2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-第1課時(shí)-交表電流的產(chǎn)生及其規(guī)律課件-人教大綱版2

考綱要求三年考情熱點(diǎn)考向考點(diǎn)要求2007年2008年2009年交流發(fā)電機(jī)及其產(chǎn)生正弦式交變電流的原理，正弦式交變電流的圖象和三角函數(shù)表達(dá)，最大值與有效值，周期與頻率Ⅱ北京理綜(T17·選擇)山東理綜(T18·選擇)天津理綜(T16·選擇)寧夏理綜(T19·選擇)山東理綜(T20·選擇)廣東物理(T5·選擇)天津卷(T18·填空)福建卷(T16·選擇)重慶卷(T18·選擇)1.正弦交變電流的產(chǎn)生、變化規(guī)律、圖象．2．交流電的最大值、瞬時(shí)值、有效值和平均值的問(wèn)題．以上均是命題的熱點(diǎn)，常以選擇題形式出現(xiàn).電阻、電感和電容對(duì)交變電流的作用Ⅰ第十三章交變電流電磁場(chǎng)和電磁波第1課時(shí)交變電流的產(chǎn)生及其規(guī)律第一頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第一頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。1．交變電流：大小和

都隨時(shí)間做

變化的電流，簡(jiǎn)稱交流(AC)．2．正弦式交變電流(如圖13－1－1所示) (1)定義：按

變化的交變電流． (2)產(chǎn)生：將閉合矩形線圈置于

磁場(chǎng)中，并繞

方向的軸做

轉(zhuǎn)動(dòng)．方向周期性正弦規(guī)律勻強(qiáng)垂直于磁場(chǎng)勻速圖13－1－1第二頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。(3)中性面：與磁場(chǎng)方向

的平面．(4)正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí))：垂直第三頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第三頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。 (1)線圈各邊都不切割磁感線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，即感應(yīng)電流等于零． (2)磁感線垂直于該時(shí)刻的線圈平面，所以磁通量最大，但磁通量的變化率為零． (3)交變電流的方向在中性面的兩側(cè)是相反的． (4)線圈每經(jīng)過(guò)一次中性面，電流方向改變一次．1．線圈平面和中性面平行時(shí)，有哪些特點(diǎn)？第四頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第四頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。2．線圈平面跟中性面垂直時(shí)，有哪些特點(diǎn)？ (1)磁通量為零． (2)磁通量的變化率最大． (3)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流均最大，電流方向不變．3．交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)基本思路 (1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或由公式Em＝nBSω求出相應(yīng)峰值．(2)明確線圈的初始位置，找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式．如：①線圈從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imsinωt.②線圈從垂直中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imcosωt.第五頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第五頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。1．如圖13－1－2所示，矩形線圈邊長(zhǎng)為ab＝20cm，bc＝10cm，匝數(shù)N＝100匝，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.01T．當(dāng)線圈以n＝50r/s的轉(zhuǎn)速?gòu)膱D示位置開(kāi)始逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求： (1)線圈中交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式； (2)從線圈開(kāi)始轉(zhuǎn)起動(dòng)，經(jīng)0.01s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值．第六頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第六頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。解析：(1)線圈的角速度為ω＝2πn＝100πrad/s，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝NBωS＝NBω·ab·bc＝6.28V.又剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈平面與中性面夾角為30°＝π/6，故線圈中交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsin(ωt＋π/6)＝6.28sin(100πt＋π/6)V.(2)把t＝0.01s代入上式，可得此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值：e＝3.14V.答案：(1)e＝6.28sin(100πt＋π/6)V(2)3.14V第七頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第七頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。1．周期和頻率 (1)周期T：交變電流完成

變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間，單位是

．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＝

.一次周期性秒(s)次數(shù)第八頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第八頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。2．交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬時(shí)值：交變電流某一

的值，是時(shí)間的函數(shù)． (2)峰值：交變電流的電流或電壓所能達(dá)到的

． (3)有效值：讓交流與恒定電流通過(guò)

的電阻，如果它們?cè)谝粋€(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的

相等，則這個(gè)恒定電流I、恒定電壓U就是這個(gè)交變電流的

．時(shí)刻最大值熱量相同有效值(4)正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系I＝

U＝

E＝

.(5)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，其數(shù)值可以用＝

計(jì)算．第九頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第九頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。1．交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值、平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值Em＝nBSωIm＝Em/(R＋r)討論電容器的擊穿電壓第十頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值公式Em＝nBSω得，Em僅由n、B、S、ω四個(gè)物理量所決定，與軸的具體位置和線圈的形狀都無(wú)關(guān)．有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如功、功率、熱量等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時(shí)間軸所夾的面積與時(shí)間的比值計(jì)算通過(guò)電路截面的電荷量對(duì)正(余)弦交流電有：第十一頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十一頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。2．對(duì)交變電流有效值的理解

