2019年高考物理專題12交流電學(xué)案

1、1 / 32專題 12 交流電超重點(diǎn)1交變電流的產(chǎn)生和描述一、交變電流、交變電流的圖象1 .交變電流(1) 定義：大小和方向都隨時(shí)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(chǎn)生和圖象(1) 產(chǎn)生：在勻強(qiáng)磁場里，線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動.(2) 圖象：用以描述交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，其圖象為正弦曲 線.如圖甲、乙、丙所示.二、正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值1.周期和頻率2n(1) 周期(T):交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間，單位是秒(s)，公式T=co(2) 頻率(f):交變

2、電流在 1 s 內(nèi)完成周期性變化的次數(shù).單位是赫茲(Hz).11(3) 周期和頻率的關(guān)系：T=f或f=2 .正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))(1) 電動勢e隨時(shí)間變化的規(guī)律：e=Emsinot.(2) 負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律：u=Usinot.電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律：i=Imsinot.其中o等于線圈轉(zhuǎn)動的角速度，Em=nBSo.3 .交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值(1)瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值，是時(shí)間的函數(shù).2 / 32峰值：交變電流(電流、電壓或電動勢)所能達(dá)到的最大的值，也叫最大值.(3) 有效值：跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值叫作交變電流的有效

3、值.對正弦式交變電流，其有3 / 32=BS,最大感應(yīng)電流為零,感應(yīng)電流最大,方向不變2.正弦式交變電流的變化規(guī)律1.矩形線圈的面積為s,匝數(shù)為n在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場垂直的圖示位置時(shí)EnumE=U=考點(diǎn)一正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律效值和峰值的關(guān)系為:1 .交流電產(chǎn)生過程中的兩個(gè)特殊位置圖示概念中性面位置與中性面垂直的位置B/ S特點(diǎn)e=n十 = 0,最小口e=n厶t=nBSw，最方向改變以角速度33t3t4/32A.線圈中的電動勢為nBSoB. 線圈中的電動勢為 0C. 穿過線圈的磁通量為 0D. 穿過線圈的磁通量變化率最大【答案】B【解

4、析】團(tuán)示時(shí)別純框的四邊都不切害幅感不產(chǎn)生感應(yīng)電朋如即線圈中的電動勢為Q,故選項(xiàng)必錯(cuò)誤 選項(xiàng)F正確圖示時(shí)刻線圈與瑟場垂直，礪通量最大-為=血故選項(xiàng)C錯(cuò)謀；圖示位置線圈中的電動A勢為匕根撼去拉第電磁感應(yīng)定律片左可知穿過線圈的碗通量糜化率再山故選項(xiàng)B錯(cuò)誤.2 .一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖甲 所示.則下列說法正確的是(A.t= 0 時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直B.t= 0.01 s 時(shí)刻， 的變化率最大C.t= 0.02 s 時(shí)刻，交流電動勢達(dá)到最大D. 該線圈相應(yīng)產(chǎn)生的交流電動勢的圖象如圖乙所示【答案】B【解析】由題圖甲可知，t= 0 時(shí)，通

5、過線圈的磁通量最大，線圈處于中性面位置.t= 0.01 s 時(shí)刻，磁通量為零，但磁通量變化率最大，所以A 錯(cuò)誤，B 正確.t= 0.02 s 時(shí)，交流電動勢應(yīng)為 0, C、D 均錯(cuò)誤.3 .圖甲是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一矩形線圈abed可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸00轉(zhuǎn)動，由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞00轉(zhuǎn)動的金屬圓環(huán)相 連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)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R形成閉合電路.圖乙是線圈的主視圖，導(dǎo)線ab和ed分別用它們的橫截面來表示.已知ab長度為Li,beX5 / 32長度為L2，線圈

6、以恒定角速度3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動.（只考慮單匝線圈）線圈平面處于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢ei的表達(dá)式；線圈平面處于與中性面成 $0夾角位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，如圖丙所示，試寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢e2的表達(dá)式.【答案】見解析（2）e2=BLL23sin（31+ $o）【解析】拒形線圈如在磁場中轉(zhuǎn)動時(shí)，亦、命切割磁感線，且轉(zhuǎn)動的半徑為尸即轉(zhuǎn)動時(shí)訪、M的線速度 戶心=學(xué)，且與磁場方向的夾甬為 宀，在亡時(shí)刻，訪和蟲因切割磁感線而 產(chǎn)主的感應(yīng)電動勢均為由圖可知叫所以，整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢良=2氏=況wsin3 盒R甲6/32當(dāng)t= 0 時(shí)，線圈平面與中性面的夾角為$0,則t時(shí)

