2021高考物理人教版一輪復習課件：第十一章-第1講-交變電流的產(chǎn)生和描述

1、第1講交變電流的產(chǎn)生和描述大一輪復習講義過好雙基關(guān)過好雙基關(guān)研透命題點研透命題點課 時課 時 精 練精 練內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN過好雙基關(guān)011.產(chǎn)生線圈繞 方向的軸勻速轉(zhuǎn)動.2.兩個特殊位置的特點(1)線圈平面與中性面重合時，SB， ， 0，e0，i0，電流方向?qū)?.(2)線圈平面與中性面垂直時，SB，0， ，e最大，i最大，電流方向 .正弦式交變電流正弦式交變電流一一垂直于磁場最大發(fā)生改變不改變最大3.電流方向的改變一個周期內(nèi)線圈中電流的方向改變 次.4.交變電動勢的最大值Em ，與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，與線圈形狀無關(guān).5.交變電動勢隨時間的變化規(guī)律(中性面開始計時)e .兩nBSnB

2、Ssin t自測1(多選)關(guān)于中性面，下列說法正確的是A.線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率 為零B.線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時，穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率 最大C.線圈每經(jīng)過一次中性面，感應電流的方向就改變一次D.線圈每轉(zhuǎn)動一周即經(jīng)過中性面一次，所以線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應電流的方 向就改變一次1.周期和頻率(1)周期T：交變電流完成1次周期性變化所需要的 ，單位是秒(s).表達式為T (n為轉(zhuǎn)速).(2)頻率f：交變電流在1 s內(nèi)完成 的次數(shù)，單位是 .(3)周期和頻率的關(guān)系：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 的值.(2

3、)最大值：交變電流或電壓所能達到的最大的值.描述交變電流的物理量描述交變電流的物理量二二時間周期性變化赫茲(Hz)某一時刻(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 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)系產(chǎn)生的熱量(5)交變電流的平均值自測2(2019貴州安順市上學期質(zhì)量監(jiān)測)如圖1所示，在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一個匝數(shù)為N的矩形線圈abcd，線圈面積為S，ab邊與磁場垂直，ab邊始終與金屬滑環(huán)K相連，cd邊始終與金屬滑環(huán)L相連.現(xiàn)使矩形線圈以恒定角速度，從圖示位置繞過ad、bc中

4、點的軸勻速轉(zhuǎn)動.下列說法中正確的是A.將交流電流表串聯(lián)到電路中，其示數(shù)隨時間按余弦規(guī)律變化B.線圈轉(zhuǎn)動的角速度越大，通過電阻R的電流越小C.線圈平面與磁場平行時，瞬時感應電動勢最大且EmNBSD.線圈平面每轉(zhuǎn)過半圈，穿過線圈平面的磁通量變化量為零圖圖1解析交流電流表測量的是交變電流的有效值，不隨時間變化，故A錯誤；根據(jù)eNBScos t可知，線圈轉(zhuǎn)動的角速度越大，產(chǎn)生的感應電動勢越大，通過電阻R的電流越大，故B錯誤；題圖所示位置，線圈平面與磁場平行，產(chǎn)生的感應電動勢最大，最大值為EmNBS，故C正確；線圈從中性面位置每轉(zhuǎn)過半圈，穿過線圈平面的磁通量變化量為2BS，故D錯誤.02研透命題點交變電

5、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1.1.交變電流的變化規(guī)律交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時線圈在中性面位置開始計時)基礎(chǔ)考點自主悟透命題點一命題點一 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 t sin t 電流iImsin t sin t 2.2.交變電流瞬時值表達式(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求出相應峰值.(2)明確線圈的初始位置，找出對應的函數(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

6、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.例1(多選)(2019貴州安順市適應性監(jiān)測(三)風電是一種清潔、綠色的可再生能源，中國的風電裝機容量，目前處于世界領(lǐng)先地位.圖2甲為風力發(fā)電的簡易模型，在風力作用下，風葉帶動與桿固連的永磁鐵轉(zhuǎn)動，磁鐵下方的線圈與電壓傳感器相連.在某一風速時，傳感器顯示如圖乙所示，則A.磁鐵的轉(zhuǎn)速為10 r/sB.線圈兩端電壓的有效值為6 VC.交變電流的電壓表達式為u12sin 5t(V)D.該交變電流的頻率為50 Hz圖圖2解析電壓的周期為T0.4 s，故磁鐵的轉(zhuǎn)速為n2.5 r/s，f2.5 Hz，故A、D錯誤；通過題圖乙可知電壓的最大值

