（山东专用）2021高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生和描述课件

交变电流传感器第十一章高考命题解读高考(全国卷)三年命题情况对照分析考点内容要求年份题号命题点交变电流、交变电流的图象ⅠⅠ卷16题变压器原、副线圈的三个基本关系以及电路的相关知识(原线圈中串有电阻)Ⅲ卷19题变压器原、副线圈的三个基本关系(原线圈中串有灯泡)正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ2016年Ⅲ卷21题考查交变电流的产生及描述高考命题解读高考(全国卷)三年命题情况对照分析考点内容要求年份题号命题点理想变压器Ⅱ2017年未命题远距离输电Ⅰ实验：探究变压器电压与线圈匝数的关系实验：利用传感器设计并制作简单的自动控制装置2018年Ⅲ卷16题交变电流有效值的计算第1讲交变电流的产生和描述一、正弦式交变电流1．产生线圈绕_____________方向的轴匀速转动．01主干回顾·强化根基垂直于磁场中性面中性面的垂面位置特点S⊥BS∥BΦ_____________ΔΦΔt、e、i_____________电流方向特点改变不改变2．两个特殊位置的特点最大00最大3．电流方向的改变一个周期内线圈中电流的方向改变______次．4．交变电动势的最大值Em＝_________，与转轴位置无关，与线圈形状无关．5．交变电动势随时间的变化规律e＝_________________.两nBSωnBSωsin(ωt)二、描述交变电流的物理量1．周期和频率(1)周期T：交变电流完成1次周期性变化所需要的_______，单位是秒(s)．表达式为T＝2πω＝1n(n为转速)．(2)频率f：交变电流在1s内完成____________的次数，单位是___________.(3)周期和频率的关系：T＝1f或f＝1T.时间周期性变化赫兹(Hz)2．交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流_________的值，是时间的函数．(2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值．(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们_____________相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值．某一时刻产生的热量(4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系I＝Im2，U＝Um2，E＝Em2.(5)交变电流的平均值E－＝_______，I－＝________.nΔΦΔtnΔΦR＋rΔt1．(多选)关于中性面，下列说法正确的是()A．线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁能量的变化率为零B．线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大C．线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次D．线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次AC2．如图，各图面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsinωt的图是()解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为e＝BSωsinωt，由这一原则判断，A图中感应电动势均为e＝BSωsinωt；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；C产生的电动势e＝BSωcosωt；D图转动轴与磁场方向平行，而不是垂直．A3．教材VS高考(2018·海南卷·7题源于人教版3－2P18·5题)(多选)如图，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，有一面积为S的矩形单匝闭合导线abcd，ab边与磁场方向垂直，线框的电阻为R.使线框以恒定角速度ω绕过ab、bc中点的轴旋转．下列说法正确的是()A．线框abcd中感应电动势的最大值是BSωB．线框abcd中感应电动势的有效值是BSωC．线框平面与磁场方向平行时，流经线框的电流最大D．线框平面与磁场方向垂直时，流经线框的电流最大AC4．教材VS高考(2018·全国卷Ⅲ·16题源于沪科版选修3－2P60第8题)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正．该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示．则Q方：Q正等于()A．1∶2B．2∶1C．1∶2D．2∶1D解析由有效值概念知，一个周期内产生热量Q方＝u20R·T2＋u20R·T2＝u20RT，Q正＝U2有效RT＝u022RT＝12·u20RT，故知，Q方∶Q正＝2∶1.02核心考点·探究突破考点一交变电流的产生及变化规律1．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规律物理量函数表达式图象电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝REmR＋rsinωt电流i＝Imsinωt＝EmR＋rsinωt2．交变电流瞬时值表达式的书写(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值．(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．如：①线圈从中性面位置开始转动，则i－t图象为正弦函数图像，函数式为i＝Imsinωt.②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i－t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcosωt.[例1](多选)图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，从图甲所示位置开始计时，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()A．电流表的示数为10AB．线圈转动的角速度为50πrad/sC．t＝0.01s时，线圈平面与磁场方向平行D．t＝0.02s时，电阻R中电流的方向自右向左AC解析电流表测量的是电路中电流的有效值I＝10A，选项A正确．