高考物理一轮复习 交变电流的产生和描述课件

第十章交变电流传感器第1课时交变电流的产生和描述题组答案1.A2.C3.BC考点梳理答案1.周期性2.(1)垂直于磁场(2)①垂直②a.最大零零b.两次中性面（3）正弦函数1.（1）一次周期性变化（2）次数（3）2.（1）Emsinωt（2）Umsinωt（3）Imsinωt角速度nBSω3.(3)题组扣点4.C一、交变电流的产生和变化规律二、正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值1f1TEm2Um2Im2考点一正弦式交变电流的产生及变化规律1．正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．(2)两个特殊位置的特点：①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e最大，i最大，电流方向不改变．(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次．(4)交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关．课堂探究2．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝sinωt电流i＝Imsinωt＝sinωt课堂探究REmR＋rEmR＋r【例1】如图6甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时，电流方向为正．则下列四幅图中正确的是()解析该题考查交变电流的产生过程．t＝0时刻，根据题图乙表示的转动方向，由右手定则知，此时ad中电流方向由a到d，线圈中电流方向为a→d→c→b→a，与规定的电流正方向相反，电流为负值．又因为此时ad、bc两边的切割速度方向与磁场方向成45°夹角，由E＝2Blv⊥，可得E＝2×22Blv＝22Em，即此时电流是最大值的22倍，由题图乙还能观察到，线圈在接下来45°的转动过程中，ad、bc两边的切割速度v⊥越来越小，所以感应电动势应减小，感应电流应减小，故瞬时电流的表达式为i＝－Imcos(π4＋ωt)，则图象为D图象所描述，故D项正确．D课堂探究图6【突破训练1】如图7甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R＝10Ω连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10V．图乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间t变化的图象．则()A．电阻R上的电动率为20WB．t＝0.02s时R两端的电压瞬时值为零C．R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝14.1cos100πtVD．通过R的电流i随时间t变化的规律是i＝1.41cos50πtA解析电阻R上的电功率为P＝U2R＝10W，选项A错误；由题图乙知t＝0.02s时磁通量变化率最大，R两端的电压瞬时值最大，选项B错误；R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝14.1cos100πtV，通过R的电流i随时间t的变化规律是i＝u/R＝1.41cos100πtA，选项C正确，D错误．C课堂探究图7考点二交流电有效值的求解1．正弦式交流电的有效值：I＝Im2U＝Um2E＝Em22．非正弦式交流电有效值的求解根据电流的热效应进行计算．课堂探究【例2】如图8所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系．若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为()A．1∶2B．1∶2C．1∶3D．1∶6思路点拨电功的计算中，I要用有效值计算图甲中，由有效值的定义得(12)2R×2×10－2＋0＋(12)2R×2×10－2＝I21R×6×10－2，得I1＝33A图乙中，I的值大小不变，I2＝1A，由W＝UIt＝I2Rt可以得到W甲∶W乙＝1∶3.C课堂探究图8【突破训练2】通过一阻值R＝100Ω的电阻的交变电流如图9所示，其周期为1s．电阻两端电压的有效值为()A．12VB．410VC．15VD．85V解析由有效值定义可得U2R×1s＝(0.1A)2×R×0.4s×2＋(0.2A)2×R×0.1s×2，其中R＝100Ω，可得U＝410VB课堂探究图9考点三交变电流“四值”的比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em＝nBSωIm＝EmR＋r讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值E＝Em2U＝Um2I＝Im2适用于正(余)弦式交变电流(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值E＝BlvE＝nΔΦΔtI＝ER＋r计算通过电路横截面的电荷量课堂探究交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较【例3】如图10所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路中的电阻R＝4Ω，求：(1)感应电动势的最大值;(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°时的瞬时感应电动势;(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°的过程中产生的平均感应电动势．(4)交流电压表的示数．(5)线圈转动一周产生的总热量．(6)从图示位置开始的16周期内通过R的电荷量．