《備考指南 物理 》課件-第11章 第1講

交變電流傳感器第十一章第1講交變電流的產(chǎn)生和描述【考綱解讀】1.理解交變電流的產(chǎn)生過程，能正確書寫交變電流的表達(dá)式.2.理解描述交變電流的幾個(gè)物理量，會(huì)計(jì)算交變電流的有效值．欄目導(dǎo)航01知識(shí)梳理回顧03核心素養(yǎng)改造02考點(diǎn)各個(gè)擊破04配套訓(xùn)練知識(shí)梳理回顧11．交變電流(1)定義：________和________都隨時(shí)間做周期性變化的電流．(2)常見類型：如圖甲、乙、丙、丁所示都屬于交變電流．其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流，簡稱正弦交流電，如圖甲所示．一正弦交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律大小方向

垂直于磁場大將發(fā)生改變最大不改變中性面兩次nBSω

【答案】A【解析】線圈繞垂直于磁場方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電流，產(chǎn)生的電流、電動(dòng)勢及線圈各邊所受安培力大小與轉(zhuǎn)軸所在位置無關(guān)，故A對，B、D錯(cuò)．圖示時(shí)刻產(chǎn)生電流的方向?yàn)閍→d→c→b→a，故C錯(cuò)．2．(2019年臨沂名校期中)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢如圖所示，則(

)A．t＝0時(shí)線圈通過中性面B．t2時(shí)線圈中磁通量最大C．t3時(shí)線圈中磁通量變化率最大D．t4時(shí)線圈中磁通量變化率最大【答案】D【解析】t＝0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢最大，磁通量為零．此時(shí)線圈與中性面相互垂直，故A錯(cuò)誤．t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢最大，線圈平面與中性面垂直，磁通量為零，故B錯(cuò)誤．t3時(shí)刻線圈通過中性面，感應(yīng)電動(dòng)勢為零．根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，磁通量變化率為零，最小．故C錯(cuò)誤．t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最大，磁通量變化率最大，故D正確．二描述交變電流的物理量次數(shù)220V

0.02s

50Hz

100

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__________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：讓交變電流與恒定電流通過相同的電阻，如果它們在相同時(shí)間內(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：交變電流圖像中波形與橫軸所圍的面積跟時(shí)間的比值．某一時(shí)刻最大數(shù)值熱量夯基題組3．(2018年資陽模擬)如圖甲所示，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變化曲線如圖乙所示．若外接電阻的阻值R＝9Ω，線圈的電阻r＝1Ω，則下列說法正確的是(

)A．線圈轉(zhuǎn)速為100πrad/sB．0.01s末穿過線圈的磁通量最大C．通過線圈的最大電流為10AD．伏特表的示數(shù)為90V【答案】C考點(diǎn)各個(gè)擊破21．正弦式電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))考點(diǎn)1交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律2．對中性面的理解(1)中性面是與磁場方向垂直的平面，是假想的參考面．(2)線圈平面位于中性面時(shí)，穿過線圈平面的磁通量最大，而磁通量的變化率為零，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為零．(3)線圈平面與中性面垂直時(shí)，穿過線圈平面的磁通量為零，但磁通量的變化率最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大．(4)線圈每經(jīng)過中性面一次，電流方向就改變一次，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周．一個(gè)周期內(nèi)兩次經(jīng)過中性面，所以電流的方向改變兩次．3．確定交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的基本思路(1)根據(jù)已知圖像或由公式Em＝nBSω求出正弦交變電流的峰值．(2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式．①若線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)式為i＝Imsinωt.②若線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)式為i＝Imcosωt.例1

(2019年江蘇模擬)圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖．在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線圈繞與磁場方向垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖像如圖乙所示．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為10Ω，外接一只電阻為90Ω的燈泡．不計(jì)電路的其他電阻，則(

)A．t＝0時(shí)刻線圈平面與中性面垂直B．每秒鐘內(nèi)電流方向改變100次C．燈泡兩端的電壓為22VD．0～0.01s時(shí)間內(nèi)通過燈泡的電量為0【答案】B

思路當(dāng)線框經(jīng)過中性面時(shí)通過線圈的磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最小為零．由題圖乙可知交流電電動(dòng)勢的周期，即可求解角速度．線框每轉(zhuǎn)一周，電流方向改變兩次．練1

(多選)(2019年南安期末)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈跟中性面重合的瞬間，下列說法正確的是(

)A．線圈中的磁通量為零B．線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢最大C．線圈的每一邊都不切割磁感線D．線圈所受到的磁場力為零【答案】CD【解析】在中性面時(shí)，線圈與磁場垂直，磁通量最大．在中性面時(shí)，沒有邊切割磁感線，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，通過線圈的磁通量變化率為零．故C、D正確，A、B錯(cuò)誤．解決交變電流圖像問題的三要點(diǎn)1．只有當(dāng)線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式才是正弦形式，其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān)．2．注意峰值公式Em＝nBSω中的S為有效面積．3．在解決有關(guān)交變電流的圖像問題時(shí)，應(yīng)先把交變電流的圖像與線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)位置對應(yīng)起來，再根據(jù)特殊位置求特征解．交變電流瞬時(shí)值、最大值、有效值和平均值的比較(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))考點(diǎn)2交變電流中的“四值”例2

如圖所示，一個(gè)半徑為r的半圓形線圈，以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n.ab的左側(cè)有垂直于紙面向里(與ab垂直)的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．M和N是兩個(gè)集流環(huán)，負(fù)載電阻為R.線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻不計(jì)．求：練2

如圖所示，N＝50匝的矩形線圈abcd，ab邊長l1＝20cm，ad邊長l2＝25cm，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.4T的勻強(qiáng)磁場中．外力使線圈繞垂直于磁感線且繞通過線圈中線的OO′軸以n＝3000r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．線圈電阻r＝1Ω，外電路電阻R＝9Ω.t＝0時(shí)線圈平面與磁感線平行，ab邊正轉(zhuǎn)出紙外，cd邊正轉(zhuǎn)入紙里．求：(1)t＝0時(shí)感應(yīng)電流的方向；(2)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；(3)線圈轉(zhuǎn)一圈外力做的功；(4)從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中流過電阻R的電荷量．【答案】(1)感應(yīng)電流方向沿adcba(2)e＝314cos(100πt)V

(3)98.6J

(4)0.1C【答案】B交變電流“四值”應(yīng)用的幾點(diǎn)提醒1．在解答有關(guān)交變電流的問題時(shí)，要注意電路結(jié)構(gòu)．2．注意區(qū)分交變電流的最大值、瞬時(shí)值、有效值和平均值．最大值是瞬時(shí)值中的最大值，有效值是以電流的熱效應(yīng)來等效定義的．3．與電磁感應(yīng)問題一樣，求解與電能、電熱相關(guān)的問題時(shí)，一定要用有效值；而求解通過導(dǎo)體某橫截面的電荷量時(shí)，一定要用平均值．核心素養(yǎng)改造3問題專攻：交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書寫問題書寫的基本思路1．確定正弦式交變電流的峰值，根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝nBSω求出相應(yīng)峰值．2．明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式．(1)若線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)式為i＝Imsinωt.(2)若線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)式為i＝Imcosωt.例題圖甲是交流發(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abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)．由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)隨線圈一起轉(zhuǎn)動(dòng)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e、f保持滑動(dòng)接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以和外電路電阻R形成閉合電路．圖乙是線圈的主視圖，導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示．已知ab長度為L1，bc長度為L2，線圈以恒定角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．(