7、刻時(shí)，線圈平面與中性面的夾角為故此時(shí)感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值3t+$0e2=2BLvsin(3t+ $o)=BLL23sin(3t+ $o).7 / 322 定義法（1）設(shè)阻值、定時(shí)間：設(shè)將交變電流加在阻值為R的電阻上， 時(shí)間取t=T.（2）求熱量： g Q + Q+.（分段法）2uf（3）求解有效值：根據(jù)Q= I2Rt=t代入求解有效值.R1 1注意：若圖象部分是正弦（或余弦）式交變電流，其中的 二（但必須是從零至最大值或從最大值至零）和 2 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)系題組突破訓(xùn)練1 （多選）電阻R、R與交流電源按照圖甲所示方式連接，R= 10Q,F2= 20Q.合上開

8、關(guān) S 后，通過電阻艮的正弦式交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖乙所示貝 U （）卯乙A. 通過F的電流有效值是 1.2 AB.R兩端的電壓有效值是 6 VC. 通過F的電流有效值是 1.22 AD. 艮兩端的電壓最大值是 12 2 V【答案】BD【解析】苜先從交漩電團(tuán)象中找出交變電溢的最大值即通過氏的電流最大11為0.62 A,由正弦式交變電流最大值與有效值的關(guān)系工=血可知其有效值為A,由于丘與丘串聯(lián)，所以通過丘的電流有效值也 是0,6 Aj選項(xiàng)扒C錯(cuò)；晁兩端電壓有效值為區(qū)=功=6碼選項(xiàng)B對;足兩端電壓最大值為歸慮=0咸X20V=12f2巧 選項(xiàng)D對.考點(diǎn)二交變電流有效值的計(jì)算8/322.通過

9、一阻值R= 100Q的電阻的交變電流如圖所示，其周期為1 s .電阻兩端電壓的有效值為（）9 / 32七叩.A. 12 VB. 4 護(hù) VC. 15 VD. 8 審 V【答案】B11= 0.1 A 的時(shí)長ti= 0.8【解析】電流產(chǎn)生的熱量與其方向無關(guān)，在一個(gè)周期內(nèi)電流根據(jù)大小可分為兩段，s ,丨2= 0.2 A 的時(shí)長t2= 0.2 s.根據(jù)有效值的定義有l(wèi)（Rti+12Rt2=URT,其中T= 1 s,解得U= 4 10 V,B 正確.3如圖所示是一交變電流的i-t圖象，則該交變電流的有效值為（）ftA. 4 A8C.3AB. 2 2 A2 .30D. A3【答案】D19【解析】由卄團(tuán)象潮

10、該交變電流一個(gè)周期的時(shí)間為3X10-;“前扌周期為正弦交變電溢，后彳周期為恒r1?走電流、則該電流通過-個(gè)電阻R在1個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為気/尹& -產(chǎn)護(hù)可確定有效值7考點(diǎn)三 交變電流的“四值”及應(yīng)用10 / 3211 / 32交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系應(yīng)用情況及說明e=Emsin3t,父變電流某一時(shí)刻瞬時(shí)值的值u=Umsin3t,計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況i=Imsin3tEn=nBSo當(dāng)考慮某些電學(xué)兀件(電容器、最大值最大的瞬時(shí)值Em=nm3 ,晶體管等)的擊穿電壓時(shí)，指的Em是交流電壓的最大值R+r(1)通常所說的交變電流的電對正弦、余弦式交變

11、電流壓、電流強(qiáng)度，交流電表的讀數(shù)，EmE=7=E，保險(xiǎn)絲的熔斷電流值， 電器設(shè)備根據(jù)電流的熱效應(yīng)銘牌上所標(biāo)的電壓、 電流值，都有效值(電流通過電阻產(chǎn)Um是指交變電流的有效值生的熱)進(jìn)行定義P，(2)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的Im1量(如電功、電功率、電熱等)用r有效值交變電流圖象中圖E=BLV E=n-t平均值線與t軸所圍成的計(jì)算通過電路截面的電荷量面積與時(shí)間的比值_E1=R+r典例如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B= 0.5 T，邊長L= 10 cm 的正方形線圈共 100 匝，線圈總電阻r= 1Q,線圈繞垂直于磁感線的對稱軸00勻速轉(zhuǎn)動，角速度3=2nrad/s ，外電路中的電阻R= 4Q，求

12、：nr0/- T12 / 32(1)感應(yīng)電動勢的最大值.13 / 32(2) 由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過 60時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動勢.(3) 交流電壓表的示數(shù).(4) 線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的總熱量.1在;周期內(nèi)通過電阻R的電荷量.6【答案】(1)3.14 V (2)1.57 V (3)1.78 V (4)0.99 J (5)0.087 C【解析】( (1) )感應(yīng)電動勢的最犬值為=75=100X0. 5X0.1;X2H V=3.14 V(2)由團(tuán)示位蠱轉(zhuǎn)過6CT時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動勢為尸氐曲60 =3,14X0.5 V=L57 V 交流電壓表的示數(shù)為外電路兩端電壓的有效值，即3.14E 2U=R=-X4 V=1.78 VR+r4+1線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的總熱量為Em22Q=T= 0.99 JR+r阻R的電荷量為TET2.61q=IX6=R+rX6= 4+1X6 C =0.087C.題組突破訓(xùn)練1.小型手搖