【志鴻優(yōu)化設(shè)計】（浙江專用）高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 交變電流第一節(jié)交變電流的產(chǎn)生和描述教學(xué)案.doc

第十章交變電流考綱要求權(quán)威解讀交變電流、交變電流的圖象1.知道交變電流產(chǎn)生的原理2理解正弦交變電流的圖象正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值理解交變電流的三角函數(shù)表達式，最大值與有效值，周期與頻率理想變壓器1.了解理想變壓器的工作原理，掌握理想變壓器中電流、電壓與匝數(shù)的關(guān)系2能夠討論負載變化時電流、電壓等相關(guān)物理量的變化情況遠距離輸電1.會分析輸電線上的電功率損失和電壓損失2理解遠距離輸電的原理和基本公式第一節(jié)交變電流的產(chǎn)生和描述一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1交變電流和_都隨時間做周期性變化的電流叫做交變電流，其中按正弦函數(shù)規(guī)律變化的電流叫正弦交變電流。2正弦交變電流的產(chǎn)生(1)將線圈置于_磁場中；線圈繞_的軸_轉(zhuǎn)動，線圈中就會產(chǎn)生正(余)弦交變電流。(2)中性面：與磁場方向_的平面。線圈轉(zhuǎn)到中性面時，穿過線圈的磁通量_，磁通量的變化率_，感應(yīng)電動勢_。線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次經(jīng)過中性面，線圈每經(jīng)過_，電流的方向就改變一次。(3)從中性面(sb)開始計時，表達式：iimsin t；uumsin t；eemsin t。(4)圖象：二、描述交變電流的物理量1最大值emnbs(n：線圈的匝數(shù)；s：線圈處于磁場中的有效面積；：線圈轉(zhuǎn)動的角速度)。2瞬時值反映_交變電流的大小和方向。3有效值根據(jù)電流的_規(guī)定的，即讓交流電和直流電通過相同阻值的電阻，如果在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的_相等，就把直流電的數(shù)值叫做交流電的有效值。(1)正弦交流電有效值和峰值之間的關(guān)系：eem；uum；iim。(2)非正弦交流電的有效值要根據(jù)電流的熱效應(yīng)進行計算。在計算有效值時，“相同時間”至少取一個周期或周期的整數(shù)倍。4平均值可用法拉第電磁感應(yīng)定律_來求。5周期和頻率(1)周期：完成一次周期性變化所需的_。(2)頻率：每秒鐘完成周期性變化的_。(3)周期和頻率的關(guān)系：t，2f。三、電感、電容對交變電流的作用1電感對交變電流的阻礙作用(1)電感對交變電流的阻礙作用與自感系數(shù)和交變電流的頻率有關(guān)，自感系數(shù)、交變電流的頻率越大，電感對交變電流的阻礙作用越大。(2)扼流圈有兩種：一種叫做低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)l很大，作用是“_”，另一種叫做高頻扼圈，線圈的自感系數(shù)很小，作用是“_”。2電容器對交變電流的阻礙作用(1)電容對交變電流的阻礙作用與電容和交變電流的頻率有關(guān)，電容、交變電流的頻率越大，電容對交變電流的阻礙作用越小。(2)電容器在電路中表現(xiàn)為“_”。1圖中閉合線圈都在勻強磁場中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，不能產(chǎn)生正弦式交變電流的是()2下列關(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指的都是有效值d跟交變電流有相同的熱效應(yīng)的直流電數(shù)值是交變電流的有效值3兩個完全相同的電熱器，分別通以圖甲、圖乙所示的峰值相等的矩形交變電流和正弦交變電流，則這兩個電熱器的電功率之比p甲p乙等于()a.1 b21 c41 d114易錯辨析：請你判斷下列表述正確與否，對不正確的，請予以更正。(1)線框在勻強磁場中轉(zhuǎn)動經(jīng)過中性面時，磁通量最大，感應(yīng)電流也最大。(2)各種交變電流的最大值都是有效值的倍。(3)線框在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電的電動勢的最大值為emnbs。(4)可以用平均值計算交變電流產(chǎn)生的熱量。(5)可以用有效值計算交變電流電路中的電荷量問題。一、對中性面的理解自主探究1在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖乙所示，則()at0.005 s時線框的磁通量變化率為零bt0.01 s時線框平面與中性面重合c線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311 vd線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100 hz思考1：由正弦交變電流的圖象可得到哪些信息？思考2：中性面有什么特點？二、對電流熱效應(yīng)的兩點認識自主探究2先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電，第一次燈泡兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化(如圖甲所示)；第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示。