交變電流的產(chǎn)生與描述

1、第第1講交變電流的產(chǎn)生和描述講交變電流的產(chǎn)生和描述交變電流、交變電流的圖象交變電流、交變電流的圖象(考綱要求考綱要求) )【思維驅(qū)動】【思維驅(qū)動】關(guān)關(guān)于線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電，以下說法中正確的于線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電，以下說法中正確的是是 ()A線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，感應(yīng)電動勢方向不變感應(yīng)電動勢方向不變B線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向就改變一次線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向就改變一次C線圈在中性面位置時，磁通量最大，磁通量的變化率為零線圈在中性面位置時，磁通量最大，磁通量的變化率為零D線圈在與中性面垂

2、直的位置時，磁通量為零，感應(yīng)電動勢線圈在與中性面垂直的位置時，磁通量為零，感應(yīng)電動勢最大最大答案CD【知識存盤】【知識存盤】1交變電流交變電流 (1)定義定義： 和和 都隨時間做周期性變化的電流都隨時間做周期性變化的電流 (2)圖象圖象：如圖：如圖(a)、(b)、(c)、(d)所示都屬于交變電流其中所示都屬于交變電流其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦交流電，如圖按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦交流電，如圖(a)所示所示大小大小方向方向2正弦交流電的產(chǎn)生和圖象正弦交流電的產(chǎn)生和圖象 (1)中性面中性面 中性面：與磁場方向垂直的平面中性面：與磁場方向垂直的平面 中性面與峰值面的比較中性面與峰值面的比

3、較(2)產(chǎn)生產(chǎn)生：在勻強磁場里，線圈繞：在勻強磁場里，線圈繞 方向的軸勻速轉(zhuǎn)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動動(3)圖象圖象：用以描述交流電隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中性：用以描述交流電隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計時，其圖象為正弦曲線如圖面位置開始計時，其圖象為正弦曲線如圖(e)、(f)所示所示垂直于磁場垂直于磁場正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值 ( (考綱要求考綱要求) )答案D一次周期性一次周期性次數(shù)次數(shù)2正弦式交變電流的函數(shù)表達式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線圈在中性面位置開始計時時)(1)電動勢電動勢e隨時間變化的規(guī)律

4、：隨時間變化的規(guī)律：e .(2)負載兩端的電壓負載兩端的電壓u隨時間變化的規(guī)律：隨時間變化的規(guī)律：u .(3)電流電流i隨時間變化的規(guī)律：隨時間變化的規(guī)律：i .其其中中等于線等于線圈轉(zhuǎn)動的圈轉(zhuǎn)動的 ，Em .Emsin tUmsin tImsin t角速度角速度nBS交變電流的有效值是根據(jù)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)電流的熱效應(yīng)定義的，定義的，所以進行有效值計算時，要緊扣電流通過電阻生熱所以進行有效值計算時，要緊扣電流通過電阻生熱(或熱功率或熱功率)進行計算進行計算考點一正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律考點一正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律【典例【典例1】 (2012安徽卷，安徽卷，23)圖圖

5、1011甲所示是交流發(fā)電機模型示甲所示是交流發(fā)電機模型示意圖在磁感應(yīng)強度為意圖在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一矩形線圈的勻強磁場中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO轉(zhuǎn)動，由線圈引出的轉(zhuǎn)動，由線圈引出的導(dǎo)線導(dǎo)線ae和和df分別與兩個跟線圈一起繞分別與兩個跟線圈一起繞OO轉(zhuǎn)動的金屬圓環(huán)相轉(zhuǎn)動的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸，這連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動中就可以保持和外電路電阻樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電形成閉合電路圖乙是線圈的主視圖，導(dǎo)線路圖乙是線圈的

6、主視圖，導(dǎo)線ab和和cd分別用它們的橫截面分別用它們的橫截面來表示已知來表示已知ab長度為長度為L1，bc長度為長度為L2，線圈以恒定角速度，線圈以恒定角速度逆時針轉(zhuǎn)動逆時針轉(zhuǎn)動(只考慮單匝線圈只考慮單匝線圈)(1)線圈平面處于中性面位置時開始計時，試推導(dǎo)線圈平面處于中性面位置時開始計時，試推導(dǎo)t時刻整個線圈時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢中的感應(yīng)電動勢e1的表達式；的表達式；(2)線圈平面處于與中性面成線圈平面處于與中性面成0夾角位置時開始計時，如圖丙所示，夾角位置時開始計時，如圖丙所示，試寫出試寫出t時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢e2的表達式；的表達式；(3)若線圈電阻為若

