2013届高考物理一轮复习巩固测试101交变电流的产生及描述.pdf

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1、高考调研 第十章 交变电流传感器 高三物理（新课标版） 第十章 交变电流传感器 高考调研 第十章 交变电流传感器 高三物理（新课标版） 1交变电流、交变电流的图像() 2 正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值 () 3理想变压器 () 4远距离输电 () 实验十一：传感器的简单使用 高考调研 第十章 交变电流传感器 高三物理（新课标版） 1从近几年的命题情况看，总体上难度不大，热点 较为集中，主要集中在以下两个方面：一是交变电流的 产生、图像和有效值问题；二是变压器、电压、功率、 电流关系及远距离输电问题 高考调研 第十章 交变电流传感器 高三物理（新课标版） 2高考对本部分知识的考查主要

2、以选择题的形式出 现，但也出现过关于交变电流的计算题在增加应用型 和能力型试题的今天，应注意本部分知识与现代科技的 联系 . 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 第1节交变电流的产生及描述 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 一、交变电流的产生和变化规律 1交变电流： 大小和方向都随时间做_的 电流 2正弦式交变电流 (1)定义：按 _变化的交变电流 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (2)产生：将闭合矩形线圈置于_磁场中， 并绕 _方向的轴做 _转动 (3)线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有感应电流， 这样的位置叫_，在此位置时，磁通量 _，磁通量的变化率_，线

3、圈中感 应电动势 _，线圈每次经过此位置时，电流 方向就改变一次，一周内电流方向改变_次， 50 Hz 的交流电，在1 秒内电流改变 ? _次方向 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 3 正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开 始计时 ) (1)电动势 e随时间变化的规律：e? _. (2)负载两端的电压u 随时间变化的规律：u? _. 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (3)电流 i 随时间变化的规律：i? _ 其中 为线圈转动的 ? _，Em? _. (4)正弦交变电流的图像(如图所示 ) 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 【重点提示】(1)电流大小

4、变化但方向不变的电流 仍然是直流电，即只要方向不改变的电流就是直流电 (2)若线圈有n 匝，线圈的面积为S，线圈转动的角 速度为 ，则 EmnBS . 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 二、描述交变电流的物理量 1周期和频率 (1)周期 T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一 周)所需的 ? _，单位是秒 (s)公式表达式为? _. (2)频率 f： 交变电流在 1 s内完成 ? _的次数， 单位是赫兹 (Hz) 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (3)周期和频率的关系：T? _或 f 21 _. 2交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流 22

5、 _的值，是时间的函 数 (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的 23 _. 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (3)有效值：让交流与恒定电流通过相同的电阻，如 果它们在一个周期内 24 _相等，则这个恒定电流 I、恒定电压 U 就是这个交变电流的有效值 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I 25 _， U 26 _， E 27 _. (5)平均值：交变电流图像中波形与横轴所围面积跟 时间的比值，其数值可以用E 28_计算 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 【重点提示】(1)有效值和平均值是不同的求电 流的热

6、效应要用有效值，求流过导体截面的电量要用平 均值 (2)用电器铭牌上所标的电压都是额定电压的有效 值 (3)只有正 (余)弦交变电流的有效值是最大值的 1 2 ， 其他交变电流的有效值要根据有效值的定义求解 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 三、电感和电容对交变电流的影响 (1)感抗：表示电感线圈对交变电流阻碍作用的大小 线圈的自感系数越大，交变电流的频率越大，电 感对交变电流的阻碍作用越 29 _. 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 作用：通30_、阻31_(低频扼流 圈)，通低频、阻高频 (高频扼流圈 ) (2)容抗：表示电容对交变电流阻碍作用的大小 高三物理（新课

7、标版） 第十章第1节 高考调研 电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对 交流的阻碍作用就越32_. 作用：通 33 _、隔 34 _；通高频、 阻低频 . 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 周期性变化正弦规律匀强垂直于磁 场匀速中性面最大为零为零 两次? 100 ? Emsint ? Umsint? I msint ? 角 速度? nBS ? 时间? 2 ? 周期性变化? 1 f 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 21 1 T 22 某一时刻 23 最大值 24 产生的热量 25 Im 2 26 Um 2 27 Em 2 28 n t 29 大 30 直流 31 交

