2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述課件.ppt

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第十一章交變電流傳感器 第1講交變電流的產(chǎn)生和描述 過好雙基關(guān) 一 正弦式交變電流1 產(chǎn)生線圈繞方向的軸勻速轉(zhuǎn)動 2 兩個特殊位置的特點 1 線圈平面與中性面重合時 S B 0 e 0 i 0 電流方向?qū)?2 線圈平面與中性面垂直時 S B 0 e最大 i最大 電流方向 垂直于磁場 最大 發(fā)生改變 最大 不改變 3 電流方向的改變一個周期內(nèi)線圈中電流的方向改變次 4 交變電動勢的最大值Em 與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān) 與線圈形狀無關(guān) 5 交變電動勢隨時間的變化規(guī)律e 兩 nBS nBS sin t 答案 自測1 多選 關(guān)于中性面 下列說法正確的是A 線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時 穿過線圈的磁通量最大 磁通量的變化率為零B 線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時 穿過線圈的磁通量為零 磁通量的變化率最大C 線圈每經(jīng)過一次中性面 感應(yīng)電流的方向就改變一次D 線圈每轉(zhuǎn)動一周經(jīng)過中性面一次 所以線圈每轉(zhuǎn)動一周 感應(yīng)電流的方向就改變一次 二 描述交變電流的物理量1 周期和頻率 1 周期T 交變電流完成1次周期性變化所需要的 單位是秒 s 表達(dá)式為T n為轉(zhuǎn)速 2 頻率f 交變電流在1s內(nèi)完成的次數(shù) 單位是 3 周期和頻率的關(guān)系 T 時間 周期性變化 赫茲 Hz 2 交變電流的瞬時值 最大值 有效值和平均值 1 瞬時值 交變電流的值 是時間的函數(shù) 2 最大值 交變電流或電壓所能達(dá)到的最大的值 3 有效值 讓恒定電流和交變電流分別通過阻值相等的電阻 如果在交流的一個周期內(nèi)它們相等 就可以把恒定電流的數(shù)值規(guī)定為這個交變電流的有效值 某一時刻 產(chǎn)生的熱量 答案 自測2 多選 圖1甲為交流發(fā)電機(jī)的原理圖 正方形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸OO 勻速轉(zhuǎn)動 電流表為理想交流電表 線圈中產(chǎn)生的交變電流隨時間的變化如圖乙所示 則A 電流表的示數(shù)為10AB 線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50rad sC 0 01s時線圈平面和磁場平行D 0 01s時通過線圈的磁通量變化率為0 圖1 研透命題點 1 交變電流的變化規(guī)律 線圈在中性面位置開始計時 命題點一交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律 基礎(chǔ)考點自主悟透 2 交變電流瞬時值表達(dá)式的書寫 1 確定正弦交變電流的峰值 根據(jù)已知圖象讀出或由公式Em nBS 求出相應(yīng)峰值 2 明確線圈的初始位置 找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式 如 線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動 則i t圖象為正弦函數(shù)圖象 函數(shù)式為i Imsin t 線圈從垂直于中性面的位置開始轉(zhuǎn)動 則i t圖象為余弦函數(shù)圖象 函數(shù)式為i Imcos t 例1 多選 2016 全國卷 21 如圖2 M為半圓形導(dǎo)線框 圓心為OM N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框 圓心為ON 兩導(dǎo)線框在同一豎直面 紙面 內(nèi) 兩圓弧半徑相等 過直線OMON的水平面上方有一勻強(qiáng)磁場 磁場方向垂直于紙面 現(xiàn)使線框M N在t 0時從圖示位置開始 分別繞垂直于紙面且過OM和ON的軸 以相同的周期T逆時針勻速轉(zhuǎn)動 則A 兩導(dǎo)線框中均會產(chǎn)生正弦交流電B 兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于TC 在t 時 兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等D 兩導(dǎo)線框的電阻相等時 兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等 圖2 答案 解析 解析兩導(dǎo)線框進(jìn)入磁場過程中 勻速轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小不變 選項A錯誤 導(dǎo)線框的轉(zhuǎn)動周期為T 則感應(yīng)電流的周期也為T 選項B正確 在t 時 切割磁感線的有效長度相同 兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等 選項C正確 M導(dǎo)線框中一直有感應(yīng)電流 N導(dǎo)線框中只有一半時間內(nèi)有感應(yīng)電流 所以兩導(dǎo)線框的電阻相等時 感應(yīng)電流的有效值不相等 選項D錯誤 答案 變式1 多選 一只閉合的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動 穿過線圈的磁通量隨時間的變化圖象如圖3所示 則下列說法正確的是A t 0時刻線圈平面與中性面重合B t 0 1s時刻 穿過線圈平面的磁通量的變化率最大C