2022版高考物理一輪復習第11章交變電流傳感器第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生及描述教案

1、第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生及描述選擇性考試備考指南考點內(nèi)容要求命題分析核心素養(yǎng)交變電流、交變電流的圖象1.高考對本章的考查以選擇題為主，試題情景新穎，難度中等偏下。2命題熱點側(cè)重于交變電流的產(chǎn)生、交變電流圖象及表述(峰值、有效值、瞬時值)、理想變壓器原理及遠距離輸電等。3高考對本章內(nèi)容考查命題頻率較低，但變壓器結(jié)合電路分析仍將是今后命題的熱點，題型一般為選擇題。物理觀念：交變電流、瞬時值、峰值、有效值、變壓器、遠距離輸電?？茖W思維：“圖象法”“等效法”“守恒思想”“動態(tài)分析方法” “極值法”?？茖W探究：傳感器的原理及使用。科學態(tài)度與責任：發(fā)電機和電動機、電能的輸送、生活中各種變壓器的應(yīng)用、傳感器的

2、使用。正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值理想變壓器遠距離輸電實驗十二：傳感器的簡單使用第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生及描述一、交變電流、交變電流的圖象1交變電流大小和方向都隨時間做周期性變化的電流。2正弦式交變電流的產(chǎn)生和圖象(1)產(chǎn)生：在勻強磁場里，線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。(如圖所示)(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，i0，電流方向?qū)l(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。(3)圖象：線圈從中性面位置開始計時，如圖甲、乙、丙所示。甲 乙 丙二、描述交變電流的物理量1周期和頻率：(1)周期t：交變電流完成一次周期

3、性變化(線圈轉(zhuǎn)動一周)所需的時間，國際單位是秒(s)。公式：t。(2)頻率f：交變電流在1_s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲(hz)。(3)周期和頻率的關(guān)系：t或f。2交變電流的瞬時值、最大值、有效值和平均值(1)瞬時值：交變電流某一時刻的值。(2)最大值：交變電流或電壓所能達到的最大的值。(3)有效值：讓恒定電流和交變電流分別通過阻值相等的電阻，如果在交流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，就可以把恒定電流的數(shù)值規(guī)定為這個交變電流的有效值。(4)正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系i，u，e。(5)交變電流的平均值n，。一、思考辨析(正確的畫“”，錯誤的畫“”)1矩形線圈在勻強磁場中勻速

4、轉(zhuǎn)動時，一定會產(chǎn)生正弦式交變電流。()2線圈在磁場中轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的磁通量最大時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也最大。()3矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動經(jīng)過中性面時，線圈中的感應(yīng)電動勢為零，電流方向發(fā)生改變。()4交流電氣設(shè)備上所標的電壓和電流值是交變電流的有效值。()5交流電壓表和電流表測量的是交流電的峰值。()二、走進教材1(人教版選修32p34t3改編)如圖所示，單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，設(shè)磁感應(yīng)強度為0.01 t，線圈邊長ab為20 cm，ad為10 cm，轉(zhuǎn)速n為50 r/s，則線圈轉(zhuǎn)動時感應(yīng)電動勢的最大值為()a1102 vb3.14102 vc2102 vd6

5、.28102 vd感應(yīng)電動勢最大值embsbs2n6.28102 v。2(人教版選修32p35“思考與討論”改編)某交變電流的it圖象如圖所示，則其電流的有效值為()a1.5 ab2 ac ad a答案c3.(人教版選修32p34t5改編)(多選)如圖所示，閉合的矩形導體線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸oo勻速轉(zhuǎn)動，沿著oo方向觀察，線圈沿順時針方向轉(zhuǎn)動。已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度為b，線圈匝數(shù)為n，ab邊的邊長為l1，ad邊的邊長為l2，線圈電阻為r，轉(zhuǎn)動的角速度為，則當線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時()a線圈中感應(yīng)電流的方向為abcdab線圈中的感應(yīng)電動勢為2nbl2c穿過線圈的磁通量隨時

6、間的變化率最大d線圈ad邊所受安培力的大小為，方向垂直紙面向里答案ac 交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1(多選)(2019天津高考)單匝閉合矩形線框電阻為r，在勻強磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線框的磁通量與時間t的關(guān)系圖象如圖所示。下列說法正確的是()a時刻線框平面與中性面垂直b線框的感應(yīng)電動勢有效值為c線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為d從t0到t過程中線框的平均感應(yīng)電動勢為bc由t圖象可知，時穿過線框的磁通量最大，則線框位于中性面，a錯誤；線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值應(yīng)為emnbs，又，n1，bsm，則整理得em，因此感應(yīng)電動勢的有效值為e，b正確；由功能關(guān)系可知線框轉(zhuǎn)動一周外力所做的功等于線

