2022年高考物理-交變電流的產(chǎn)生及描述總復(fù)習(xí)課件2

第一頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。●自主學(xué)習(xí)1．交變電流：

和

都隨時(shí)間做周期性變化的電流．大小方向第二頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。2．正弦交變流電(1)產(chǎn)生：勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸

的線圈中產(chǎn)生正弦交變電流．(2)中性面：線圈平面與磁感線

的平面，磁通量最大的位置．(3)正弦交變電流的變化規(guī)律(從中性面計(jì)時(shí))①電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律：e＝

；②電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律：u＝

；③電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律：i＝

.其中ω為線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，Em＝

.勻速轉(zhuǎn)動(dòng)垂直EmsinωtUmsinωtImsinωtnBSω第三頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！裆罨卣闺妱?dòng)勢(shì)與磁通量的關(guān)系線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間發(fā)生周期性變化，若從中性面開始計(jì)時(shí)則有Φ＝Φmcosωt.由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且e＝

，在Φ－t圖象中，圖線切線的斜率表示磁通量的瞬時(shí)變化率，故由Φ－t圖象可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律．第四頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。Φ最大時(shí)，＝0，e＝0；而Φ＝0時(shí)，最大，e最大．其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表表達(dá)式圖象磁通量ΦΦ＝Φmcosωt電動(dòng)勢(shì)ee＝NωΦmsinωt＝Emsinωt第五頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！襻槍?duì)訓(xùn)練一矩形線圈，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向并位于線圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖所示，則下列說法中正確的是()第六頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。A．t1和t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零B．t1和t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量變化率為零C．是從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行的時(shí)刻開始計(jì)時(shí)的D．每當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e變換方向時(shí)，穿過線圈的磁通量的絕對(duì)值都最大第七頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。解析：t1、t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，說明這兩個(gè)時(shí)刻穿過線圈的磁通量變化率為零，穿過線圈的磁通量最大，B正確，A錯(cuò)誤；由圖象可知，此為余弦式交流電，說明t＝0時(shí)，線圈平面與磁感線方向平行，C正確；當(dāng)線圈通過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向要發(fā)生改變，D正確．答案：BCD第八頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?？偨Y(jié)提升：解答本題的關(guān)鍵是判斷出各個(gè)時(shí)刻線圈所處的位置，是中性面位置還是垂直于中性面的位置，還是其他位置，進(jìn)而由e最大或?yàn)榱闩袛啻磐康拇笮?第九頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。●自主學(xué)習(xí)1．周期和頻率(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

，單位是秒(s)，公式T＝.(2)頻率(f)：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的

，單位是赫茲(Hz)．(3)周期和頻率的關(guān)系：T＝或f＝.時(shí)間次數(shù)第十頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。2．交變電流的四值(1)最大值：Em＝

.(2)瞬時(shí)值：交變電流在某一

的值，是時(shí)間的函數(shù)．(3)有效值：讓交流與直流通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的

相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交變電流的有效值．(4)平均值：是交變電流圖象中波形與橫軸所圍的面積跟時(shí)間的比值，表達(dá)式為E＝.nBSω時(shí)刻熱量第十一頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！裆罨卣?．描述交變電流的四值比較物理量電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的符號(hào)公式應(yīng)用場(chǎng)合說明瞬時(shí)值e、u、i若線圈從位于中性面開始計(jì)時(shí)，則e＝Emsinωtu＝Umsinωti＝Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況最大值Em、Um、ImEm＝NBSωIm＝研究電容器是否被擊穿與線圈的形狀、以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)哪個(gè)位置無關(guān)第十二頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。有效值E、U、I對(duì)正弦交流電：E＝Em/、U＝Um/、I＝Im/；其他有效值只能根據(jù)定義計(jì)算(1)計(jì)算與電流熱效應(yīng)有關(guān)的量，如電功、電功率、熱量等(2)確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流各種交流電器設(shè)備上的標(biāo)示值、交流電表上的測(cè)量值以及不加說明的值都是指有效值平均值、、計(jì)算通過導(dǎo)體橫截面的電荷量第十三頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。【特別提醒】計(jì)算有效值時(shí)，時(shí)間一般取一個(gè)周期．第十四頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。2．交變電流有效值和平均值的計(jì)算．(1)計(jì)算交變電流的有效值時(shí)，讓交變電流通過一理想電阻R，計(jì)算出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量，再求出直流電通過同樣阻值的電阻時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生相同熱量，直流電流的大小，即為交變電流的有效值．(2)計(jì)算交變電流的平均值時(shí)，應(yīng)求出開始的磁通量Φ1和一段時(shí)間Δt后的磁通量Φ2，再根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求出．應(yīng)注意磁通量必須帶正負(fù)號(hào)．時(shí)間段不同，交變電流的平均值不同．第十五頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！襻槍?duì)訓(xùn)練如圖所示，為一交流電的電流隨時(shí)間變化的圖象，此交流電的有效值是()第十六頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。解析：根據(jù)焦耳定律，在一個(gè)周期T＝0.02s內(nèi)此交流電通過電阻R時(shí)產(chǎn)生的熱量假設(shè)有恒定電流I通過此電阻R，則在同一周期內(nèi)的電熱Q′＝I2RT使Q′＝Q的恒定電流I的大小I＝所以此交流電的有效值為5A，B正確．答案：B第十七頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。總結(jié)提升：若求一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量時(shí)要用平均值，q＝平均值的計(jì)算須用公式