7、為12 V，故電壓的表達式為u12sin 5t(V)，故C正確.變式1(2019山東日照市上學期期末)在勻強磁場中，一個100匝的矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈外接定值電阻和理想交流電流表(如圖3甲所示).穿過該線圈的磁通量按正弦規(guī)律變化(如圖乙所示).已知線圈的總電阻為2 ，定值電阻R8 .下列說法正確的是A.電動勢的瞬時值表達式為e4 sin t(V)B.電流表的示數(shù)最小為0C.一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量約為32 JD.0.51.5 s的時間內(nèi)，通過線圈橫截面的電 荷量為0圖圖3解析感應電動勢的最大值為線圈電動勢的瞬時值表達式為e4 cos t(V) ，故A錯誤；一個周期內(nèi)產(chǎn)

8、生的熱量為QI2(Rr)T(0.4)2(82)2 J32 J，故B錯誤，C正確；由題圖乙可知，0.51.5 s的時間內(nèi)，則通過線圈橫截面的電荷量為1.有效值的規(guī)定交變電流、恒定電流I直分別通過同一電阻R，在交流電的一個周期內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱分別為Q交、Q直，若Q交Q直，則交變電流的有效值II直(直流有效值也可以這樣算).2.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

9、流.交流電有效值的求解交流電有效值的求解高考熱點講透練熟命題點命題點二二3.有效值的計算(1)計算有效值時要根據(jù)電流的熱效應，抓住“三同”：“相同時間(周期整數(shù)倍)”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Q t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(guān)系I 、U 求解.例2(2018全國卷16)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

10、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，周期均為T，如圖4所示.則Q方Q正等于A.1 B. 1 C.12 D.21圖圖4解析由有效值概念知，變式2 2(2019湖北武漢市二月調(diào)研)如圖5(a)所示，阻值為R20 的定值電阻接在如圖(b)所示的交流電上，交流電的前半個周期為正弦交流電，后半個周期為恒定電流.理想交流電壓表的示數(shù)為A.20 V B.20 VC.20 V D.40 V圖圖5變式3(2020河北五個一名校聯(lián)盟第一次診斷)如圖6所示為一交流電電流隨時間變化的圖象，此交流電電流的有效值為A.7 A B.5 A C.3.5 A D.3.5 A圖圖6解析根據(jù)有效值的定義

11、有：(4 A)2R0.02 s(3 A)2R0.02 sI2R0.04 s，解得I5 A，故選B.例3如圖7所示電路，電阻R1與電阻R2串聯(lián)接在交變電源上，且R1R210 ，正弦交流電的表達式為u20 sin 100t(V)，R1和理想二極管D(正向電阻為零，反向電阻為無窮大)并聯(lián)，則R2上的電功率為A.10 W B.15 W C.25 W D.30 W圖圖7拓展點含二極管的交流電有效值的求解解析由題圖可知，當電流從A流入時，R1被短路，設(shè)在一個周期內(nèi)R2兩端的電壓有效值為U，變式4(多選)(2019云南昆明市4月教學質(zhì)量檢測)如圖8甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為101，原線圈的

12、輸入電壓u隨時間t變化的圖象如圖乙所示，D為理想二極管，R為電阻箱，當電阻箱阻值R11 時，下列說法正確的是A.原線圈的輸入電壓頻率為50 HzB.電阻箱R兩端電壓的有效值為11 VC.電阻箱R消耗的功率為22 WD.若電阻箱R阻值變小，原線圈中的電流變小圖圖8解析由題圖乙可知，T0.02 s，由變壓比可知，副線圈兩端的電壓U222 V，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，若電阻箱R阻值變小，由于原線圈電壓不變和變壓器匝數(shù)比不變，所以副線圈的電壓不變，所以副線圈中的電流變大，則原線圈中的電流變大，故D錯誤.交變電流交變電流“四值四值”的理解和計算的理解和計算高考熱點講透練熟命題點命題點三三物理量物理含義

13、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EmnBS Im討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應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圍的面積與時間的比值計算通過導線橫截面的電荷量例4(多選)(2019天津卷8)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9乙所示.下列說法正確