交變電源的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)進(jìn)行定義的，所以進(jìn)行有效值計(jì)算時(shí)，要緊扣電流通過(guò)電阻生熱(或熱功率)進(jìn)行計(jì)算．注意“三同”：即“相同電阻”上，“相同時(shí)間”內(nèi)產(chǎn)生“相同熱量”．第十二頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十二頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。2．如圖13－1－3所示，矩形線圈abcd，面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為R，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，(P1以ab邊為軸，P2以ad邊中點(diǎn)為軸)當(dāng)線圈平面從與磁場(chǎng)方向平行開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中，繞P1及P2軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電的電流大小，電量及焦耳熱分別為I1，q1，Q1及I2，q2，Q2，則下面判斷正確的是()第十三頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十三頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。A.

線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是a→b→c→dB．q1>q2＝NBS/2RC．I1＝I2＝(NBωS)/D．Q1<Q2＝πω(NBS)2/2R解析：本題考查電磁感應(yīng)中電量、熱量、電流的計(jì)算和感應(yīng)電流方向的判斷.繞P、P′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，但電流的方向?yàn)閍→d→c→b→a，A項(xiàng)錯(cuò)；電量q＝，與繞哪個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系，B項(xiàng)錯(cuò)；線圈繞兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相同，所以電流相同，發(fā)熱也相同，C項(xiàng)對(duì)，D項(xiàng)錯(cuò)．答案：C第十四頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十四頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。1．電感：通直流，

；通低頻，．2．電容：通交流，

；通高頻，．阻交流阻高頻隔直流阻低頻第十五頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十五頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。1．電感對(duì)直流的阻礙作用很小，所以是“通直流”，而對(duì)交流有阻礙作用，所以是“阻交流”；交流頻率越高，電感阻礙作用越大，而對(duì)低頻阻礙作用較小，所以是“通低頻，阻高頻”．2．電容對(duì)直流來(lái)說(shuō)是斷路，而交流可以通過(guò)對(duì)電容充放電，使電路中有電流，故表現(xiàn)為交流“通過(guò)”了電容器，故有“通交流，隔直流”；電容器對(duì)交流的阻礙作用與交流的頻率有關(guān)，頻率越高，容抗越小，越易“通過(guò)”電容器，而對(duì)低頻容抗較大，故有“通高頻、阻低頻”．第十六頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十六頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。3．如圖13－1－4所示，三個(gè)燈泡是相同的，而且耐壓足夠，電源內(nèi)阻忽略．當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S接A時(shí)，三個(gè)燈亮度相同，那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，乙燈最亮第十七頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十七頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。解析：開(kāi)關(guān)S接A時(shí)，甲、乙、丙三個(gè)支路均有交流電通過(guò)，開(kāi)關(guān)S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?yàn)闊襞萘炼扰c熱功率(P＝I2R)成正比．所以只有丙燈不亮，乙燈最亮，故選D項(xiàng)．答案：D第十八頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十八頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分?！纠?】電阻R1、R2和交流電源按照?qǐng)D13－1－5甲所示方式連接，R1＝10Ω，R2＝20Ω.合上開(kāi)關(guān)S后，通過(guò)電阻R2的正弦交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖13－1－5乙所示，則()圖13－1－5第十九頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第十九頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。A．通過(guò)R1的電流的有效值是1.2AB．R1兩端的電壓有效值是6VC．通過(guò)R2的電流的有效值是1.2AD．R2兩端的電壓有效值是6V解析：由題圖知流過(guò)R2交流電電流的最大值I2m＝0.6A，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由U2m＝ImR2＝12V知，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；因串聯(lián)電路電流處處相同，則I1m＝0.6A，電流的有效值I1＝＝0.6A，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；由U1＝I1R1＝6V，故選項(xiàng)B正確．答案：B第二十頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。根據(jù)圖象可以確定的量：1．電流最大值；2．周期T和頻率f；3．不同時(shí)刻交流電的瞬時(shí)值；4．線圈處于中性面和最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；5．任意時(shí)刻線圈的位置和磁場(chǎng)的夾角．第二十一頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十一頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。1－1如圖13－1－6所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生正弦交流 電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說(shuō)法正確的是()A．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2B．兩種情況在0.3s內(nèi)通過(guò)線圈的磁通量的變化量之比為1∶1C．兩種情況在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比Qa∶Qb＝3∶2D．兩種情況在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比Qa∶Qb＝9∶4第二十二頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十二頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。解析：兩種情況Ta∶Tb＝2∶3，fa∶fb＝3∶2，線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2，選項(xiàng)A正確；兩種情況下在0.3s內(nèi)磁通量的變化量不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．交流電的最大值Em＝NBSω，電動(dòng)勢(shì)最大值之比為3∶2.Q＝t，兩種情況在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比Qa∶Qb＝9∶4，選項(xiàng)D正確．答案：AD第二十三頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十三頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分?！纠?】一個(gè)邊長(zhǎng)為6cm的正方形金屬線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁場(chǎng)垂直，電阻為0.36Ω.磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖13－1－7所示，則線框中感應(yīng)電流的有效值為()