7、框中產(chǎn)生的焦耳熱，有wt，c正確；0的過程中，線框中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢為，d錯誤。2(多選)某小型發(fā)電機產(chǎn)生的交變電動勢為e50sin 100t(v)。對此電動勢，下列表述正確的有()a最大值是50 vb頻率是100 hzc有效值是25 vd周期是0.02 scd交變電動勢eemsin t或eemcos t，其中em為電動勢的最大值，為角速度，有效值e，周期t，頻率f。由e50sin 100t知，em50 v，e v25 v，t s0.02 s，f hz50 hz，所以選項c、d正確。3(多選)(2016全國卷)如圖所示，m為半圓形導線框，圓心為om；n是圓心角為直角的扇形導線框，圓心為on

8、；兩導線框在同一豎直面(紙面)內(nèi)；兩圓弧半徑相等；過直線omon的水平面上方有一勻強磁場，磁場方向垂直于紙面?，F(xiàn)使線框m、n在t0時從圖示位置開始，分別繞垂直于紙面且過om和on的軸，以相同的周期t逆時針勻速轉(zhuǎn)動，則()a兩導線框中均會產(chǎn)生正弦交流電b兩導線框中感應(yīng)電流的周期都等于tc在t時，兩導線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等d兩導線框的電阻相等時，兩導線框中感應(yīng)電流的有效值也相等bc兩導線框勻速轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小不變，選項a錯誤；導線框的轉(zhuǎn)動周期為t，則感應(yīng)電流的周期也為t，選項b正確；在t時，切割磁感線的有效長度相同，兩導線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等，選項c正確；m導線框中一直有

9、感應(yīng)電流，n導線框中只有一半時間內(nèi)有感應(yīng)電流，所以兩導線框的電阻相等時，感應(yīng)電流的有效值不相等，選項d錯誤。4圖甲為小型旋轉(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b的勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的固定軸oo(oo沿水平方向)勻速轉(zhuǎn)動，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻r10 連接，與電阻r并聯(lián)的交流電壓表為理想電壓表，示數(shù)是10 v。 圖乙是矩形線圈中磁通量隨時間t變化的圖象。線圈內(nèi)阻不計，則()甲乙a此交流發(fā)電機的電動勢平均值為10 vbt0.02 s時r兩端的電壓瞬時值為零cr兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u10cos (100t) vd當ab邊速度方向向上時，它所受安培力的方向

10、也向上c矩形線圈繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生正弦交流電，外電阻r10 ，電壓表示數(shù)為10 v，說明10 v，即電動勢最大值為em10 v，所以平均值一定比em10 v小，選項a錯；根據(jù)題圖乙知t0時磁通量等于0，可判斷t0時電動勢最大，所以電動勢隨時間變化的規(guī)律為u emcost 10cos(100t) v，選項c對；將t0.02 s代入電動勢瞬時值表達式，得u10 v，選項b錯；根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流總是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，所以當ab邊速度方向向上時，它所受安培力的方向向下，選項d錯。1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

11、動勢eemsin tnbssin t電壓uumsin tsin t電流iimsin tsin t2.交變電流瞬時值表達式的書寫(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式emnbs求出相應(yīng)峰值。(2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。如：線圈在中性面位置開始計時，則it圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)表達式為iimsin t。線圈在垂直于中性面的位置開始計時，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)表達式為iimcos t。 有效值的理解與計算1.一電阻接到方波交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為q方；若該電阻接到正弦交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為q正。該電阻上電壓的峰值均為u0，周期均

12、為t，如圖所示。則q方q正等于()a1b1c12d21d根據(jù)焦耳定律知熱量與方波中的電流方向的變化無關(guān)，故q方t；而正弦交流電電壓的有效值等于峰值的，故q正tt，所以，d正確。2如圖所示為一個經(jīng)雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓，正弦交流電的每一個二分之一周期中，前面四分之一周期被截去?，F(xiàn)在電燈上電壓的有效值為()aumb cdd從ut圖象上看，每個周期正弦波形的有效值u1，根據(jù)有效值的定義：t20，解得：u，d正確。3.(多選)在勻強磁場中，一個100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2 ，則()at0時，線圈平面平