7、線圈電阻為r，求線圈每轉(zhuǎn)動一周電阻，求線圈每轉(zhuǎn)動一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳上產(chǎn)生的焦耳熱熱(其它電阻均不計其它電阻均不計)圖圖10-1-1【變式跟蹤【變式跟蹤1】 如圖如圖1012所示，單匝矩形線圈所示，單匝矩形線圈放置在磁感應(yīng)強度為放置在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，以恒定的勻強磁場中，以恒定的角速度的角速度繞繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向垂直于紙邊轉(zhuǎn)動，磁場方向垂直于紙面向里，線圈所圍面積為面向里，線圈所圍面積為S，線圈導(dǎo)線的總電，線圈導(dǎo)線的總電阻為阻為R.t0時刻線圈平面與紙面重合，且時刻線圈平面與紙面重合，且cd邊邊正在向紙面外轉(zhuǎn)動則正在向紙面外轉(zhuǎn)動則()圖圖10-1-2答案D借題發(fā)揮借題發(fā)揮1對中

8、性面的理解對中性面的理解 (1)中性面是中性面是與磁場方向垂直的平面與磁場方向垂直的平面（此時（此時V/B），是假想的，是假想的一個參考面一個參考面 (2)線圈平面位于中性面時，穿過線圈平面的磁通量最大，而線圈平面位于中性面時，穿過線圈平面的磁通量最大，而磁通量的變化率為零，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零磁通量的變化率為零，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零 (3)線圈平面與中性面垂直時，穿過線圈平面的磁通量為零，線圈平面與中性面垂直時，穿過線圈平面的磁通量為零，但磁通量的變化率最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大但磁通量的變化率最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大 (4)線圈每經(jīng)過中性面一次，電流方向就改變一次，線圈每經(jīng)過中性面一次，

9、電流方向就改變一次，線圈轉(zhuǎn)動線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次經(jīng)過中性面，所以電流的方向改變兩次一周，兩次經(jīng)過中性面，所以電流的方向改變兩次2對交變電流的對交變電流的“四值四值”的比較和理解的比較和理解續(xù)表續(xù)表考點二交變電流的圖象考點二交變電流的圖象【典例【典例2】 (2011天津卷，天津卷，4)在勻強磁場中，一矩形金屬框繞與磁在勻強磁場中，一矩形金屬框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖10-1-3甲所示，產(chǎn)生的交變甲所示，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖乙所示，則電動勢的圖象如圖乙所示，則 ()圖圖10-1-3At0.005 s時線框的磁通量變化率為零時線框的磁通量變化率為零Bt0.0

10、1 s時線框平面與中性面重合時線框平面與中性面重合C線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311 VD線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100 Hz答案【變式跟蹤【變式跟蹤2】 矩形線框在勻強磁場內(nèi)矩形線框在勻強磁場內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動過程中，線框輸出的交流勻速轉(zhuǎn)動過程中，線框輸出的交流電壓隨時間變化的圖象如圖電壓隨時間變化的圖象如圖10-1-4所所示，下列說法中正確的是示，下列說法中正確的是() A交流電壓的有效值為交流電壓的有效值為36 V B交流電壓的最大值為交流電壓的最大值為36 V，頻率為，頻率為0.25 Hz C2 s末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量

11、最大末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量最大 D1 s末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量變化最末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量變化最快快圖圖10-1-4答案圖圖10-1-5借題發(fā)揮借題發(fā)揮1正弦交變電流的正弦交變電流的e、u、i圖象圖象(如圖如圖10-1-5所示所示) 線圈在中性面位置時開始計時線圈在中性面位置時開始計時2由交變電流的圖象可得出：由交變電流的圖象可得出： (1)交變電流的周期和頻率；交變電流的周期和頻率； (2)交變電流的最大值；交變電流的最大值； (3)某一時刻對應(yīng)的瞬時值某一時刻對應(yīng)的瞬時值命題熱點命題熱點15交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律命題

12、專家評述命題專家評述考情分析考情分析： 2012年，在全國各地高考試卷中本講內(nèi)容共考年，在全國各地高考試卷中本講內(nèi)容共考5處，考查處，考查多以識記、理解和數(shù)學(xué)知識運用為主多以識記、理解和數(shù)學(xué)知識運用為主高考題型：多數(shù)為選擇題，個別省份為計算題高考題型：多數(shù)為選擇題，個別省份為計算題命題趨勢命題趨勢 2014年年對本部分內(nèi)容的考查仍將通過交變電流的圖象、對本部分內(nèi)容的考查仍將通過交變電流的圖象、函數(shù)表達式考查交變電流的四值，選擇題為主函數(shù)表達式考查交變電流的四值，選擇題為主應(yīng)對策略應(yīng)對策略解答交流電問題應(yīng)注意交流電的解答交流電問題應(yīng)注意交流電的“四值四值” 在在解答交流電問題時，除要注意電路結(jié)構(gòu)