若甲、乙圖中的u0、t所表示的電壓、周期值是相同的，則以下說法正確的是() 甲 乙a第一次，燈泡兩端的電壓有效值是u0/2b第二次，燈泡兩端的電壓有效值是3u0/2c第一、第二次，燈泡的電功率之比是29d第一、第二次，燈泡的電功率之比是15思考1：交變電流的有效值是根據(jù)電流的什么進行定義的？思考2：計算交變電流的有效值時要注意哪些問題？思考3：計算交變電流的有效值時要選擇哪些公式？命題研究一、交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律問題【題例1】 如圖甲所示，一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸oo以角速度逆時針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場夾角45時如圖乙為計時起點，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時電流方向為正，則下列四幅圖中正確的是()思路點撥：確定感應(yīng)電流的變化圖象，應(yīng)從三個方面分析：(1)感應(yīng)電流的方向；(2)感應(yīng)電流的大??；(3)感應(yīng)電流大小的變化趨勢。從而排除錯誤選項，確定正確選項。解題要點：規(guī)律總結(jié)1兩個特殊位置的特點(1)線圈平面與中性面重合時，sb，最大，0，e0，i0，電流方向?qū)l(fā)生改變。(2)線圈平面與中性面垂直時，sb，0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變。2交變電流瞬時值表達式書寫的基本思路(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或由公式emnbs，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。線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則it圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iimsin t。線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iimcos t。3正弦式電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)命題研究二、交變電流的四值【題例2】 如圖所示，線圈abcd的面積是0.05 m2，共100匝，線圈電阻為1 ，外接電阻r9 ，勻強磁場的磁感應(yīng)強度bt，當(dāng)線圈以300 r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時，求：(1)若從線圈處于中性面開始計時，寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式。(2)線圈轉(zhuǎn)過 s時，電動勢的瞬時值多大？(3)電路中，電壓表和電流表的示數(shù)各是多少？(4)從中性面開始計時，經(jīng) s通過電阻r的電荷量為多少？思路點撥：由磁場情況和線圈轉(zhuǎn)動情況可確定瞬時值表達式，電壓表和電流表的示數(shù)為電路中電壓和電流的有效值，而電荷量的計算則需用該時間內(nèi)的平均值。解題要點：規(guī)律總結(jié)交變電流“四值”的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值eemsin t，iimsin t計算線圈某時刻的受力情況最大值最大的瞬時值emnbs，im討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值e，u，i(只適用于正、余弦式電流)(1)計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標的一般是指有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所圍成的面積與時間的比值bl計算通過電路截面的電荷量1(2012福州質(zhì)檢)有一不動的矩形線圈abcd，處于范圍足夠大的可轉(zhuǎn)動的勻強磁場中，如圖所示。該勻強磁場是由一對磁極n、s產(chǎn)生，磁極以oo為軸勻速轉(zhuǎn)動。在t0時刻，磁場的方向與線圈平行，磁極n開始離開紙面向外轉(zhuǎn)動，規(guī)定abcda方向的感應(yīng)電流為正，則能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時間t變化的圖線是()2(2012陜西師大附中模擬)如圖所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，當(dāng)只改變線圈的轉(zhuǎn)速后，產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下說法正確的是()a線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為23b通過線圈的磁通量最大值之比為32c先后兩次交流電的最大值之比為32d先后兩次交流電的有效值之比為3(2012遼寧大連模擬)將電阻r、理想電壓表v、開關(guān)s和交流電源按照圖甲所示方式連接，其中r30 ，合上開關(guān)s后，交流電源輸出的正弦交變電壓u隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示。