高考物理沖刺專題復習課件第五章 第二講 交變電流的產生和描述

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歡迎進入物理課堂 1 能結合交流發(fā)電機的工作原理圖 理解電動勢隨時間變化的規(guī)律e Emsin t的推導過程 是線圈轉動的角速度 2 交變電流 交變電流的圖象 3 正弦交變電流的函數表達式 峰值和有效值 4 理想變壓器 5 遠距離輸電 本章考查的熱點有交流電的圖象及有效值的計算 變壓器的原理 電壓與電流及功率關系 題型以選擇題為主 也有將本章知識與電磁感應知識相結合進行綜合考查 難度中等 復習時應重點理解交流電的產生及描述 掌握變壓器的電壓比和電流比 了解變壓器的電壓 電流和功率的決定因素 熟悉遠距離輸電的流程圖 對傳感器 要注意理解傳感器的工作原理和敏感元件的作用 同時注意與生產 生活實際相聯系 一 交變電流的產生和變化規(guī)律1 交變電流 大小和都隨時間做變化的電流 2 正弦式交變電流 1 定義 按變化的交變電流 簡稱正弦式電流 2 中性面 線圈平面垂直于磁場 此時穿過線圈的磁通量最大 方向 周期性 正 余 弦規(guī)律 3 正弦式電流的產生當閉合線圈由中性面位置 圖10 1 1中O1O2位置 開始在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸轉動時 線圈中產生的感應電動勢隨時間 4 正弦式電流的變化規(guī)律及對應圖象 線圈在中性面位置開始計時 勻速 按正弦規(guī)律變化 二 描述交變電流的物理量1 周期和頻率 1 周期 T 交變電流完成一次周期性變化 線圈轉一周 所需的 單位是秒 s 公式T 2 頻率 f 交變電流在1s內完成周期性變化的 單位是赫茲 Hz 3 周期和頻率的關系 T 或f 時間 次數 2 交變電流的四值 1 峰值 Em 2 瞬時值 交變電流在某一的值 是時間的函數 3 有效值 根據電流的來規(guī)定 4 平均值 E nBS 時刻 熱效應 三 電感和電容對交變電流的影響1 電感器 1 感抗 XL 2 fL 指電感線圈對正弦交變電流的阻礙作用 2 作用 通 通低頻 阻 2 電容器 1 容抗 XC 指電容器對正弦交變電流的阻礙作用 2 作用 通 阻低頻 隔 直流 高頻 高頻 直流 1 圖10 1 2中不表示交變電流的是 解析 交變電流指的是大小和方向隨時間均做周期性變化的電流 由此可知 A不是交變電流 答案 A 2 圖10 1 3中閉合線圈都在勻強磁場中繞虛線所示的固定轉軸勻速轉動 不能產生正弦式交變電流的是 解析 A B選項中閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場且過線圈平面的轉軸勻速轉動 滿足產生正弦式交變電流的條件 能產生正弦式交變電流 C選項中轉軸平行于磁場 轉動過程中 穿過線圈的磁通量始終為零 故C中不產生正弦式交變電流 D選項中雖然只有一半線圈在磁場中 但是始終有一邊切割磁感線 按照正弦規(guī)律產生感應電動勢 且一邊出時 另一邊恰好進入 保證轉動過程中感應電動勢連續(xù)按照正弦規(guī)律變化 故應選C 答案 C 3 如圖10 1 4所示 單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動 其轉動軸線OO 與磁感線垂直 已知勻強磁場的磁感應強度B 1T 線圈所圍面積S 0 1m2 轉速12r min 若從中性面開始計時 則線圈中產生的感應電動勢的瞬時值表達式應為 A e 12 sin120t V B e 24 sin120 t V C e 0 04 sin0 4 t V D e 0 4 cos2 t V 答案 C 4 一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動 穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖10 1 5甲所示 則下列說法中正確的是 A t 0時刻線圈平面與中性面垂直B t 0 01s時刻 的變化率達最大C 0 02s時刻感應電動勢達到最大D 該線圈相應的感應電動勢圖象如圖乙所示 答案 B 答案 D 6 某同學在研究電容 電感對恒定電流與交變電流的影響時 采用了如圖10 1 6所示的電路 其中L1 L2是兩個完全相同的燈泡 已知把開關置于3 4時 電路與交流電源連通 穩(wěn)定后的兩個燈泡發(fā)光亮度相同 則該同學在如下操作過程中能觀察到的實驗現象是 A 當開關置于3 4時 穩(wěn)定后若只增加交變電流的頻率 則L1變暗 L2變亮B 當開關置于1 2時 穩(wěn)定后L1 L2二個燈泡均發(fā)光且L1比L2亮C 當開關置于1 2時 穩(wěn)定后L1 L2二個燈泡均發(fā)光且亮度相同D 在開關置于3 4的瞬間 L2立即發(fā)光 而L1亮度慢慢減弱 解析 當開關置于3 4的瞬間 因L對電流的阻礙作用 L1亮度慢慢變大 D錯誤 穩(wěn)定后 若增大交流電頻率f 則感抗增大 容抗減小 故L1變暗 L2變亮 A正確 當開關置于1 2時 穩(wěn)定后因有C的電路不通 L2不亮 故B C均錯誤 答案 A 典例啟迪 例1 如圖10 1 7所示 邊長為l的正方形線圈abcd的匝數為n