专题十一交变电流.ppt

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1、专题十一 交变电流,智浪教育-普惠英才文库,智浪教育-普惠英才文库,续表,智浪教育-普惠英才文库,智浪教育-普惠英才文库,第1讲 交变电流的产生和描述,考点 1,正弦交变电流的产生和变化规律,大小,方向,1交变电流：_和_都随时间做周期性变化的 电流,2正弦式交变电流,正弦规律,(1)定义：按_变化的交变电流，简称正弦式 电流,智浪教育-普惠英才文库,(2)产生：当闭合线圈由中性面位置(图 1111 中 O1O2 位置)开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴_转动时， 线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：e,匀速,Emsint，其中 EmnBS.这就是正弦交变电流 图 1111,智

2、浪教育-普惠英才文库,3正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时),智浪教育-普惠英才文库,续表,智浪教育-普惠英才文库,4.对中性面的理解,垂直,最大,0,0,(1)中性面是与磁场方向_的平面，是假想的参考面 (2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量_，,而磁通量的变化率为_，产生的感应电动势为_.,0,(3)线圈平面与中性面垂直时,穿过线圈平面的磁通量为_，,但磁通量的变化率_，产生的感应电动势_,最大,(4)线圈每经过中性面一次电流方向就改变一次，线圈转动,一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两次,最大,智浪教育-普惠英才文库,5确定交变电流瞬时值表达式的基本思路,(1

3、)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式,EmnBS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：线圈从中性面开始转动，则 it 图象为正弦函数图,象，函数式为 iImsint.,线圈从垂直中性面开始转动，则 it 图象为余弦函数图,象，函数式为 iImcost.,智浪教育-普惠英才文库,位是赫兹，符号为 Hz.频率越大，交变电流变化越_ 1 T 2,(3)周期和频率的关系：f .,考点 2,描述交变电流的物理量,1周期和频率：交变电流的周期和频率都是描述交变电流,变化快慢的物理量,慢,两,次数,(1)周期 T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需 的时间，单

4、位是秒(s)周期越大，交变电流变化越_，在一 个周期内，交变电流的方向变化_次 (2)频率 f：交变电流在 1 s 内完成周期性变化的_，单,快,智浪教育-普惠英才文库,(4)我国生活用电的电压是_，周期是_，频率,是_，每秒钟电流方向变化_次,220 V,0.02 s,2交变电流瞬时值、最大值、有效值和平均值的比较(线,圈在中性面位置开始计时),50 Hz,100,智浪教育-普惠英才文库,续表,智浪教育-普惠英才文库,续表,智浪教育-普惠英才文库,3.对交变电流最大值、有效值的理解(以电动势为例),(1)最大值(峰值)Em：当线圈转到与中性面垂直时，穿过线 圈的磁通量为 0，感应电动势最大，

5、其表达式为 EmnBS.应 强调指出的是，Em 仅由匝数 n，线圈面积 S，磁感应强度 B 和 角速度四个量决定，与转轴位置，线圈的形状及线圈是否闭 合都无关,智浪教育-普惠英才文库,(2)交变电流的有效值,有效值是根据电流的热效应来规定的，如果交变电流与 某恒定电流在相同时间内通过相同电阻时其产生的热效应相 同，则将该恒定电流的数值叫做该交变电流的有效值注意： 这是在“三个相同”，即“相同电阻”、“相同时间”内产生 “相同热量”下的等效计算时“相同时间”要取周期的整数 倍，一般取一个周期,注意：在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示 数均为交变电流的有效值，一般用电器铭牌上直接标出的是交