8、流 32 小 33 交流 34 直流 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 一、交变电流的产生及变化规律 规律方法 1交变电流的 “四值”的比较 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 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 eEmsint iImsint 计算线圈某时 刻的受力情况 峰值最大的瞬时值 EmnBS Im Em Rr 讨论电容器的 击穿电压 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 有 效 值 跟 交 变 电 流 的 热 效 应 等 效 的 恒 定 电 流值 对正 (余 )弦 交 变 电 流 有： E Em 2 U Um 2 I

9、 Im 2 (1)计算与电流的热效应 有关的量 (如功、功率、 热量等 ) (2)电气设备“铭牌”所 标的一般是有效值 (3)保险丝的熔断电流为 有效值 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 平均 值 交变电流 图像中图 线与时间 轴所夹的 面积与时 间的比 E BL v E n t I E Rr 计算通过 电路截面 的电荷量 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 2.对交变电动势的表达式eNBS sint 的理解应注 意的几个问题 (1)交流电瞬时值表达式的具体形式是由开始计时的 时刻和正方向的规定共同决定的若从中性面开始计时， 该瞬时虽然穿过线圈的磁通量最大，但线圈两边的运

10、动 方向恰和磁场方向平行，不切割磁感线，感应电动势为 零，故其表达式为：eEmsint； 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 但若从线圈平面和磁场平行时开始计时，虽然该时刻穿 过线圈的磁通量为零，但由于此时线圈两边的速度方向 和磁场方向垂直，感应电动势最大，故其表达式为：e Emcos t. 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (2)若线圈匝数为N，当其在匀强磁场中绕垂直于磁 场方向的轴匀速转动时，所产生的感应电动势的最大值 为：EmNBS .即 Em仅由 N、B、S、四个量决定，与 轴的具体位置和线圈的形状都是无关的 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 例 1一

11、个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁 场的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量 随时间 t 变 化的规律如下图所示，下面的说法正确的是() 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 At1时刻线圈中感应电动势较大 Bt2时刻导线 ad的速度方向与磁场方向垂直 Ct3时刻线圈平面与中性面重合 Dt4、t5时刻线圈中感应电流方向相同 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 _ _ _ _ _ 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 【解析】线圈中感应电动势的大小取决于 的变 化率，而不是 的大小， 最大时其变化率为0，此时 是中性面位置 【答案】BC 高三物理（新课标版） 第十章第

12、1节 高考调研 例 2 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 如图所示，矩形线圈abcd在磁感应强度B2 T 的 匀强磁场中绕轴OO以角速度 10 rad/s 匀速转动， 线圈共 10 匝，电阻 r5 ，ab0.3 m，bc0.6 m，负 载电阻 R45 .求： (1)写出从图示位置开始计时线框中感应电动势的瞬 时值表达式； (2)电阻 R 在 0.05 s内产生的热量； (3)0.05 s内流过电阻 R 上的电量 (设线圈从垂直中性 面开始转动 ) 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 _ _ _ _ _ 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 【解析】(1)电动势有最

13、大值为 EmnBS 1020.30.610V113.04 V 故瞬时值表达式 eEm cos t113.04cos10 t V (2)电流的有效值 I Im 2 Em 2 Rr 1.6 A 所以 0.05 s内 R 上产生的热量 QI 2Rt5.76 J 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (3)平均感应电动势为： E n t 72 V 平均感应电流为： I E Rr 1.44 A 所以通过电阻R 的电荷量为： q I t0.072 C. 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 【答案】(1)e113.04cos10tV (2)5.76 J(3)0.072 C 高三物理（新课标

14、版） 第十章第1节 高考调研 题后反思 (1)正弦交流电的电动势、电流、电压瞬时值表达式 中最关键的是首先要正确地写出电动势的瞬时值表达式 eNBS sint(t0 时，线圈位于中性面)，其中NBS 是最大值，以Em表示 E m 只由 N、B、S、四个量决 定，只要转动轴跟磁场垂直，且这四个量是一定的，则 最大值 EmNBS 就是确定的跟转动轴的位置以及线 圈的形状都无关 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (2)书写电动势表达式时应注意是线圈在磁场中转 动的角速度， 即 t ，而线圈的转速n 与角速度 是不 同的 正确地写出了电动势的表达式，利用闭合电路欧姆 定律 i e Rr E