平均值不等于有效值.

第十八頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！褡灾鲗W(xué)習(xí)1．感抗(1)含義：表示電感線圈對(duì)交變電流阻礙作用的大?。?2)成因：線圈中自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)原電流變化的阻礙作用．(3)作用：通

、阻

(低頻扼流圈)、通低頻、阻高頻(高頻扼流圈)．直流交流第十九頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。2．容抗(1)含義：表示電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大?。?2)成因：電容器在交變電流變化過程中，兩極板上形成了與電源極性相反的電壓，導(dǎo)致對(duì)交變電源所產(chǎn)生的電流的阻礙作用．(3)作用：通

、隔

；通高頻、阻低頻．交流直流第二十頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！裆罨卣闺娮?、容抗、感抗的區(qū)別電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的離子間的碰撞由于電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化電容器兩極板上積累的電荷對(duì)向這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的反抗作用在電路中的特點(diǎn)對(duì)直流、交流均有阻礙作用只對(duì)變化的電流如交流有阻礙作用不能通直流，只能通變化的電流．對(duì)直流的阻礙作用無限大，對(duì)交流的阻礙作用隨頻率的降低而增大第二十一頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。電阻感抗容抗決定因素由導(dǎo)體本身(長(zhǎng)短、粗細(xì)、材料)決定，與溫度有關(guān)由導(dǎo)體本身的自感系數(shù)和交流電的頻率f決定由電容的大小和交流電的頻率決定電能的轉(zhuǎn)化與做功電流通過電阻做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化電流的能與電場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化第二十二頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！襻槍?duì)訓(xùn)練如圖所示，甲、乙、丙三個(gè)燈泡相同，而且耐壓足夠，電源內(nèi)阻忽略．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S接A時(shí)，三個(gè)燈亮度相同，那么當(dāng)S接B時(shí)()A．三個(gè)燈亮度相同B．甲燈最亮，丙燈不亮C．甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮D．只有丙燈不亮，乙燈最亮第二十三頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。解析：S接A時(shí)，甲、乙、丙三個(gè)支路均有交流電通過，開關(guān)接B時(shí)，電路處于直流工作狀態(tài)，電容C“隔直、通交”；電感L“阻交、通直”；R對(duì)交、直流有相同的阻抗．可判斷此時(shí)電路中I丙＝0，I甲不變，I乙增大；又因燈泡亮度與熱功率(P＝I2R)成正比，所以只有丙燈不亮，乙燈最亮，故選項(xiàng)D正確．答案：D第二十四頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。●規(guī)律方法線圈平面垂直于磁感線時(shí)的位置叫做中性面．線圈在中性面時(shí)：Φ＝Φm，＝0，e＝0，電流方向發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一周，經(jīng)過中性面兩次，即電流一周期內(nèi)方向改變兩次．與中性面垂直的位置叫最大值位置．線圈在該位置時(shí)：Φ＝0，最大，Em＝NBSω，電流方向不發(fā)生改變．第二十五頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！纠?】(2008·高考寧夏理綜)如圖甲所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．若以線圈平面與磁場(chǎng)夾角θ＝45°時(shí)(如圖乙)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎畡t如圖所示的四幅圖中正確的是()第二十六頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。[思維點(diǎn)撥]

確定感應(yīng)電流的變化圖象，應(yīng)從三個(gè)方面分析：(1)感應(yīng)電流的方向，(2)感應(yīng)電流的大小，(3)感應(yīng)電流大小的變化趨勢(shì)，從而排除錯(cuò)誤選項(xiàng)，確定正確選擇．

第二十七頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。[解析]

