（全國通用版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 11.1 交變電流的產(chǎn)生和描述課件.ppt

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1、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,【知識導(dǎo)圖】,大小和方向,周期性變化,正弦式,鋸齒形,正弦式交變電流,一次周期性變化,1S內(nèi),在某一時刻,最大值,在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,平均值,【微點撥】 1.求解交變電流瞬時值表達(dá)式的思路: (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、Im= 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,函數(shù)式為i=Imsint。 線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動,函數(shù)式為i=Imcost。,2.片段正弦式電流的有效值:若圖象部分是正弦式(余 弦式)交變電流,其中的 周期(但必

2、須是從0到最大值 或從最大值到0)和 周期部分的有效值和最大值之間 的關(guān)系仍然為,【慧眼糾錯】 (1)大小變化而方向不變的電流也叫交變電流。 糾錯:_______________________。 (2)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時,一定會產(chǎn)生正 弦式交變電流。 糾錯:___________________________________________ __________________________。,方向不變的電流為直流電,矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場方向的軸勻速,轉(zhuǎn)動時,產(chǎn)生正弦式交變電流,(3)線圈在磁場中每轉(zhuǎn)動一周,感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流 的方向都改變一次。 糾錯:_____

3、_____________________________________ ___________________。,線圈經(jīng)過中性面時方向改變一次,而一個周期內(nèi),線圈經(jīng)過中性面兩次,(4)交變電流電壓的有效值和峰值之間的關(guān)系是U= Um。 糾錯:___________________________________________ _____________。,只有正弦式交變電流的有效值和峰值之間才滿足,U= Um的關(guān)系,考點1正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律 【典題探究】 【典例1】(2018資陽模擬)如圖甲所示,矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的中心軸OO勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時

4、間t的變化曲線如圖乙所示。若外接電阻的阻值R=9 ,線圈的電阻r=1 ,則下列說法正確的是 導(dǎo)學(xué)號04450235(),A.線圈轉(zhuǎn)速為100 rad/s B.0.01 s末穿過線圈的磁通量最大 C.通過線圈的最大電流為10 A D.電壓表的示數(shù)為90 V,【解題探究】 (1)線圈在中性面和垂直中性面時在磁通量、磁通量變化率、感應(yīng)電動勢等方面有什么特點? 提示:在中性面時磁通量最大,磁通量變化率、感應(yīng)電動勢為0;在垂直中性面時磁通量為0,磁通量變化率、感應(yīng)電動勢最大。,(2)電壓表測量的是感應(yīng)電動勢還是路端電壓?電壓表的示數(shù)為哪個特征值? 提示:路端電壓,有效值。,【解析】選C。由乙圖可知,線圈

5、轉(zhuǎn)動的周期T=0.04 s, 故線圈轉(zhuǎn)速n數(shù)值上等于頻率,而f= =25 Hz,因此線 圈轉(zhuǎn)速為n=25 r/s,故A項錯誤;0.01 s末,線圈產(chǎn)生的 感應(yīng)電動勢最大,此時線圈處于與中性面垂直位置,穿 過線圈的磁通量最小為零,故B項錯誤;根據(jù)閉合電路的 歐姆定律可知Im= = A=10 A,故C項正確;電壓 表測量的是有效值,故U= R=45 V,故D項錯誤。,【通關(guān)秘籍】 1.正弦式交變電流的產(chǎn)生: (1)矩形線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。,(2)兩個特殊位置的特點。,(3)電流方向的改變:線圈通過中性面時,電流方向發(fā)生改變,一個周期內(nèi)線圈通過中性面兩次,電流的方向改變兩次。 (4)

6、感應(yīng)電動勢的最大值Em=nBS,與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān),與線圈形狀無關(guān)。,2.正弦式交變電流的變化規(guī)律(從中性面開始計時):,【考點沖關(guān)】 1.(2018蕪湖模擬)交流發(fā)電機(jī)正常工作時,電動勢的變化規(guī)律為e=Emsint,如果把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速減小一半,并且把電樞線圈的匝數(shù)增加一倍,其他條件不變,則(),A.電動勢的最大值增加一倍 B.電動勢的最大值和周期都增加一倍 C.電動勢的最大值和周期都減小一半 D.頻率減小一半,周期增加一倍,【解析】選D。交流發(fā)電機(jī)工作時的電動勢最大值表達(dá) 式為:em=nBS。將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速減小一半,減 小為原來的一半;同時將把電樞線圈的匝數(shù)n增加一倍, 則由電動勢最大