6、 变电流的有效值，在没有具体说明的情况下，所给出的交变电 流的电压、电流指的是有效值,智浪教育-普惠英才文库,题组 1,对应考点 1,1下列选项所示的线圈中不能产生交变电流的是(,),A,B,C,D,智浪教育-普惠英才文库,解析：当线圈绕垂直于磁场的轴转动，磁通量发生变化，,才能产生交变电流，B、C、D 均符合要求，A 项中线圈的磁通 量不发生变化，故不产生交变电流,答案：A,智浪教育-普惠英才文库,2某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产 生交变电流的图象如图 1112 所示，由图中信息可以判断,(,),A.在 A 和 C 时刻线圈处于中性面位置 B.在 B 和 D 时刻穿过线圈的

7、磁通量 为零,C从 AD 时刻线圈转过的角度为 2,D若从 OD 时刻历时 0.02 s，则在 1 s 内交变电流的方 向改变 100 次,图 1112,智浪教育-普惠英才文库,解析：从该图象来看，在 O、B、D 时刻电流为零，所以此 时线圈恰好在中性面的位置，且穿过线圈的磁通量最大；在 A、 C 时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量 为零；1 s 内线圈转动 50 个周期，100 次经过中性面，电流方向 改变 100 次综合以上分析可得，只有选项 D 正确,答案：D,智浪教育-普惠英才文库,3(双选，2011 年肇庆检测)一矩形金属线圈，绕垂直于磁 场方向的转轴在匀强磁场中匀

8、速转动，线圈中产生的电动势 e 随时间 t 变化的情况如图 1113 所示下列说法正确的是,(,),A此交流电的频率为 0.5 Hz B此交流电的电动势有效值 为 2V,Ct0.01 s 时，线圈平面与,磁场方向垂直 Dt0.02 s 时，线圈磁通量变化率为零,图 1113,智浪教育-普惠英才文库,解析：由题图可知，此交流电周期为 T0.02 s，故频率,均错误t0.01 s 时，e0，此时线圈平面处在中性面，故 C 正确t0.02 s 时，线圈平面再次到达中性面，磁通变化率为 零，D 正确,答案：CD,智浪教育-普惠英才文库,题组 2,对应考点 2,),4(2012 年广州一模)交变电流 u

9、50sin100t V 的( A周期为 100 s B频率为 50 Hz,C电压峰值为 50,D电压有效值为 50 V 答案：B,智浪教育-普惠英才文库,5正弦交变电源与电阻 R、交流电压表按照图 1114 甲所示的方式连接，R10 ，交流电压表的示数是 10 V图,),乙是交变电源输出电压 u 随时间 t 变化的图象则( 图 1114,智浪教育-普惠英才文库,A.通过 R 的电流 iR 随时间 t 变化的规律是 iR B.通过 R 的电流 iR 随时间 t 变化的规律是 iR C.R 两端的电压uR 随时间 t 变化的规律是uR D.R 两端的电压 uR 随时间 t 变化的规律是 uR,答案

10、：A,智浪教育-普惠英才文库,热点 1,交变电流的产生、描述及图象,【例 1】(2011 年天津卷)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕 与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图 1115 所示，产生的交,变电动势的图象如图 1116 所示，则(,),智浪教育-普惠英才文库,At0.005 s 时线框的磁通量变化率为零 Bt0.01 s 时线框平面与中性面重合 C线框产生的交变电动势有效值为 311 V D线框产生的交变电动势的频率为 100 Hz,图 1115,图 1116,智浪教育-普惠英才文库,解析：由交变电动势的图象可知，该交变电动势瞬时值的 表达式为e311sin100t.当t0.005 s 时，

11、瞬时值e311 V，此 时磁通量变化率最大，A 错误；同理当 t0.01 s 时，e0 V， 此时线框处于中性面位置，磁通量最大，磁通量的变化率为零，,错误,答案：B,智浪教育-普惠英才文库,备考策略：要将图象上的点与线圈的实际位置对应起来， 牢记线圈经过两个特殊位置时的特点是处理图象问题的关键 此外，由图象直接可以看出周期与峰值，进而可求得频率和有 效值要注意交变电动势、电流实际上还是由电磁感应产生的， 其大小取决于磁通量的变化率当线圈平面处于中性面时，磁 通量最大，但磁通量的变化率却为零，感应电动势和感应电流 也为零用交变电流的图象能够较全面的考查描述交变电流和 各物理量，还可以结合交变电