矩形線圈垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流，在開始計(jì)時(shí)(t＝0)時(shí)線圈達(dá)圖乙所示的位置，據(jù)右手定則判斷電流為負(fù)方向，首先排除A、B選項(xiàng)．若達(dá)圖甲所示的位置，感應(yīng)電流為負(fù)向的峰值，可見t＝0的時(shí)刻交變電流處于負(fù)半周且再經(jīng)到達(dá)中性面位置，或者瞬時(shí)表達(dá)式i＝Imsin(ωt－φ0)，所以0＝Imsin[答案]

D

第二十八頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。[總結(jié)提升]

(1)本題以矩形線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)為背景，主要考查學(xué)生對(duì)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電過程的理解和用圖象描述交變電流的能力，同時(shí)考查學(xué)生對(duì)楞次定律和右手定則和法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用．(2)當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)至中性面時(shí)，穿過線圈平面的磁通量最大，但磁通量的變化率為零，此時(shí)線圈里的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零．中性面是交變電流的方向轉(zhuǎn)折點(diǎn)．第二十九頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。(2008·高考廣東卷)小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖所示，此線圈與一個(gè)R＝10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，不計(jì)電路的其他電阻，下列說法正確的是()第三十頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。A．交變電流的周期為0.125sB．交變電流的頻率為8HzC．交變電流的有效值為AD．交變電流的最大值為4A解析：由圖象可知，交變電流的周期為0.250s，頻率為4Hz，交變電流的最大值為有效值為所以應(yīng)選C.答案：C

第三十一頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。●規(guī)律方法只有正弦式交變電流才能用I＝的關(guān)系，其他交變電流都不滿足這一關(guān)系，只有從有效值的定義及電流的熱效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算．計(jì)算時(shí)要注意兩點(diǎn)，一是若方波式交變電流正負(fù)半周最大值不相等時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算電熱；二是取一個(gè)周期計(jì)算電熱．第三十二頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！纠?】如圖所示為一交變電流的電流圖象，求該電流的有效值．[解析]

交流電的有效值的意義是：任意一段時(shí)間內(nèi)，交變電流i通過R產(chǎn)生的熱量與恒定電流I通過同一電阻R產(chǎn)生的熱量相等，則I稱為i的有效值．0～內(nèi)，電流有效值為I1＝～T內(nèi)，電流有效值為I2＝2I0

0～T內(nèi)，設(shè)交變電流的有效值為I第三十三頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。則I2·R·T＝

代入數(shù)據(jù)得

即該交流電的有效值為

第三十四頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。[總結(jié)提升]

(1)計(jì)算有效值時(shí)要注意根據(jù)“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解．(2)利用兩類公式Q＝和Q＝I2Rt可分別求得電壓有效值和電流有效值．(3)若圖象部分是正弦交變電流，其中的T和T部分可直接應(yīng)用I＝，U＝的關(guān)系．第三十五頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。

兩個(gè)完全相同的電熱器，分別通過如圖甲、乙所示的電流峰值相等的方波交變電流和正弦式交變電流，則這兩個(gè)電熱器的電功率之比是多少？第三十六頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。解析：設(shè)電熱器的電阻為R，通過方波交變電流的發(fā)熱功率為Pa，通過正弦式交變電流的發(fā)熱功率為Pb.故Pa

Pb＝21.答案：21第三十七頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！褚?guī)律方法(1)此種問題要用到閉合電路歐姆定律電路知識(shí)、交變電流知識(shí)．(2)中性面是交流電產(chǎn)生過程中的重要位置，由中性面計(jì)時(shí)和其他位置計(jì)時(shí)計(jì)算交流電表達(dá)式不同．(3)交流電路中，電流表、電壓表測(cè)量的都是交流電的有效值．(4)交流電路中，歐姆定律、焦耳定律同樣適用．第三十八頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分?！纠?】如圖所示，線圈abcd的面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻為1Ω，外接電阻R＝9Ω，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝T，當(dāng)線圈以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，求：第三十九頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。(1)若從線圈 `處于中性面開始計(jì)時(shí)，寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)線圈轉(zhuǎn)過時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值多大？(3)電路中電壓表和電流表的示數(shù)各是多少？(4)從中性面開始計(jì)時(shí)時(shí)，經(jīng)通過電阻R的電荷量為多少？第四十頁，編輯于星期四：二十一點(diǎn)四十四分。[解析]

(1)e＝Emsinωt＝nBS2πfsin(2πft)＝100×(2)當(dāng)t＝s時(shí)e＝50sin(10π×)＝43.3V.

(3)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E＝電流表示數(shù)I＝

電壓表示數(shù)U＝IR＝3.54×9V＝31.86V.