7、值表達(dá)式em=nBS可知,電動勢的最大 值不變。設(shè)轉(zhuǎn)速為n,周期為T,頻率為f,則周期T= , f=n,所以可知發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速減小一半,頻率減小一 半,周期增加一倍,故D項正確,A、B、C項錯誤。,2.(2018珠海模擬)在勻強(qiáng)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)生的感應(yīng)電動勢如圖乙所示,則(),A.t=0.015 s時線框的磁通量變化率為零 B.t=0.01 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 V D.線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100 Hz,【解析】選B。t=0.015 s時,感應(yīng)電動勢最大,由法拉第 電磁感應(yīng)定律E=n 可知,磁

8、通量的變化率最大,不是 零,故A項錯誤;由圖乙可知t=0.01 s時,e=0,說明此時 線框正經(jīng)過中性面,故B項正確;由圖乙可知 T=0.02 s, Em=311 V,根據(jù)正弦式交變電流有效值和峰值的關(guān)系可 得,該交變電流的有效值為E= V=220 V,故C項,錯誤;據(jù)周期和頻率的關(guān)系可得,該交變電流的頻率 為:f= Hz=50 Hz,故D項錯誤。,【加固訓(xùn)練】 (多選)如圖甲所示,在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速,繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢圖象如圖乙中曲線a、b所示,則 (),A.兩次t=0時刻線圈平面均與中性面重合 B.曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2

9、3 C.曲線a表示的交變電動勢頻率為25 Hz D.曲線b表示的交變電動勢有效值為10 V,【解析】選A、C。線圈位于中性面時,磁通量最大,電 動勢為零,A項正確;轉(zhuǎn)速之比等于周期的反比,故該比 值為32,B項錯誤;頻率為周期的倒數(shù),a的周期為 0.04 s,頻率為25 Hz,C項正確;正弦交變電流的電動勢 的有效值為E= ,已知Ea= V,且b= a, 故可知Eb= V= V,D項錯誤。,考點2交變電流有效值的求解 【典題探究】 【典例2】(多選)(2016全國卷)如圖,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

10、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() 導(dǎo)學(xué)號04450236,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T C.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,【解析】選B、C。兩導(dǎo)線框在進(jìn)磁場的過程中,只有一 個半徑切割磁感線,屬于旋轉(zhuǎn)切割,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E= BR2,大小不變,不是正弦交流電,故A錯誤;它們 以相同的周期T逆時針勻速轉(zhuǎn)動,故線框中感應(yīng)電流

11、的 周期相同,B正確;在t= 時,它們都在進(jìn)入磁場的過程 中,故兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等,都等于E=,BR2,C正確;M在整個周期中都產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,而N 只在進(jìn)磁場和出磁場的時候即0 、 才產(chǎn) 生感應(yīng)電動勢,故電動勢的有效值不相等,電流的有效 值也不相等,D錯誤。,【遷移訓(xùn)練】,遷移1:正弦式交變電流的有效值 (多選)(2018石家莊模擬)如圖所示的正方形線框abcd邊長為L,每邊電阻均為r,在垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞cd軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動, c、d兩點與一阻值為r的電阻相連,各表均可視為理想表,導(dǎo)線電阻不計,則下列說法中正確的是(),A.線框abcd產(chǎn)生的電流為

12、交變電流 B.當(dāng)S斷開時,電壓表的示數(shù)為零 C.當(dāng)S斷開時,電壓表的示數(shù)為 BL2 D.當(dāng)S閉合時,電流表的示數(shù)為,【解析】選A、C、D。線框abcd繞著垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸 勻速轉(zhuǎn)動,故產(chǎn)生的電流為交變電流,故A項正確;產(chǎn)生 的交流電的電動勢最大值為Em=BL2,有效值為E= , 當(dāng)S斷開時,電壓表測量的電壓為cd間的電壓,故U= E,= BL2,故B項錯誤,C項正確;S閉合時,電路總電阻為 3r+ ,ab中電流為I= ,電流表讀數(shù)為 BL2,故D項正確。,遷移2:部分缺失的正弦式交變電流的有效值 (2018撫州模擬)現(xiàn)在的調(diào)光臺燈、調(diào)速電風(fēng)扇是用 可控硅電子元件來實現(xiàn)調(diào)節(jié)的,如圖所示為一

13、個經(jīng)過雙 向可控硅電子元件調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓,即在正弦 式電流的每一個 周期中,前面的 被截去,從而改 變了電燈上的電壓。那么現(xiàn)在電燈上的電壓為(),【解析】選C。設(shè)交流電的有效值為U,將交流電與直流 電分別通過相同電阻R,分析一個周期內(nèi)熱量:交流電 Q1= ,直流電Q2= T,由Q1=Q2得U= 。,遷移3:方形波式交變電流的有效值 (2018合肥模擬)已知某交變電流在一個周期內(nèi)的波形如圖所示,則該電流通過一阻值為10 的電阻時的發(fā)熱功率是() A.16 WB.18 WC.22.5 WD.28 W,【解析】選D。由電流熱效應(yīng)可得:2(12R0.2+22R 0.3)=I2R1,解得:I