ad邊的中點和bc邊的中點的連線OO 恰好位于勻強磁場的邊界上 磁感應強度為B 線圈與外電阻R構成閉合電路 整個線圈的電阻為r 現在讓線圈以OO 連線為軸 以角速度 勻速轉動 從圖示時刻開始計時 求 思路點撥 解答本題時應注意以下兩點 1 開始計時的位置在中性面位置 2 線圈只有一半在磁場中 歸納領悟 1 只有當線圈從中性面位置開始計時 電流的瞬時值表達式才是正弦形式 2 注意峰值公式Em nBS 中的S為有效面積 3 交變電流瞬時值表達式書寫的基本思路 確定正弦交變電流的峰值 根據已知圖象或由公式Em nBS 求出相應峰值 明確線圈的初始位置 找出對應的函數關系式 題組突破 1 一個矩形線圈繞與勻強磁場垂直的OO 軸逆時針轉動 線圈的兩條引線分別與A B兩半圓銅環(huán)相連 兩個銅環(huán)通過滑動電刷連入電路 電路中僅有一個電阻R 如圖10 1 8所示 在線圈轉動過程中 通過R的電流 A 大小和方向都不斷變化B 大小不斷變化 方向從A R BC 大小和方向都不變D 大小不斷變化 方向從B R A 解析 線圈中產生交流電 由于電刷交替與兩銅環(huán)接觸 流過R的電流方向不變 根據右手定則可知 通過R的電流方向是B R A 答案 D 2 圖10 1 9甲所示為小型旋轉電樞式交流發(fā)電機的原理圖 其矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO 勻速轉動 線圈的匝數n 100匝 電阻r 10 在t 0時刻 線圈平面與磁場方向平行 穿過每匝線圈的磁通量 隨時間t按圖10 1 9乙所示正弦規(guī)律變化 求 1 交流發(fā)電機產生的電動勢的最大值 2 寫出該電動勢的瞬時值表達式 答案 1 200V 2 e 200cos100tV 典例啟迪 例2 多數同學家里都有調光臺燈 調速電風扇 過去是用變壓器來實現的 缺點是成本高 體積大 效率低 且不能任意調節(jié)燈的亮度或電風扇的轉速 現在的調光燈 調速風扇是用可控硅電子元件來實現的 如圖10 1 10所示為經過一個可控硅調節(jié)后加在電燈上的電壓 即在正弦交流電的每一個二分之一周期中 前面四分之一周期被截去 調節(jié)臺燈上的旋鈕可以控制截去的多少 從而改變電燈上的電壓 那么現在電燈上的電壓為多少 歸納領悟 1 幾種典型的交變電流的電壓有效值 2 非正弦式交變電流的有效值 一般是應用電流的熱效應求解 此時應選一個周期的整數倍進行計算 題組突破 答案 A 4 一個邊長為6cm的正方形金屬線框置于勻強磁場中 線框平面與磁場垂直 電阻為0 36 磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖10 1 11所示 則線框中感應電流的有效值為 于是可作出i隨時間變化的圖象如圖所示 答案 B 典例啟迪 例3 一個電阻為r 邊長為L的正方形線圈abcd共N匝 線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸OO 以如圖10 1 12所示的角速度 勻速轉動 外電路電阻為R 1 說明此刻線圈感應電流的方向 2 線圈轉動過程中感應電動勢的最大值有多大 3 線圈平面與磁感線夾角為60 時的感應電動勢為多大 4 設發(fā)電機由柴油機帶動 其他能量損失不計 線圈轉一周 柴油機做多少功 5 從圖示位置開始 線圈轉過60 的過程中通過R的電量是多少 6 圖中電流表和電壓表的示數各是多少 思路點撥 線圈轉動一周 柴油機做的功等于電路一周期內產生的電熱 而電流表 電壓表的示數為電流和電壓的有效值 歸納領悟 交變電流 四值 的應用 題組突破 A 兩線圈的磁通量變化規(guī)律相同B 兩線圈中感應電動勢達到最大值的時刻不同C 經相同的時間t t T 兩線圈產生的熱量相同D 從此時刻起 經T 4時間 流過兩線圈橫截面的電荷量相同 答案 B 6 如圖10 1 14所示 單匝矩形線圈放置在磁感應強度為B的勻強磁場中 以恒定的角速度 繞ab邊轉動 磁場方向垂直于紙面向里 線圈所圍面積為S 線圈導線的總電阻為R t 0時刻線圈平面與紙面重合 且cd邊正在向紙面外轉動 則 答案 C 一矩形線圈 繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內的固定軸轉動 線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化規(guī)律如圖10 1 15所示 下面說法中錯誤的是 A t1和t3時刻穿過線圈的磁通量為零B t1和t3時刻穿過線圈的磁通量變化率為零C 圖中是從線圈平面與磁場方向平行時刻開始計時的D 每當感應電動勢e變換方向時 穿過線圈的磁通量的絕對值都為最大 自主嘗試 試一試 能否做到正確解答 答案 A 由圖象可知 在t 0時 感應電動勢有最大值 說明穿過線圈的磁通量的變化率最大 即線圈平面與磁場方向平行時開始計時 選項C正確 t1 t3時刻感應電動勢為零 即線圈平面與磁場方向垂直 位于中性面 穿過線圈的磁通量最大 磁通量的變化率為零 所以選項B正確 選項A錯誤 當線圈通過中性面時是感應電動勢改變方向的時刻 選項D正確 點擊下圖進入 創(chuàng)新演練 大沖關 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全