15、m Rrsint 就可以计算电路中的瞬时电流 或写出电流瞬时值表达式了而路端电压uiR EmR Rr sint，即可写出表达式 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (3)对一般交流电有效值计算时，必须按有效值的定 义 即电流的热效应来计算具体计算时，所取的时 间为整周期数，通常取一个周期来计算电热即可 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 跟踪训练1一周期性变化的电压其变化规律如图 所示 ，周期为 2 T由图中数据可求出此交流电压() 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 A有效值为 2a B最大值为 2 2a C有效值为5a D最大值为10a 高三物理（新课标版）

16、第十章第1节 高考调研 诱思启导 (1)可以由 U Um 2计算有效值吗？ (2)按有效值的定义计算有效值 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 【解析】让这种交变电压和直流电压U 加在相同 阻值 R 的电阻上，在相等的时间 (设为一个周期 )内产生的 热量相等，则U 为该交变电压的有效值，即 Q U 2 R T 3a 2 R T 2 a 2 R T 2 则 U5a 即有效值为5a，最大值为 3a. C 正确 【答案】C 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 跟踪训练2一台小型发电机产生的电动势随时间 变化的正弦规律图像如图甲所示已知发电机线圈内阻 为 5.0 ， 现外接一只电

17、阻为95.0 的灯泡，如图乙所示， 则() 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 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 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 诱思启导 (1)转动的线圈相当于电源，线圈电阻为内电阻 (2)计算灯泡或内阻产生的焦耳热应使用有效值 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 【解析】由图像可知电动势的有效值为220 V，而 电压表测量的是路端电压，其大小为U E RrR 220 955 95 V209 V，A 错误； B 选项，由

18、图像读出交变电流 的周期为 T0.02 s ，则频率 f 1 T 50 Hz，一个周期内电 流的方向要改变2 次，故每秒钟电流方向要改变250 100(次)； 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 C 选项，灯泡的实际功率为P( E Rr) 2R( 220 955) 295 W459.8 W；D 选项，由焦耳定律得Q( E Rr )2rt ( 200 955) 251 J24.2 J本题正确选项为 D. 【答案】D 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 二、电感、电容对交变电流的作用 规律方法 电感线圈和电容器在交变电路中相当于一个电阻， 但表示它们对交变电流阻碍作用大小的感抗

19、和容抗与导 体的电阻有很大的不同，导体的电阻由导体本身性质决 定，与接在导体两端的电源无关，而感抗和容抗不但与 电感和电容有关，还与交变电流的频率有关 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 (1)对于感抗，随线圈的自感系数和交变电流频率的 增大而增大，它在电路中的作用是“通直流、阻交流， 通低频、阻高频” (2)容抗的大小是随电容值的增大而减小，随交变电 流频率的增大而减小，它在电路中的作用是：“通交流、 隔直流，通高频、阻低频” 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 例 3如图所示， 三个灯泡是相同的， 而且耐压足够 大，电源内阻忽略当单刀双掷开关S 接 A 时，三个灯 亮度

20、相同，当S 接 B 时() 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 A三个灯亮度相同 B甲灯最亮，丙灯不亮 C甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮 D只有丙灯不亮，乙灯最亮 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 _ _ _ _ _ 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 【解析】开关 S 接 A 时，甲、乙、丙三个支路均 有交流电通过 开关 S接 B 时，电路处于直流工作状态， 电容 C“隔直、通交”；电感 L“阻交、通直”；R 对交、 直流有相同的阻抗可判断此时电路中I丙0，I甲不变， I 乙增大；又因为灯泡亮度与热功率(PI 2R)成正比所以 只有丙灯不亮，乙灯最亮，故选D.

21、【答案】D 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 题后反思 此类问题关键是熟记电感、电容对直流、交流的作 用以及影响感抗和容抗的因素(C、 L 大小以及交变电流频 率) 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 跟踪训练 3如图所示，黑箱输入端A、B 输入含有 直流成分和交流成分的电流，为了使输出端a、b输出只 有直流成分，黑箱中可能有电容器、电感线圈或电阻， 其中效果最好的是 () 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 诱思启导 什么元件允许直流通过而阻碍交流？什么元件又阻 止直流通过而允许交流通过？ 高三物理（新课标版） 第十章第1节 高考调研 【解析】要想保留直流成份，而阻止交流通过， 必须用自感系数很大的电感线圈，而要把交流成份滤掉， 而隔断直流成份，则需要用电容器，所以，C 图符合要 求 【答案】C