t 0 2s時刻 線圈中有最大感應(yīng)電動勢D 若轉(zhuǎn)動周期減小一半 則電動勢也減小一半 圖3 解析 由Em nBS 可知 周期減半時角速度增大一倍 則電動勢就增大一倍 故D錯誤 答案 變式2如圖4甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖 其單匝矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中 繞垂直于磁場方向的固定軸OO 勻速轉(zhuǎn)動 線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與R 10 的電阻連接 與電阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電壓表 示數(shù)是10V 圖乙是矩形線圈中磁通量 隨時間t變化的圖象 則A 電阻R上的電功率為20WB t 0 02s時 R兩端的電壓瞬時值為零C R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u 14 1cos100 tVD 通過R的電流i隨時間t變化的規(guī)律是i 14 1cos50 tA 圖4 解析 由題圖乙知t 0 02s時磁通量變化率最大 R兩端的電壓瞬時值最大 選項B錯誤 R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u 14 1cos100 tV 選項C正確 1 交變電流有效值的規(guī)定交變電流 恒定電流I直分別通過同一電阻R 在交流的一個周期內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱分別為Q交 Q直 若Q交 Q直 則交變電流的有效值I I直 直流有效值也可以這樣算 2 對有效值的理解 1 交流電流表 交流電壓表的示數(shù)是指有效值 2 用電器銘牌上標(biāo)的值 如額定電壓 額定功率等 指的均是有效值 3 計算熱量 電功率及保險絲的熔斷電流指的是有效值 4 沒有特別加以說明的 是指有效值 5 交流的最大值是有效值的倍 僅用于正 余 弦式交變電流 命題點二交流電有效值的求解 基礎(chǔ)考點自主悟透 3 計算交變電流有效值的方法 1 計算有效值時要根據(jù)電流的熱效應(yīng) 抓住 三同 相同時間 內(nèi) 相同電阻 上產(chǎn)生 相同熱量 列式求解 2 分段計算電熱求和得出一個周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量 3 利用兩個公式Q I2Rt和Q t可分別求得電流有效值和電壓有效值 例2 多選 如圖5所示 甲 乙為兩種電壓的波形 其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化 圖乙所示的電壓波形是正弦函數(shù)圖象的一部分 下列說法正確的是A 圖甲 圖乙均表示交變電流B 圖甲所示電壓的瞬時值表達(dá)式為u 20sin100 t V C 圖乙所示電壓的有效值為20VD 圖乙所示電壓的有效值為10V 答案 解析 圖5 解析根據(jù)交變電流的定義 題圖甲 題圖乙均表示交變電流 選項A正確 題圖甲中電壓的最大值為Um 20V 周期為0 02s 則電壓的瞬時值表達(dá)式為u Umsint 20sin100 t V 選項B正確 變式3電壓u隨時間t的變化情況如圖6所示 皆為正弦函數(shù)圖象的一部分 求電壓的有效值 答案 圖6 解析 解析由有效值的定義式得 變式4 多選 2017 天津理綜 6 在勻強(qiáng)磁場中 一個100匝的閉合矩形金屬線圈 繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動 穿過該線圈的磁通量隨時間按圖7所示正弦規(guī)律變化 設(shè)線圈總電阻為2 則A t 0時 線圈平面平行于磁感線B t 1s時 線圈中的電流改變方向C t 1 5s時 線圈中的感應(yīng)電動勢最大D 一個周期內(nèi) 線圈產(chǎn)生的熱量為8 2J 答案 解析 圖7 解析t 0時 穿過線圈的磁通量為零 線圈平面平行于磁感線 故A正確 每經(jīng)過一次中性面 線圈平面垂直于磁感線 磁通量有最大值 電流的方向改變一次 t 1s時 磁通量為零 線圈平面平行于磁感線 故B錯誤 答案 解析 含二極管的交流電有效值的求解 拓展點 例3如圖8所示電路 電阻R1與電阻R2串聯(lián)接在交變電源上 且R1 R2 10 正弦交流電的表達(dá)式為u 20sin100 t V R1和理想二極管D 正向電阻可看做零 反向電阻可看做無窮大 并聯(lián) 則R2上的電功率為 A 10WB 15WC 25WD 30W 圖8 變式5在如圖9甲所示的電路中 D為理想二極管 正向電阻為零 反向電阻為無窮大 R1 30 R2 60 R3 10 在MN間加上如圖乙所示的交變電壓時 R3兩端電壓表的讀數(shù)大約是 答案 圖9 A 3VB 3 5VC 4VD 5V 交變電流的瞬時值 峰值 有效值和平均值的比較 命題點三交變電流 四值 的理解和計算 能力考點師生共研 例4如圖10所示 N 50匝的矩形線圈abcd ab邊長l1 20cm ad邊長l2 25cm 放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 4T的勻強(qiáng)磁場中 外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO 軸以n 3000r min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動 線圈電阻r 1 外電路電阻R 9 t 0時線圈平面與磁感線平行 ab邊正轉(zhuǎn)出紙外 cd邊轉(zhuǎn)入紙里 求 3 14 1 t 0時感應(yīng)電流的方向 圖10 答案感應(yīng)電流方向沿adcba 解析根據(jù)右手定則 線圈感應(yīng)電流方向為adcba 答案 