解析(1)感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝100×0.5×0.12×2πV＝3.14V(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势为e＝Emcos60°＝3.14×0.5V＝1.57V课堂探究图10【例3】如图10所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路中的电阻R＝4Ω，求：(1)感应电动势的最大值．(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°时的瞬时感应电动势．(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°的过程中产生的平均感应电动势．(4)交流电压表的示数．(5)线圈转动一周产生的总热量．(6)从图示位置开始的16周期内通过R的电荷量．(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势为E＝nΔΦΔt＝nBSsin60°16T＝100×0.5×0.1×0.1×3216×2π2πV＝2.6V课堂探究图10【例3】如图10所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路中的电阻R＝4Ω，求：(1)感应电动势的最大值．(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°时的瞬时感应电动势．(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°的过程中产生的平均感应电动势．(4)交流电压表的示数．(5)线圈转动一周产生的总热量．(6)从图示位置开始的16周期内通过R的电荷量．图10(4)交流电压表的示数为外电路两端电压的有效值，即U＝ER＋rR＝3.142×44＋1V＝1.78V(5)线圈转动一周产生的总热量为Q＝Em22R＋rT＝0.99J课堂探究【例3】如图10所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路中的电阻R＝4Ω，求：(1)感应电动势的最大值．(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°时的瞬时感应电动势．(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°的过程中产生的平均感应电动势．(4)交流电压表的示数．(5)线圈转动一周产生的总热量．(6)从图示位置开始的16周期内通过R的电荷量．图10(6)在16周期内通过电阻R的电荷量为q＝I×T6＝ER＋r×T6＝2.64＋1×16C＝0.087C课堂探究【突破训练3】如图11所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，当线圈由图示位置转过60°的过程中，下列判断正确的是()A．电压表的读数为NBSω2R＋rB．通过电阻R的电荷量为q＝NBS2R＋rC．电阻R所产生的焦耳热为Q＝N2B2S2ωRπ4R＋r2D．当线圈由图示位置转过60°时的电流为NBSω2R＋r解析线圈在磁场中转动产生了正弦交流电，其电动势的最大值Em＝NBSω，电动势的有效值E＝NBSω2，电压表的读数等于交流电源的路端电压，且为有效值，则U＝NBSω2R＋rR，A错误.求通过电阻R的电荷量要用交流电的平均电流，则q＝IΔt＝NΔΦR＋r＝NBS－12BSR＋r＝NBS2R＋r，故B正确.×课堂探究图11【突破训练3】如图11所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，当线圈由图示位置转过60°的过程中，下列判断正确的是()A．电压表的读数为NBSω2R＋rB．通过电阻R的电荷量为q＝NBS2R＋rC．电阻R所产生的焦耳热为Q＝N2B2S2ωRπ4R＋r2D．当线圈由图示位置转过60°时的电流为NBSω2R＋r电阻R上产生的热量应该用有效值来计算，则电阻R产生的热量Q＝I2Rt＝[NBSω2R＋r]2R·π3ω＝πN2B2S2Rω6R＋r2，故C错误线圈由图示位置转过60°时的电流为瞬时值，则i＝NBSωR＋rsinωt＝NBSωR＋rsinπ3＝3NBSω2R＋r，故D错误.××课堂探究×B图11高考题组12模拟题组341.(2013·福建·15)如图12所示,实验室一台手摇交流发电机,内阻r＝1.0Ω,外接R＝9.0Ω的电阻.闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e＝102sin10πt(V),则()A．该交变电流的频率为10HzB．该电动势的有效值为102VC．外接电阻R所消耗的电功率为10WD．电路中理想交流电流表的示数为1.0A解析由交变电流电动势的表达式e＝102sin10πtV＝Emsinωt可知，该交变电流的频率为f＝ω2π＝10π2πHz＝5Hz，A错误.该交变电流电动势的有效值E＝Em2＝1022V＝10V，B错误.电流的有效值I＝ER＋r＝109.0＋1.0A＝1.0A，外接电阻R所消耗的电功率PR＝I2R＝1.02×9.0W＝9W，故C错误，D正确．D×××高考模拟图122．(2013·山东·17)图13甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示．以下判断正确的是()图13A．电流表的示数为10AB．线圈转动的角速度为50πrad/sC．0.01s时线圈平面与磁场方向平行D．0.02s时电阻R中电流的方向自右向左AC高考模拟高考题组12模拟题组343．如图14所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd,电阻为r,外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上,磁场的磁感应强度为B,若线圈从图示位置开始,以角速度ω绕OO′轴匀速转动,则以下判断正确的是()A．图示位置线圈中的感应电动势最大为Em＝BL2ωB．闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝12BL2ωsinωtC．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝2BL2R＋rD．