個特殊位置的特點：線圈平面與中性面重合時，sb,最大,0，e0，i

5、0，電流方向將發(fā)生改變。線圈平面與中性面垂直時，sb，0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變。2。正弦式交變電流的變化規(guī)律（線圈在中性面位置開始計時）規(guī)律物理量函數(shù)表達式圖象磁通量mcos tbscos t電動勢eemsin tnbssin t電壓uumsin tsin t電流iimsin tsin t考向1交流電的產生典例1(多選）如圖所示為交流發(fā)電機示意圖，線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)k上，cd邊連在滑環(huán)l上,導體制作的兩個電刷e、f分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接.關于其工作原理，下列分析正確的是（）a。當線圈平面轉到中性面的瞬間,穿過線圈的磁通量最大b

6、。當線圈平面轉到中性面的瞬間，線圈中的感應電流最大c.當線圈平面轉到跟中性面垂直的瞬間,穿過線圈的磁通量最小d.當線圈平面轉到跟中性面垂直的瞬間，線圈中的感應電流最小答案ac考向2交流電的變化規(guī)律典例2(多選）圖甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極n、s間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，為交流電流表，線圈繞垂直于磁場的水平軸oo沿逆時針方向勻速轉動,從圖甲所示位置開始計時，產生的交變電流隨時間變化的圖象如圖乙所示.以下判斷正確的是（） 甲乙a。電流表的示數(shù)為10 ab.線圈轉動的角速度為50 rad/sc。t0.01 s時，線圈平面與磁場方向平行d.t0.02 s時，電阻r中電流的方向自右向左解

7、析電流表測量的是電路中電流的有效值i10 a，選項a正確。由題圖乙可知，t0.02 s，所以100 rad/s，選項b錯誤。t0。01 s 時，電流最大，線圈平面與磁場方向平行,選項c正確.t0.02 s時，線圈所處的狀態(tài)就是圖示狀況，此時r中電流的方向自左向右，選項d錯誤。答案ac變式1矩形線圈abcd在如圖所示的磁場中以恒定的角速度繞ab邊轉動，磁場方向垂直紙面向里,其中ab邊左側磁場的磁感應強度大小是右側磁場的2倍。在t0時刻線圈平面與紙面重合，且cd邊正在向紙外轉動。規(guī)定圖示箭頭方向為電流正方向,則線圈中電流隨時間變化的關系圖線應是(）abcd答案：a解析：繞垂直磁場的軸轉動時，線圈能

8、夠產生的最大感應電動勢emnbs,因左側磁場的磁感應強度大小是右側磁場的2倍，所以線圈在左側磁場中產生的感應電動勢最大值是右側磁場中最大值的2倍，再利用楞次定律分析感應電流方向，可知選項a正確.求解交變電流變化規(guī)律有關問題的三點注意（1)只有當線圈從中性面位置開始計時，電流的瞬時值表達式才是正弦形式.其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉動軸處于線圈平面內的位置無關.（2)注意峰值公式emnbs中的s為有效面積。(3）在解決有關交變電流的圖象問題時，應先把交變電流的圖象與線圈的轉動位置對應起來,再根據特殊位置求特征解.考點有效值的理解和計算1。正弦交變電流的有效值可利用公式e、u、i直接計算,其中em、u

9、m、im表示正弦交流電的峰值。2。交變電流的有效值是根據電流的熱效應(電流通過電阻生熱)進行定義的,所以進行有效值計算時,要緊扣電流通過電阻生熱(或熱功率)進行計算.注意“三同”即“相同電阻上，“相同時間”“內產生”“相同熱量”.計算時“相同時間至少要取一個周期的時間.3.在交流電路中，電壓表、電流表、功率表等電工儀表的示數(shù)均為交變電流的有效值。在沒有具體說明的情況下，所給出的交變電流的電壓、電流及電功率指的都是有效值.典例3如圖所示為交變電流隨時間變化的圖象,則交變電流的有效值為（）a.5 a b。5 a c。 a d。3。5 a解析設交變電流的有效值為i，根據有效值的定義，i2rt（4 a

10、)2r(3 a）2r，解得i5 a，選項b正確.答案b變式2如圖所示為一交流電壓隨時間變化的圖象。每個周期內，前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定。根據圖中數(shù)據可得,此交流電壓的有效值為（)a.7.5 vb。8 vc。2 vd。3 v答案：c解析：根據電流的熱效應有2t，解得u260 v2，所以u2 v，c項 正確.變式3如圖所示電路，電阻r1與電阻r2阻值相同,都為r，和r1并聯(lián)的d為理想二極管(正向電阻可看做零，反向電阻可看做無窮大),在a、b間加一正弦交流電u20sin 100t（v），則加在r2上的電壓有效值為（）a。10 vb.20 vc。15 vd.5 v答案:

11、d解析：電壓值取正值時,即在前半個周期內，二極管電阻為零,r2上的電壓等于輸入電壓值；電壓值取負值時，即在后半周期內，二極管電阻無窮大,可看做斷路，r2上的電壓等于輸入電壓值的一半，因此可設加在r2上的電壓有效值為u，根據電流的熱效應，在一個周期內滿足t，解得u5 v，選項d正確.計算交變電流有效值的方法（1）計算有效值時要根據電流的熱效應,抓住“三同”:“相同時間”內“相同電阻”上產生“相同熱量列式求解。(2）若圖象部分是正弦（或余弦)式交變電流，其中的（但必須是從零至最大值或從最大值至零）和周期部分可直接應用正弦式交變電流有效值與最大值間的關系i、u求解?？键c交變電流的“四值”的應用物理含