14、的是A. 時刻線框平面與中性面垂直B.線框的感應電動勢有效值為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電動勢為圖圖9解析由t圖象可知， 時刻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)生的感應電動勢的最大值應為EmNBS，由功能關(guān)系可知線框轉(zhuǎn)動一周外力所做的功等于線框中產(chǎn)生的焦耳熱，變式5(多選)(2020廣西桂林等六市第一次聯(lián)合調(diào)研)如圖10甲所示，標有“220 V40 W”的燈泡和標有“20 F360 V”的電容器并聯(lián)到交流電源上，V為理想交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙中正弦曲線所示，閉合開關(guān)S.下列判斷正確的是A.電容器會被擊穿B.交流電源的輸出

15、電壓的有效值為220 VC.t 時刻，V的示數(shù)為零D.t 時刻，通過燈泡的電流為零圖圖10小于電容器的擊穿電壓，故電容器不會被擊穿，故A錯誤；由題圖乙可知，交流電源的輸出電壓的有效值為 V220 V，故B正確；交流電壓表的示數(shù)為有效值，則t 時刻，電壓表的示數(shù)為220 V，故C錯誤；t 時刻，燈泡兩端電壓的瞬時值為0，通過燈泡的電流的瞬時值為0，故D正確.03課 時 精 練1.(多選)下面關(guān)于交變電流的說法中正確的是A.交流電器設(shè)備上所標的電壓值和電流值是交變電流的峰值B.用交流電流表和電壓表測量的數(shù)值是交變電流的瞬時值C.給定的交變電流數(shù)值，在沒有特別說明的情況下是指有效值D.和交變電流有相

16、同熱效應的恒定電流的數(shù)值是交變電流的有效值雙基鞏固練1234562.一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，當線圈通過中性面時，以下說法錯誤的是A.線圈中的感應電動勢為零B.線圈平面與磁感線方向垂直C.通過線圈的磁通量達到最大值D.通過線圈的磁通量變化率達到最大值123456解析在中性面時，線圈與磁場垂直，磁通量最大，通過線圈的磁通量變化率為零，感應電動勢為零，故A、B、C正確，D錯誤.3.(2019遼寧大連市質(zhì)檢)A、B是兩個完全相同的電熱器，A通以圖1甲所示的方波交變電流，B通以圖乙所示的正弦式交變電流，則兩電熱器的電功率PAPB等于A.54 B.32 C. 1 D.21圖圖11

17、23456根據(jù)功率的計算公式PI2R可得PAPBIA2IB254，故A正確.4.(2019山東聊城市二模)如圖2甲所示，矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的中心軸OO勻速轉(zhuǎn)動，從某時刻開始計時，產(chǎn)生的感應電動勢e隨時間t的變化圖象如圖乙所示，若外接電阻R70 ，線圈電阻r10 ，則下列說法正確的是A.線圈的角速度為100 rad/sB.0.01 s末穿過線圈的磁通量最大C.通過線圈的最大電流為1.25 AD.電壓表的示數(shù)為87.5 V圖圖2123456解析由題圖乙知，交流電的周期T4102 s，由題圖乙知，0.01 s末線圈產(chǎn)生的感應電動勢最大，則0.01 s末線圈平面與磁場平行，線圈的磁通量

18、為0，故B項錯誤；123456由題圖乙知，線圈產(chǎn)生感應電動勢的最大值Em100 V，123456A.在A、B之間所加的交變電壓的周期為 2102 sB.在A、B之間所加的交變電壓的瞬時值 表達式為u220 sin 50t (V)C.加在R1上電壓的有效值為55 VD.加在R1上電壓的有效值為55 V5.(多選)如圖3甲所示的電路中，電阻R1R2R，和R1并聯(lián)的D是理想二極管(正向電阻可視為零，反向電阻為無窮大)，在A、B之間加一個如圖乙所示的交變電壓(電壓為正值時，UAB0).由此可知圖圖3123456綜合提升練A.與副線圈并聯(lián)的電壓表在t1102 s時的示數(shù)為0B.與副線圈并聯(lián)的電壓表在t0.5102 s時的示數(shù)為22 VC.當原線圈所接正弦交變電壓的頻率變?yōu)?00 Hz時，燈泡 L1變亮，燈泡L2變暗D.