解析 2 感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式 答案e 314cos 100 t V 解析線圈的角速度 2 n 100 rad s題圖位置的感應(yīng)電動勢最大 其大小為Em NBl1l2 代入數(shù)據(jù)得Em 314V感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e Emcos t 314cos 100 t V 答案 解析 3 線圈轉(zhuǎn)一圈外力做的功 答案98 6J 解析電動勢的有效值 答案 解析 線圈勻速轉(zhuǎn)動的周期 線圈勻速轉(zhuǎn)動一圈 外力做功大小等于電功的大小 即 代入數(shù)據(jù)得W 98 6J 4 從圖示位置轉(zhuǎn)過90 的過程中流過電阻R的電荷量 答案0 1C 解析從t 0時起線圈轉(zhuǎn)過90 的過程中 t內(nèi)流過電阻R的電荷量 答案 解析 代入數(shù)據(jù)得q 0 1C 變式6 多選 如圖11所示 邊長為L的正方形單匝線圈abcd 電阻為r 外電路的電阻為R ab的中點和cd的中點的連線OO 恰好位于勻強(qiáng)磁場的邊界線上 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 若線圈從圖示位置開始 以角速度 繞OO 軸勻速轉(zhuǎn)動 則以下判斷正確的是A 圖示位置線圈中的感應(yīng)電動勢最大為Em BL2 答案 圖11 解析 解析題圖位置線圈中的感應(yīng)電動勢最小 為零 A錯誤 課時作業(yè) 1 多選 下面關(guān)于交變電流的說法中正確的是A 交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓值和電流值是交變電流的峰值B 用交流電流表和電壓表測定的數(shù)值是交變電流的瞬時值C 給定的交變電流數(shù)值 在沒有特別說明的情況下都是指有效值D 和交變電流有相同熱效應(yīng)的直流電流的數(shù)值是交變電流的有效值 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動 當(dāng)線圈通過中性面時 以下說法錯誤的是A 線圈中的感應(yīng)電動勢為零B 線圈平面與磁感線方向垂直C 通過線圈的磁通量達(dá)到最大值D 通過線圈的磁通量變化率達(dá)到最大值 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析在中性面時 線圈與磁場垂直 磁通量最大 通過線圈的磁通量變化率為零 感應(yīng)電動勢為零 故A B C正確 D錯誤 3 多選 交變電動勢瞬時值表達(dá)式e 10sin4 tV 下列說法正確的是A 此交變電流的頻率是4 HzB 該交變電流的周期是0 5sC 當(dāng)t 0時 產(chǎn)生此交變電流的線圈與中性面重合D 當(dāng)t 0 5s時 此交變電動勢有最大值 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析由表達(dá)式可知 4 rad s 2 f f 2Hz 故選項A錯誤 4 標(biāo)有 220V100W 的一燈泡接在u 311sin314tV的正弦交變電流上 則A 產(chǎn)生該交變電流的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為每分鐘50轉(zhuǎn)B 與該燈泡串聯(lián)的理想電流表讀數(shù)為0 64AC 與該燈泡并聯(lián)的理想電壓表讀數(shù)為311VD 通過該燈泡的電流i 0 64sin314tA 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析燈泡接在u 311sin314tV的正弦交變電流上 314rad s 由 2 n知產(chǎn)生該交變電流的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為每秒50轉(zhuǎn) 故A錯誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 與燈泡并聯(lián)的理想電壓表讀數(shù)為220V 故C錯誤 5 一交流電壓為u 100sin 100 t V 由此表達(dá)式可知A 用電壓表測該電壓其示數(shù)為50VB 該交流電壓的周期為0 02sC 將該電壓加在 100V100W 的燈泡兩端 燈泡的實際功率小于100WD t s時 該交流電壓的瞬時值為50V 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析電壓有效值為100V 故用電壓表測該電壓其示數(shù)為100V A項錯誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 將該電壓加在 100V100W 的燈泡兩端 燈泡恰好正常工作 實際功率等于100W C項錯 6 如圖1所示 表示一交流電的電流隨時間變化的圖象 此交流電的有效值是 圖1 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7 2018 遼寧大連質(zhì)檢 A B是兩個完全相同的電熱器 A通以圖2甲所示的方波交變電流 B通以圖乙所示的正弦式交變電流 則兩電熱器的電功率PA PB等于 圖2 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8 一正弦交變電流的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖3所示 由圖可知A 該交變電流的電壓的瞬時值表達(dá)式為u 100sin25t V B 該交變電流的頻率為4HzC 該交變電流的電壓的有效值為100VD 若將該交變電壓加在阻值為R 100 的電阻兩端 則電阻消耗的功率是50W 答案 解析 