2013高考物理专题复习课件：第10章_1交变电流的产生及描.

内容要求说明能结合交流发电机的工作原理图，理解电动势随时间变化的规律交变电流、交变电流的图象Ⅰ正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ理想变压器Ⅰ远距离输电Ⅰ1.本章在近年高考新课标地区中所占比例约6%，考查的内容主要有(1)正弦式电流的四值问题，即峰值、有效值、瞬时值和平均值.而正弦式电流的瞬时值的表达式又为图象问题考查的基础.(2)理想变压器的输入、输出关系.主要从输入电压和输出电压的关系，输入功率和输出功率的关系进行考查.2.考查的主要题型是选择题.选择题的侧重点是基本概念的理解、规律的使用以及概念间的区别与联系.考查难度小，容易得分.考查热点是交变电流的表达式和图象以及理想变压器的应用.对于远距离输电也要有足够的重视.3.传感器的应用与生产和生活紧密联系.要注意联系生活实际分析处理问题,此属新增加的内容，要引起足够重视.本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续及其规律的具体应用.如交变电流的产生、变压器的原理，都和法拉第电磁感应定律及楞次定律有密切关系.因此在复习本章时，既要注意本章知识所具有的新特点(如周期性、最大值和有效值等)，还要注意本章知识与电磁感应定律的联系.另外，由于电力技术、电子技术是社会生产的重要支柱，所以本章知识与生产、生活联系紧密，复习时一定要注意理论与实际的结合.交流电正弦电流产生：交流发电机表述手段图象、三角函数表达式表征参量瞬时值Ii=Imcosωt或i=Imsinωt最大值Im有效值I周期T频率f观察仪器：示波器mI2I1Tf电阻电感：感抗电容：容抗对交变电流阻碍的器件与交变电流f有关理想变压器工作原理：互感现象构造：原副线圈、铁芯遵循规律功率关系:P1=P2电压关系：电流关系：I1/I2=n2/n1远程输电功率损失：P损=I2R电压损失：U损=IR高压输电1122unun传感器原理：非电学量电学量元器件半导体光敏电阻热敏电阻—金属热电阻其他霍尔元件应用模式：传感器放大转换电路执行机构显示器计算机系统应用实例力传感器的应用——电子秤声传感器的应用——话筒温度传感器的应用电熨斗电饭锅测温仪光传感器的应用火灾报警器光电鼠标1交变电流的产生及描述电感和电容对交流的影响第十章交变电流传感器1.正弦式交变电流的产生与图象如图1013所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法错误的是()A．在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零B．线圈先后两次转速之比为3∶2C．交流电a的瞬时值为u=10sin5ptVD．交流电b的最大值为V图1013203由图可知，t=0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由图象可知TA∶TB=2∶3，故nA∶nB=3∶2，B正确；由图象可知，C正确；交流电最大值Um=NBSw，故Uma∶Umb=3∶2，故Umb=Uma=V，D正确．20323点评：大小和方向都随时间做周期性的变化，这种电流叫做交变电流．当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交变电流是随时间按正弦规律变化的，即正弦交流电．若线圈从中性面开始计时，则t时刻的感应电动势瞬时值表达式为e=Emsinwt，感应电流瞬时值表达式为i=Imsinwt，电路中用电器两端的电压瞬时值表达式为u=Umsinwt.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图10-1-4所示，则下列说法中正确的是()A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直B.t=0.01s时刻，Φ的变化率达最大C.t=0.02s时刻，交流电动势达到最大D.该线圈产生的交流电频率为50Hz图10-1-4答案：B2.正弦式交变电流的最大值与有效值如图10-1-5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abcd共100匝，线圈电阻r=1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度为ω=2πrad／s，外电路电阻R=4Ω，求：图10-1-5(1)转动过程中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)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势.(4)交流电压表的示数.(5)转动一周外力做的功.(1)感应电动势的最大值，Em=nBωS=100×0.5×0.12×2πV=3.14V(2)转过60°时的瞬时感应电动势：e=Emcos60°=3.14×0.5V=1.57V(3)转过60°角过程中产生的平均感应电动势：/2.6VEnt(4)电压表示数为外电路电压的有效值：(5)转动一周所做的功等于电流产生的热量3.144=V=1.78V52EURRr2m1()0.99J2EWQTRr点评：交变电流的最大值是指交变电流在一个周期内所能达到的最大值，它可以用来表示交变电流的强弱或电压的高低．