12、流的产生、变压器、电阻定律等 命题，因此倍受命题专家的青睐遇到此类问题，考生应尽量 先写出交变电流的表达式，然后才进一步作答,智浪教育-普惠英才文库,1(双选，珠海 2011 届高三调研)如图 1117 所示的交 流电压加在一阻值为 22 的电阻两端，下列说法正确的是( ) A流过电阻的电流方向每秒改 变 50 次 B该交流电压的瞬时值表达式,为 u110,C并联在该电阻两端的交流电压表的示数为 110 V D该电阻消耗的功率为 1100 W,图 1117,智浪教育-普惠英才文库,解析：由图可知，T0.02 s，100,电流在一个周期内 方向改变两次，故每秒改变 100 次，A 错误由交变电流

13、的电 动势瞬时值表达式 eEmsint 可知，B 正确电压表的示数为,答案：BC,智浪教育-普惠英才文库,热点 2,非正弦交变电流有效值的计算,【例 2】(2011 年安徽卷)如图 1118 所示的区域内有垂 直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为 B.电阻为 R、半径为 L、 圆心角为 45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的 O 轴以角速度 匀速转动(O 轴位于磁场边界)则线框内产生的感应电流的有,效值为(,),智浪教育-普惠英才文库,图 1118,图 1119,智浪教育-普惠英才文库,解析：线框在磁场中转动时产生感应电动势最大值 Em,图 1119 所示(以逆时针方向为正方向)交变电流的有效值 是根

14、据电流的热效应得出的，设该感应电流的有效值为 I，在一 C 错误，选项 D 正确,答案：D,智浪教育-普惠英才文库,2(2010 年湛江模拟)某家用电子调光灯的调光原理是用电 子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的，由 截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，与过去用 变压器调压的方法相比较更方便且体积小某电子调光灯经调 整后的电压波形如图 11110 所示，若用多用电表测灯泡的,两端的电压，多用电表示数为(,),智浪教育-普惠英才文库,图 11110,解析：多用电表测得的电压值为有效值，根据电流的热效,答案：C,智浪教育-普惠英才文库,易错点 1,根据图象判断两特殊位置的特

15、点,【例 1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场位于线圈平面内 的固定轴转动线圈中的感应电动势 e 随时间 t 的变化关系如,),图 11111 所示下面说法中正确的是( 图 11111,智浪教育-普惠英才文库,A.t1 时刻通过线圈的磁通量为零,B.t2 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大,C.t3 时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大,D.每当 e 变换方向时，通过线圈磁通量的绝对值都为最大 正确解析：t1、t3 时刻对应线圈与中性面重合，穿过线圈的 磁通量最大，但磁通量变化率为零，此时感应电动势为零，感 应电流也为零，恰是电流改变方向的时刻，故 A、C 均错；t2、 t4 时刻对应线圈与中性

16、面垂直，线圈平面与磁感线平行，穿过 线圈的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，此时感应电动势 最大，感应电流最大故选 D.,智浪教育-普惠英才文库,指点迷津：这道试题结合交流电的产生考查了线圈在匀强 磁场中转动时，通过线圈磁通量与磁通量变化率这两个不同物 理量的变化情况，是一个典型的通过具体问题考查考生对两个 有联系但根本不同的物理概念的理解程度，类似的如速度与加 速度的概念等在平时学习中注意理解磁通量与磁通量变化率 问题，关键是将图象与线圈转动过程中的实际位置对应起来， 尤其是中性面和中性面的垂直面位置分别对应图象中的哪一个 时刻，深刻理解并牢记线圈经过两个特殊面位置时的特点,智浪教育-普惠英