則()a電壓表v的示數(shù)是36 vbr消耗的電功率是44 wc通過r的電流瞬時值表達式為i1.2sin 100t ad通過r的電流最大值為1.2 a4如圖所示的正方形線框abcd邊長為l，每邊電阻均為r，在磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場中繞cd軸以角速度從圖示位置開始轉(zhuǎn)動，c、d兩點與外電路相連，外電路電阻也為r，電表均為交流理想電表。求：(1)線框中電動勢的瞬時值表達式；(2)s斷開時，電壓表讀數(shù)；(3)s閉合時，電流表讀數(shù)；(4)s閉合時，線框從圖示位置轉(zhuǎn)過過程中流過電流表的電荷量。參考答案基礎(chǔ)梳理自測知識梳理一、1.大小方向2(1)勻強垂直于磁感線勻角速度(2)垂直最大為零為零中性面一次二、2.某一時刻3熱效應(yīng)熱量4n5(1)時間(2)次數(shù)三、1.(2)通直流，阻交流通低頻，阻高頻2(2)通交流、隔直流；通高頻、阻低頻基礎(chǔ)自測1c解析：只要將線圈置于勻強磁場中，線圈繞垂直于磁感線的軸勻角速度轉(zhuǎn)動，線圈中就會產(chǎn)生正弦交變電流，選項c不能產(chǎn)生正弦式交變電流。2cd解析：交流電器設(shè)備上所標的電壓值和電流值、用交流電流表和電壓表測定的數(shù)值均是交變電流的有效值，選項a、b錯誤。3b解析：t1、t3時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大，磁通量變化率0，此時感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流為零，線圈中感應(yīng)電流方向改變，選項a錯誤而b正確；t2、t4時刻線圈中磁通量為零，磁通量的變化率最大，即感應(yīng)電動勢最大，選項c、d均錯誤。3b解析：甲為矩形交變電流，它的大小恒為im，方向做周期性的變化，而電流通過電阻的熱功率跟電流的方向無關(guān)，所以矩形交變電流通過電阻r的熱功率p甲ir；乙為正弦交變電流，計算熱功率時要用有效值：i，所以p乙i2rrr，故，選項b正確。4答案：(1)錯誤。線框在勻強磁場中轉(zhuǎn)動經(jīng)過中性面時，磁通量最大，感應(yīng)電流為零。(2)錯誤。一般正、余弦式交變電流的最大值才等于有效值的倍。(3)正確。(4)錯誤。只能用交變電流的有效值計算交變電流產(chǎn)生的熱量。(5)錯誤。只能用交變電流的平均值計算交變電流電路中的電荷量問題。核心理解深化【自主探究1】 b解析：由圖象知，該交變電流電動勢峰值為311 v，交變電動勢頻率為f50 hz，選項c、d錯誤；t0.005 s時，e311 v，磁通量變化最快，t0.01 s時，e0，磁通量最大，線圈處于中性面位置，選項a錯而b正確。提示：1.由圖象可知交變電流的最大值；周期t(頻率f)；任意時刻線圈中產(chǎn)生的電流的大小和方向。2(1)線圈平面與中性面重合時，sb，最大，0，感應(yīng)電動勢為零；(2)線圈每經(jīng)過中性面時，線圈中的電流改變方向，線圈轉(zhuǎn)動一周兩次經(jīng)過中性面，所以一個周期內(nèi)電流方向改變兩次。【自主探究2】 d解析：甲電源有效值uu0，選項a錯；乙電源：t，uu0，選項b錯；p，則兩次功率之比，即只有選項d正確。提示：1.根據(jù)電流的熱效應(yīng)(電流通過電阻產(chǎn)生熱量)進行定義的。2在進行有效值計算時，要緊扣電流通過電阻生熱進行計算；注意“三同”：即“相同電阻”、“相同時間內(nèi)”產(chǎn)生“相同熱量”。計算時“相同時間”一般取一個周期。3利用兩個公式qt和qi2rt可以分別求得交變電流的電壓有效值和電流有效值?？枷蛱骄客黄啤绢}例1】 d解析：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的電流按正弦規(guī)律變化，由于t0時，線圈的轉(zhuǎn)動方向如圖(b)，由右手定則判斷可得，此時ad中電流方向為由a到d，線圈中電流方向為adcba，與規(guī)定的電流正方向相反，電流為負值。又因為此時ad、bc兩邊的切割速度方向與磁場方向成45夾角，由e2blv，可得e2blvem，即此時的電動勢為最大值的倍，電流當(dāng)然也是最大值的倍，由圖(b)還能觀察到，線圈在接下來45的轉(zhuǎn)動過程中，ad、bc兩邊的切割速度越來越小，所以感應(yīng)電動勢應(yīng)減小。感應(yīng)電流應(yīng)減小，綜合上述幾點可知選項d正確?！绢}例2】 答案：(1)e50sin(10t) v(2)43.3 v(3)31.86 v，3.54 a(4)c解析：(1)eemsin tnbs2fsin(2ft)1000.052sin50sin(10t) v。(2)當(dāng)t s時e50sin43.3 v。(3)電動勢的有效值為：e v35.4 v電流表示數(shù)：i a3.54 a電壓表示數(shù)：uir3.549 v31.86 v。(4) s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過的角度：t2。該過程中，bsbscos bs，由，得q c c。演練鞏固提升1c解析：磁極以oo為軸勻速轉(zhuǎn)動可等效為磁場不動線圈向相反方向轉(zhuǎn)動，由右手定則可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為abcda；在t0時刻，磁場的方向與線圈平行，感應(yīng)電流最大，故選項c正確。2c解析：由maxbs知，通過線圈的磁通量最大值之比為11，選項b錯；由圖象可知，根據(jù)t、2n知，選項a錯；電動勢最大值emaxnbsnmax，故，選項c對；由有效值公式e知，選項d錯。3c解析：電壓表的示數(shù)為有效值，u18 v，a項錯誤；p21.6 w，b項錯誤；isin 100t a1.2sin 100t a，c項正確