交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的，让交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果在相同的时间内产生的热量相等，我们就把这一恒定电流的数值叫做这一交变电流的有效值．有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？0=602VU，由正弦交流电的最大值与有效值U的关系得：设t=0时交流电的瞬时电压U=0，则交流电的瞬时表达式为m=1202VU=1202sin100πVUt如图所示，画出一个周期内交流电的U-t图象，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1.当时，由上式得t1=(1/600)s，再由对称性求得一个周期内能发光的时间：再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为：很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有(1/300)s(如图t2时刻到t3时刻)，由于人的眼睛具有视觉暂留现象，暂留时间约(1/16)s0602VUU11-4=s75tTt，36001=s=2400s17550t3.非正弦式交变电流的有效值通过某电阻的周期性交变电流的图象如图10-1-6.求该交流电的有效值I.图10-1-6该交流周期为T=0.3s，前t1=0.2s为恒定电流I1=3A，后t2=0.1s为恒定电流I2=-6A，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为I，根据定义有：I2RT=I12Rt1+I22Rt代入数据得=32AI点评：若某一交流电与另一直流电在相同时间内通过同一电阻产生相等的热量，则这一直流电的电压、电流的数值分别是该交流电的电压、电流的有效值．图10-1-7为一交变电流的i-t图线，下列说法正确的是()图10-1-7A.交变电流的频率f=50Hz，最大值B.交变电流的有效值C.交变电流的平均值为D.若此交变电流通过阻值为10Ω的电阻，则用电压表测得这个电阻两端的电压为=55AI52AI10AI2510V?对于正弦交流电可直接应用最大值为有效值的倍这一规律，将此交变电流分为前后两部分正弦交流电，可直接得到这两部分正弦交流电的有效值，分别为：和再利用有效值的定义求解.15=2A2I22152A2I，取一个周期T中的前0.01s和后0.01s计算产生的电热可列计算式：I2R×0.02=I12R×0.01+I22R×0.01，解得对于不同的时间段，交流电的平均值不同，求交流电的平均值应明确指出是哪一段时间的平均值.510A2I5=10A10Ω=2510V2UIR4.感抗和容抗如图10-1-8所示电路中，三只电灯的亮度相同，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变?为什么?图10-1-8当交变电流的频率增大时，线圈对交变电流的阻碍作用增大，通过灯泡L1的电流将因此而减小，所以灯泡L1的亮度将变暗；而电容对交变电流的阻碍作用则随交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡L2的电流增大，所以灯泡L2的亮度将变亮.由于电阻的大小与交变电流的频率无关，流过灯泡L3的电流不变，因此其亮度也不变.易错题：一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图1019甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0Ω，外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则()A．电压表的示数为220VB．电路中的电流方向每秒钟改变50次C．灯泡实际消耗的功率为484WD．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J错解：电压表的示数为220V，选A.错解分析：由于忽略了发电机线圈作为电源是具有内阻的，从而导致错解．2222202220209()0.0211002092459.8952.22.25mrEVEVREUVARrTssBUPWWCREIARrQIrt电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由图象知电动势的最大值，有效值，灯泡两端电压，错．由图象知，一个周期内电流方向变化两次，可知内电流方向变化次，错；灯泡的实际功率，错；电流的有效值，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为【正解】====+======+==?124.2JJD，对．?点评：把握交变电流规律的三个要素(以交变电动势为例)．Em——交变电动势最大值：当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时，取得此值．应强调指出的是，Em与线圈形状无关，与转轴位置无关，其表达式为Em=NBSw.w——交变电流圆频率：实际上就是交流发电机转子的转动角速度．它反映了交变电流变化的快慢程度，与交变电流的周期T和频率f间的关系为w==2pf.0——交变电流初相：它由初始时线圈在磁场中的相对位置决定，实际上就是计时起点线圈平面与中性面间的夹角．2Tp