17、才文库,1矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转,动，下列说法正确的是(,),A在中性面时，通过线圈的磁通量最大 B在中性面时，感应电动势最大 C穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零 D线圈每通过中性面两次，电流方向改变一次 解析：线圈处于中性面位置时，通过线圈的磁通量最大， 磁通量变化率为零，感应电动势为零；而当线圈转至其平面与 磁感线平行时，恰是磁通量为零处，而磁通量变化率却最大， 因而感应电动势也最大,答案：A,智浪教育-普惠英才文库,易错点 2,四值问题的计算,【例 2】(2011 年佛山一模)交流发电机转子有 n 匝线圈，每 匝线圈所围面积为 S，匀强磁场的磁感应强度为

18、B，匀速转动的 角速度为，线圈内阻为 r，外电路电阻为 R.当线圈由图 11112 中实线位置匀速转动 90到达虚线位置过程中，求： (1)通过 R 的电荷量 q 为多少？ (2)R 上产生电热 QR 为多少？ (3)外力做的功 W 为多少？ 图 11112,智浪教育-普惠英才文库,智浪教育-普惠英才文库,(2)求电热应该用有效值，先求总电热 Q，再按照内外电阻,(3)根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的 过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出电热因,指点迷津：求解计算电荷量时，电流、电压必须要用平均 值，不能用有效值；求解电流发热的问题时，电流、电压必须 要用有效值，而不

19、能用平均值、最大值或瞬时值.,智浪教育-普惠英才文库,2如图 11113 所示，匀强磁场的磁感应强度 B0.5 T， 边长 L10 cm 的正方形线圈 abcd 共 100 匝，线圈电阻 r1 ， 线圈绕垂直于磁感线的对称轴 OO匀速转动，角速度为 2 rad/s，外电路电阻 R4 ，求： (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)问(2)过程中产生的平均感应电动势,智浪教育-普惠英才文库,(4)交流电电表的示数 (5)转动一周外力做的功,行位置开始计时),图 11113,智浪教育-普惠英才文库,解：(1)感应电动势的最大

20、值 EmnBS1000.520.12 V3.14 V. (2)转过 60时的瞬时感应电动势 eEmcos603.140.5 V1.57 V. (3)通过 60角过程中产生的平均感应电动势,(4)电压表示数为外电路电压的有效值,智浪教育-普惠英才文库,(5)转动一周所做的功等于电流产生的热量,智浪教育-普惠英才文库,线圈转过 60时的感应电流为 1 A那么(,1(双选，2011 年四川卷)如图 11114 所示，在匀强磁 场中匀速转动的矩形线圈的周期为 T，转轴 O1O2 垂直于磁场方 向，线圈电阻为 2 .从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，,),图 11114,A线圈消耗的电功率为 4 W

21、B线圈中感应电流的有效值为 2 A,C任意时刻线圈中的感应电动势为 e4cos,D任意时刻穿过线圈的磁通量为,智浪教育-普惠英才文库,解析：当线圈从图示位置开始计时，此时交变电流的瞬时,答案：AC,智浪教育-普惠英才文库,2(2009 年福建卷)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 11115 甲所示已知发电机线圈内 阻为 5.0 ，则外接一只电阻为 95.0 的灯泡，如图乙所示，则,(,),图 11115,智浪教育-普惠英才文库,A电压表 V 的示数为 220 V,B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 484 W,D发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为 24.2 J,智浪教育-普惠英才文库,解析：电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由图象知电,答案：D,智浪教育-普惠英才文库,(2)线框从中性面开始转过 的过程,3(2009 年天津卷)如图 11116 所示，单匝矩形闭合导 线框 abcd 全部处于磁感应强度为 B 的水平匀强磁场中，线框面 积为 S，电阻为 R.线框绕与 cd 边重合的竖直固定转轴以角速度 匀速转动，求：,(1)线框中感应电流的有效值,中，通过导线横截面的电荷量,图 11116,智浪教育-普惠英才文库,解：(1)电动势的最大值 EmBS,(2)通过导线横截面的电荷量为,智浪教育-普惠英才文库,