13、外，還要：解答交流電問題時，除要注意電路結(jié)構(gòu)外，還要： (1)掌握交變電流的瞬時值表達式，理解交變電流圖象的物理掌握交變電流的瞬時值表達式，理解交變電流圖象的物理意義意義 (2)區(qū)分交變電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值區(qū)分交變電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值. 高考佐證高考佐證 (2012廣東卷，廣東卷，19)某某小型發(fā)電機產(chǎn)生的交變電動勢為小型發(fā)電機產(chǎn)生的交變電動勢為e50 sin 100t(V)對此電動勢，下列表述正確的有對此電動勢，下列表述正確的有() 答案【預(yù)測【預(yù)測1】 如圖如圖10-1-6所示是矩形線框所示是矩形線框 在勻強磁場內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)在勻強磁場內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)

14、 生的電壓隨時間變化的圖象，則下生的電壓隨時間變化的圖象，則下 列說法中正確的是列說法中正確的是()A交流電壓的有效值為交流電壓的有效值為110 VB交流電的頻率為交流電的頻率為0.25 HzC0.01 s末線框平面平行于磁場，通過線框的磁通量變化最末線框平面平行于磁場，通過線框的磁通量變化最快快D0.02 s時通過線框的磁通量為零時通過線框的磁通量為零圖圖10-1-6答案【預(yù)測【預(yù)測2】 如圖如圖10-1-7甲所示，將阻值為甲所示，將阻值為R5 的電阻接到內(nèi)阻的電阻接到內(nèi)阻不計的正弦交變電源上，電流隨時間變化的規(guī)律如圖乙所不計的正弦交變電源上，電流隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，電流表串聯(lián)在電路

15、中測量電流的大小對此，下列說示，電流表串聯(lián)在電路中測量電流的大小對此，下列說法正確的是法正確的是 ()圖圖10-1-7答案一、交變電流的產(chǎn)生及一、交變電流的產(chǎn)生及“四值四值”的應(yīng)用的應(yīng)用1如如圖圖10-1-8所示為一小型交流發(fā)電機模型的矩形線圈在勻強磁所示為一小型交流發(fā)電機模型的矩形線圈在勻強磁場中繞中心軸以較小的角速度轉(zhuǎn)動，并通過兩滑環(huán)與電刷和電場中繞中心軸以較小的角速度轉(zhuǎn)動，并通過兩滑環(huán)與電刷和電流表相連，在實驗中可看到流表相連，在實驗中可看到() A線圈轉(zhuǎn)動一周，電流表指針將左右擺動線圈轉(zhuǎn)動一周，電流表指針將左右擺動 B線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線相垂直時，電流表的指針偏轉(zhuǎn)最大線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感

16、線相垂直時，電流表的指針偏轉(zhuǎn)最大 C線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時，電流表的指針偏轉(zhuǎn)最大線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時，電流表的指針偏轉(zhuǎn)最大 D線圈轉(zhuǎn)動時，電流表的指針只向一個方向偏轉(zhuǎn)，不會左右線圈轉(zhuǎn)動時，電流表的指針只向一個方向偏轉(zhuǎn)，不會左右 擺動擺動答案2如圖如圖10-1-9所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其矩所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈在磁感應(yīng)強度為形線圈在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸定軸OO以角速度以角速度勻速轉(zhuǎn)動，線圈的面積為勻速轉(zhuǎn)動，線圈的面積為S、匝數(shù)為、匝數(shù)為n、線、線圈總電阻為圈總電阻為r，線圈的兩端

17、經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻R連接，與電連接，與電阻阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表在并聯(lián)的交流電壓表為理想電表在t0時刻，線圈平面與時刻，線圈平面與磁場方向平行，則下列說法正確的是磁場方向平行，則下列說法正確的是()10-1-9答案二、交變電流的圖象及應(yīng)用二、交變電流的圖象及應(yīng)用3某某臺家用柴油發(fā)電機正常工作時能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相臺家用柴油發(fā)電機正常工作時能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相同的交變電流現(xiàn)在該發(fā)電機出現(xiàn)了故障，轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動時同的交變電流現(xiàn)在該發(fā)電機出現(xiàn)了故障，轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速只能達到正常工作時的一半，則它產(chǎn)生的交變電動勢的轉(zhuǎn)速只能達到正常工作時的一半，則它產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖象是隨時間變化的圖象是()答案4某線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交某線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的圖象如圖變電流的圖象如圖10-1-10所示，由圖中信息可以判斷所示，由圖中信息可以判斷() A在在A和和C時刻線圈處于