由题图乙可知，T＝0.02s，所以ω＝2πT＝100πrad/s，选项B错误，t＝0.01s时，电流最大，线圈平面与磁场方向平行，选项C正确．t＝0.02s时，线圈所处的状态就是图示状况，此时R中电流的方向自左向右，选项D错误．解析感应电动势的瞬时值表达式为E＝E0sinωt，当其电枢的转速提高到原来的2倍时，由ω＝2πn，E0＝NBSω，可知E0和ω都增加到原来的2倍，其表达式变为E＝2E0sin2ωt，故B正确，A、C、D错误．1．(2019·广东惠州调研)交流发电机在工作时的电动势为E＝E0sinωt，若将其电枢(即线圈)的转速提高到原来的2倍，其他条件不变，则其电动势变为()A．E0sin2ωtB．2E0sin2ωtC．E0sinωt2D．2E0sinωt2B2．(2019·湖北天门联考)如图所示，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为零时(图示位置)为计时起点，并规定当电流自a流向b时，电流的方向为正．则下列四幅图中正确的是()D解析从图可看出线圈从垂直于中性面开始旋转，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为由b到a，故瞬时电流的表达式为i＝－imcosωt，故D正确．考点二交流电有效值的理解及计算1．对有效值的理解(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值；(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值；(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值；(4)没有特别加以说明的，是指有效值；(5)“交流的最大值是有效值的2倍”仅用于正(余)弦式交变电流．2．计算交变电流有效值的方法(1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解．(2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量．(3)利用两个公式Q＝I2Rt和Q＝U2Rt可分别求得电流有效值和电压有效值．(4)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的14周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和12周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I＝Im2、U＝Um2求解．解析由有效值的定义式得：110222R·T2＋220222R·T2＝U2RT，解得U＝5510V．[例2]电压u随时间t的变化情况如图所示，皆为正弦函数图象的一部分，则电压的有效值为()A．110VB．220VC．165VD．5510VD3．(2019·安徽合肥市一模)已知某交变电流在一个周期内的波形如图所示，则该电流通过一阻值为10Ω的电阻时的发热功率是()A．16WB．18WC．22.5WD．28W解析由电流热效应可得：2×(12R×0.2＋22R×0.3)＝I2R×1，解得：I2＝2.8A2，电阻的热功率为P＝I2R＝28W．D4．如图所示电路，电阻R1与电阻R2串联接在交变电源上，且R1＝R2＝10Ω，正弦交流电的表达式为u＝202sin100πt(V)，R1和理想二极管D(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)并联，则R2上的电功率为()A．10WB．15WC．25WD．30WC解析由题图可知，当A端输出电流为正时，R1被短路，则此时R2上电压有效值为：U2＝Um2＝20V，当B端输出电流为正时，R1、R2串联，则R2两端电压有效值为U2′＝U22＝10V，在一个周期内R2两端的电压有效值为U，则U′22R2×T2＋U22R2×T2＝U2R2×T，解得：U＝510V，则有：P2′＝U2R2＝25010W＝25W．考点三交变电流“四值”的理解和计算交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均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物理量物理含义重要关系适用情况及说明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－＝BLv－E－＝nΔΦΔtI－＝E－R＋r计算通过电路横截面的电荷量[例3]如图所示，矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表Ⓐ组成闭合电路．线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，转动的角速度ω＝100πrad/s.线圈的匝数N＝100匝，边长ab＝0.2m、ad＝0.4m，电阻不计．磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小B＝216πT.电容器放电时间不计．下列说法正确的是()A．该线圈产生的交流电动势峰值为50VB．该线圈产生的交流电动势有效值为252VC．电容器的耐压值至少为50VD．电容器的电容C变大时，电流表的示数变小B解析该线圈产生的交流电动势峰值Em＝NBSω＝502V，A项错误；因为该线圈产生的交变电流不是完整的正弦式交变电流，只有一半，所以根据有效值的定义E2R×T2＝E′2RT，E＝Em2，联立解得电动势有效值E′＝252V，B项正确，电容器的耐压值至少为502V，C项错误；电容器的电容C变大时，电容器的充放电电流增大，D项错误．5．(2018·广东肇庆二模)(多选)如图甲为风力发电机的简易模型．在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的永磁铁转动，风叶的转速与风速成正比．某一风速时，线圈中产生的电流如图乙所示．下列说法中正确的是()A．磁铁的转速为10r/sB．图乙中电流的表达式为i＝0.6sin10πt(A)C．风速加倍时线圈中电流的有效值为0.62AD．风速加倍时电流的表达式为i＝1.2sin10πt(A)BC解析由图乙可知，线圈的转动周期T＝0.2s，角速度为ω＝2πT＝10πrad/s，根据ω＝2πn可知转速为5r/s，图乙中电流的表达式为i＝0.6sin10πt(A)，故A错误，B正确；由转速与风速成正比可知，当风速加倍时，转速也加倍，则此时电流的最大值Im＝1.2A，则电流的表达式为i＝1.2sin20πt(A)，则电流的有效值为1.22A＝0.62A，故C正确，D错误．6．在