第二十四頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十四頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。解析：由法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律

于是可作出i隨時(shí)間變化的圖象如圖所示．由有效值的定義Q直＝Q交，

12×10－10R＋18×10－10R＝5RI2I＝×10－5A，故B選項(xiàng)正確．答案：B第二十五頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十五頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。求交變電流有效值的方法1．利用

計(jì)算，只適用于正弦式交流電

2．利用有效值的定義計(jì)算(非正弦式交流電)．在計(jì)算有效值時(shí)“相同時(shí)間” 至少取一個(gè)周期或周期的整數(shù)倍．3．利用能量關(guān)系： 當(dāng)有電能和其他形式的能轉(zhuǎn)化時(shí)，可利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來(lái)求有效值．第二十六頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十六頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。2－1調(diào)光燈、調(diào)速電風(fēng)扇以前是用變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該技術(shù)的缺點(diǎn)是成本高、體積大、效率低，且不能任意調(diào)節(jié)燈的亮度或電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速．現(xiàn)在的調(diào)光燈、調(diào)速電風(fēng)扇是用可控硅電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的．如圖13－1－8為經(jīng)過(guò)一個(gè)雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓．那么現(xiàn)在電燈上的電壓為()第二十七頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十七頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。解析：電燈上的電壓值，如沒(méi)有特殊說(shuō)明一般指電壓的有效值，設(shè)加在電燈上的電壓的有效值為U，取一個(gè)周期，由電流的熱效應(yīng)得

所以可得U＝，故C項(xiàng)正確．

答案：C第二十八頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十八頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分?！纠?】如圖13－1－9所示，交流發(fā)電機(jī)線圈的面積為0.05m2共100匝．該線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為T(mén)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，電阻R1和R2的阻值均為50Ω，線圈的內(nèi)阻忽略不計(jì)，若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則() 圖13－1－9第二十九頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第二十九頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。A．線圈中的電動(dòng)勢(shì)為e＝50sin10πtV B．電流表的示數(shù)為AC．電壓表的示數(shù)為50V D．R1上消耗的電功率為50W解析：由于線圈從圖示位置(即磁場(chǎng)方向平行于線圈平面)開(kāi)始計(jì)時(shí)，所以e＝Emcosωt，其中E

m＝NBSω＝50V，故線圈中的電動(dòng)勢(shì)e＝50cos10πtV，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值為E＝V＝25V，由于線圈的內(nèi)阻不計(jì)，故電壓表的示數(shù)為U＝E＝25V，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；電流表的的示數(shù)I＝，其中R并＝＝25Ω，所以I＝A，故B選項(xiàng)正確；電阻消耗的電功率為P＝U2/R1＝25W，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：B第三十頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第三十頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。3－1圖13－1－10(甲)為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在勻強(qiáng) 磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的匝數(shù)n＝100匝、電阻r＝10Ω，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R＝90Ω，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表．在t＝0時(shí)刻，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，穿過(guò)每匝線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t按圖13－1－10(乙)所示正弦規(guī)律變化．求：(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值；(2)電路中交流電壓表的示數(shù)．第三十一頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十五分。第三十一頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十一分。解析：(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBSω而Φm＝BS，ω＝，所以Em＝2nπΦm/T由Φ－t圖線可知：Φm＝2.0×10－2Wb，T＝6.28×10－2s，所以Em＝200V.(2)電動(dòng)勢(shì)的有效值E＝Em＝100V，由閉合電路歐姆定律，電路中電流的有效值為I＝＝A，交流電壓表的示數(shù)為U＝IR＝90V＝127V.答案：(1)200V(