13、行于磁感線bt1 s時，線圈中的電流改變方向ct1.5 s時，線圈中的感應(yīng)電動勢最大d一個周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為82 jadt0時，0，故線圈平面平行于磁感線，a對；線圈每經(jīng)過一次中性面電流的方向改變一次，線圈經(jīng)過中性面時，磁通量最大，故在t0.5 s、1.5 s時線圈中的電流改變方向。在t1 s時線圈平面平行于磁感線，線圈中的電流方向不變，b錯；線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，磁通量最大時，感應(yīng)電動勢為0，磁通量為0時，感應(yīng)電動勢最大，故t1.5 s時，感應(yīng)電動勢為0，c錯；線圈中感應(yīng)電動勢的最大值emnbsnmnm1000.04 v4 v，有效值e2 v，故在一個周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量qt2 j82 j

14、，d對。1對有效值的理解(1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)是指有效值。(2)用電器銘牌上標的值(如額定電壓、額定功率等)指的均是有效值。(3)計算熱量、電功率及保險絲的熔斷電流指的是有效值。(4)沒有特別加以說明的，是指有效值。(5)“交流的最大值是有效值的倍”僅適用于正(余)弦式交變電流。2計算交變電流有效值的方法(1)計算有效值時要根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解。(2)分段計算電熱求和得出一個周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量。(3)利用兩個公式qi2rt和qt可分別求得電流有效值和電壓有效值。(4)若圖象部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的周期(必

15、須是從零至最大值或從最大值至零)和周期部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系i、u求解。 交變電流“四值”的理解和應(yīng)用交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明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情況峰值最大的瞬時值emnbsim討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值eui適用于正(余)弦式交變電流(1)計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標的一般是有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值

16、bln計算通過電路橫截面的電荷量如圖所示，n50匝的矩形線圈abcd，ab邊長l120 cm，ad邊長l225 cm，放在磁感應(yīng)強度b0.4 t的勻強磁場中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的oo軸以n3 000 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，線圈電阻r1 ，外電路電阻r9 ，t0時，線圈平面與磁感線平行，ab邊正轉(zhuǎn)出紙外、cd邊轉(zhuǎn)入紙里。(1)在圖中標出t0時感應(yīng)電流的方向；(2)寫出線圈感應(yīng)電動勢的瞬時表達式；(3)線圈轉(zhuǎn)一圈外力做功多大；(4)從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中流過電阻r的電荷量是多大？審題指導： 解析(1)線圈感應(yīng)電流的方向為adcba。(2)n3 000 r/min50 r

17、/s，所以線圈的角速度2n100 rad/s。圖示位置的感應(yīng)電動勢最大，其大小為emnbsnbl1l2，代入數(shù)據(jù)得em314 v。電動勢的表達式eemcos t314cos 100t(v)。(3)電動勢的有效值e，線圈勻速轉(zhuǎn)動的周期t0.02 s，線圈勻速轉(zhuǎn)動一周，外力做功大小等于電功的大小，即wi2(rr)t(rr)t，代入數(shù)據(jù)得w98.6 j。(4)從t0起轉(zhuǎn)過90的過程中，t內(nèi)流過r的電荷量qt，代入數(shù)據(jù)得q0.1 c。答案(1)方向為adcba(2)e314cos 100t(v)(3)98.6 j(4)0.1 c交變電流峰值的應(yīng)用1(多選)如圖甲所示，標有“220 v40 w”的電燈和標有“20 f300 v”的電容器并聯(lián)接到交流電源上，v為交流電壓表。交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)s，下列判斷正確的是()甲乙at時刻，v的示數(shù)為零b電燈恰正常發(fā)光c電容器有可能被擊穿d交流電壓表v的示數(shù)保持110 v不變bc交流電壓表v的示數(shù)應(yīng)是電壓的有效值220 v，故a、d錯誤；電壓的有效值恰等于電燈的額定電壓，電燈正常發(fā)光，b正確；電壓的峰值220 v311 v，大于電容器的耐壓值，故電容器有可能被擊穿，c正確。交變電流有效值和平均值的計算2.(多選)如圖所示，矩形線圈面積為s，匝數(shù)為n，線圈電阻為r，在磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場