12、義重要關系適用情況瞬時值交變電流某一時刻的值eemsin tiimsin t計算線圈某時刻的受力最大值最大的瞬時值emnbsim確定用電器的耐壓值，如電容器、晶體管等的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流值對正弦式交變電流：eui計算與電流熱效應相關的量,如功、功率、熱量等；交流電表的測量值；電氣設備所標注的額定電壓、額定電流；保險絲的熔斷電流平均值交變電流圖象中圖線與時間軸圍成的面積與時間的比值n計算通過電路某一截面的電荷量qt考向1對交流電“四值”的理解典例4如圖甲所示，標有“220 v40 w”的燈泡和標有“20 f300 v”的電容器并聯(lián)到交流電源上，v為交流電壓表，交流電源

13、的輸出電壓如圖乙所示,閉合開關.下列判斷正確的是(）甲乙a。t時刻，v的示數(shù)為零b。燈泡恰好正常發(fā)光c.電容器不可能被擊穿d。v的示數(shù)保持110 v不變解析v的示數(shù)應是電壓的有效值220 v，故a、d錯；電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓,燈泡正常發(fā)光，b正確；電壓的峰值um220 v311 v，大于電容器的耐壓值，故有可能被擊穿，c錯.答案b考向2交流電“四值的有關計算典例5(多選)如圖所示，邊長為l的正方形單匝線圈abcd，其電阻為r，外電路的電阻為r,ab的中點和cd的中點的連線oo恰好位于勻強磁場的邊界線上,磁場的磁感應強度為b。若線圈從圖示位置開始以角速度繞軸oo勻速轉動，則以下判斷

14、正確的是()a。圖示位置線圈中的感應電動勢最大，為embl2b。閉合電路中感應電動勢的瞬時值表達式為ebl2sin tc。線圈從圖示位置轉過180的過程中，流過電阻r的電荷量為qd。線圈轉動一周的過程中,電阻r上產生的熱量為q解析題圖所示位置，線圈中通過的磁通量最大，但感應電動勢為零，a錯誤；線圈所圍成的閉合電路中產生的感應電動勢最大值為embl2,故對應的瞬時值表達式為ebl2sin t，b正確；由q可得線圈從圖示位置轉過180的過程中，流過電阻r的電荷量q，c錯誤；電阻r上產生的熱量應利用有效值求解，即轉動一周的過程中產生的熱量：q2r，d正確。答案bd1.計算有效值時一般選取交變電流的一

15、個周期進行計算。非正弦交變電流的有效值要根據電流的熱效應進行等效計算。2.交變電流的有效值和電流的方向無關;交變電流的平均值是根據法拉第電磁感應定律n計算的，與交變電流的方向、所選取的時間段有關.1.交流電的產生如圖中閉合線圈都在勻強磁場中繞虛線所示的固定轉軸勻速轉動，不能產生正弦式交變電流的是（） ab cd答案：c解析：線圈繞垂直于磁場的軸旋轉可產生正弦式交變電流，只有c項錯誤.2。交流電的變化規(guī)律(多選）如圖甲所示,在勻強磁場中,一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉動，產生的交變電動勢圖象如圖乙中曲線a、b所示,則(）a。兩次t0時刻線圈平面均與中性面重合b。曲線

16、a、b對應的線圈轉速之比為23c.曲線a表示的交變電動勢頻率為25 hzd.曲線b表示的交變電動勢有效值為10 v答案：ac解析:t0時刻，兩次產生的交流電的電動勢瞬時值均為零，因此線圈平面均與中性面重合，a項正確；題圖中a、b對應的周期之比為23，因此線圈轉速之比nanb32，b項錯誤；a線表示的交流電動勢的頻率為fa hz25 hz,c項正確；a線對應線圈相應的電動勢的最大值eamnbs，由圖象知eam15 v，b線對應線圈相應的電動勢的最大值ebmnbs，因此，ebm10 v,有效值eb v5 v,d項錯誤.3。有效值的計算如圖所示的區(qū)域內有垂直于紙面向里的勻強磁場,磁感應強度為b。電阻

17、為r、半徑為l、圓心角為45的扇形閉合導線框繞垂直于紙面的o軸以角速度勻速轉動(o軸位于磁場邊界)。則線框內產生的感應電流的有效值為（）a。 b.c. d.答案:d解析：線框轉動的角速度為，進磁場的過程用時周期，出磁場的過程用時周期，進、出磁場時產生的感應電流大小均為i，則轉動一周產生的感應電流的有效值i滿足：i2rt2rt，解得i，d項正確。4.有效值的計算某研究小組成員設計了一個如圖所示的電路，與定值電阻r并聯(lián)的電表是一個理想交流電壓表，d是理想二極管(它的導電特點是正向電阻為零，反向電阻為無窮大）。在a、b間加一交流電壓，瞬時值的表達式為u20sin 100t(v)，則交流電壓表示數(shù)為（）a。10 vb.20 v c.15 vd。14。1 v答案：d解析:根據交流電有效值的定義，結合理想二極管的單向導電特點,有t0，解得交流電壓表示數(shù)u14。1 v.5.交流電“四值的應用如圖甲所示為一臺小型發(fā)電機的示意圖,單匝線圈逆時針轉動.若從中性面開始計時，產生的電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示.已知發(fā)電機線圈內阻為1。0 ，外接燈泡的電阻為9。0 。求：甲乙（1）寫出流經燈泡的瞬時電流的表達式；（