圖3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9 多選 2017 山西五校四聯(lián) 如圖4甲所示 一臺線圈內(nèi)阻為2 的小型發(fā)電機(jī)外接一只電阻為10 的燈泡 發(fā)電機(jī)內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為T 線圈的面積為0 01m2 發(fā)電機(jī)正常工作時燈泡的電流i隨時間t變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示 下列說法正確的是A t 0 05s時 穿過線圈的磁通量為零B t 0 05s時 理想交流電壓表的示數(shù)為30VC 發(fā)電機(jī)內(nèi)線圈的匝數(shù)為240D 發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為9J 答案 解析 圖4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析由題圖乙可知t 0 05s時 發(fā)電機(jī)的輸出電流為最大值 此時線圈平面與中性面垂直 穿過線圈的磁通量為零 A項正確 由題圖乙可知電流的有效值I 3A 理想交流電壓表的示數(shù)U 3 10V 30V B項正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Q 32 2 1J 18J D項錯誤 10 2018 四川成都調(diào)研 如圖5所示 N匝矩形導(dǎo)線框以角速度 繞對稱軸OO 勻速轉(zhuǎn)動 線框面積為S 線框電阻 電感均不計 在OO 左側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場 外電路接有電阻R和理想電流表 那么可以確定的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖5 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11 如圖6甲所示 理想變壓器的原 副線圈匝數(shù)比n1 n2 10 1 L1和L2是相同型號的白熾燈 L1與電容器C串聯(lián) L2與帶鐵芯的線圈L串聯(lián) 為交流電壓表 當(dāng)原線圈接有如圖乙所示的正弦交變電壓時 電路穩(wěn)定后 兩只燈泡的亮度相同 則 圖6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A 與副線圈并聯(lián)的電壓表在t 1 10 2s時的示數(shù)為0B 與副線圈并聯(lián)的電壓表在t 0 5 10 2s時的示數(shù)為22VC 當(dāng)原線圈所接正弦交變電壓的頻率變?yōu)?00Hz時 燈泡L1變亮 燈泡L2變暗D 當(dāng)原線圈所接正弦交變電壓的頻率變?yōu)?00Hz時 燈泡L1變暗 燈泡L2變亮 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析與副線圈并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為副線圈兩端電壓的有效值 在不改變其他條件時 其示數(shù)不變 為U 22V A B錯 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12 多選 2017 遼寧沈陽二中月考 如圖7甲所示 將阻值為R 5 的電阻接到內(nèi)阻不計的正弦交變電源上 電流隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示 理想電流表串聯(lián)在電路中測量電流的大小 對此 下列說法正確的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖7 A 電阻R兩端電壓變化規(guī)律的函數(shù)表達(dá)式為u 2 5sin 200 t VB 電阻R消耗的電功率為1 25WC 如圖丙所示 若此交變電流由一矩形線框在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生 當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時 電流表的示數(shù)為1AD 這一交變電流與圖丁所示電流比較 其有效值之比為1 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13 2017 甘肅蘭州一中期中 如圖8甲所示 一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置 線圈的左端接一只小燈泡 線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直且均勻分布的磁場 已知線圈的匝數(shù)n 100匝 總電阻r 1 0 所圍成矩形的面積S 0 040m2 小燈泡的電阻R 9 0 磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達(dá)式為e 其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值 T為磁場變化的周期 不計燈絲電阻隨溫度的變化 求 圖8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案8 0V 2 小燈泡消耗的電功率 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案2 88W 3 在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的0 時間內(nèi) 通過小燈泡的電荷量 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案4 0 10 3C