14、2=2.8 A2,電阻的熱功率為P=I2R= 28 W。,遷移4:上下波形不一致的交變電流的有效值 (2018玉溪模擬)如圖所示的交變電流由正弦式電流的一半和反向脈沖電流組合而成,其有效值為(),【解析】選B。設(shè)交流電電流的有效值為I,周期為T,電 阻為R。則根據(jù)有效值的定義可得:I2RT= R T+ 22R T,解得:I= A。,【通關(guān)秘籍】 求解交變電流有效值的三種方法: (1)公式法:利用 計算,此方法只 適用于正弦式交變電流。,(2)定義法。 設(shè)阻值、定時間:設(shè)將交變電流加在阻值為R的電阻 上,時間取t=T。 求熱量:Q=Q1+Q2+(分段法)。 求解有效值:根據(jù)Q=I2Rt

15、= t代入求解有效值。,(3)比例法:由P=I2R、P= 可知,R一定時,PI2、 PU2,所以可根據(jù)功率的變化比例確定有效值的變化 比例。此方法適合分析對兩種狀態(tài)進(jìn)行對比的問題。,【加固訓(xùn)練】 (2018臨沂模擬)如圖甲所示是某種型號的電熱毯的電路圖,電熱毯接在交流電源上,通過裝置P使加在電熱絲上的電壓的波形如圖乙所示。此時,接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為(),A.110 V B.311 V C.220 VD.156 V,【解析】選D。由圖象可知該交變電流的周期T=2 10-2 s,可分兩段00.01 s和0.010.02 s,根據(jù)有效 值的定義可得 ,解得U= V= 110

16、V156 V。,考點3交變電流“四值”的比較和應(yīng)用 【典題探究】 【典例3】(2018汕頭模擬)交流發(fā)電 機(jī)線圈電阻r=1 ,用電器電阻R=9 , 電壓表示數(shù)為9 V,如圖所示,那么該交 流發(fā)電機(jī)導(dǎo)學(xué)號04450237(),A.電動勢的峰值為10 V B.電動勢的有效值為9 V C.交流發(fā)電機(jī)線圈通過中性面時電動勢的瞬時值為 10 V D.交流發(fā)電機(jī)線圈自中性面轉(zhuǎn)過90的過程中的平均 感應(yīng)電動勢為 V,【解析】選D。用電器電阻R=9 ,電壓表示數(shù)為9 V, 則電路中的電流:I= A=1 A,所以,電路中的電 動勢:E=I(R+r)=1(1+9)V=10 V。電壓表的讀數(shù)是交 流電的有效值

17、,所以10 V是電路中電動勢的有效值,其 最大值:Em= E=10 V,故A、B項錯誤;由交流電的 產(chǎn)生與變化的規(guī)律可知,當(dāng)線圈處于中性面時,線圈中,的瞬時值電動勢為零,故C項錯誤;線圈自中性面轉(zhuǎn)過 90的過程中的平均感應(yīng)電動勢為: 故D項正確。,【通關(guān)秘籍】 交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較,【考點沖關(guān)】 1.(2018綿陽模擬)一只低壓教學(xué)電源輸出的交變電 壓為U=10 sin314t(V),以下說法正確的是() A.這只電源可以使“10 V2 W”的燈泡正常發(fā)光 B.這只電源的交變電壓的周期是314 s C.這只電源在t=0.01 s時電壓達(dá)到最大值 D.“10 V2

18、 F”電容器可以接在這只電源上,【解析】選A。交流電的峰值Um=10 V,則有效值U= V=10 V所以電源可以使“10 V、2 W”的燈泡正 常發(fā)光,故A項正確;=100,則T= =0.02 s,故B項 錯誤;t=0.01 s時,經(jīng)過半個周期,電壓為零,故C項錯誤; 當(dāng)電容器的耐壓值小于峰值,電容器被擊穿,10 V小于 10 V,則“10 V2 F”電容器不能接在這只電源 上,故D項錯誤。,2.(2018吳忠模擬)如圖所示,單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中,線框面積為S,電阻為R。線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度從中性面開始勻速轉(zhuǎn)動,下列說法正確的是

19、 導(dǎo)學(xué)號04450238(),A.轉(zhuǎn)過 時,線框中的電流方向為abcd B.線框中感應(yīng)電流的有效值為 BS C.從中性面開始轉(zhuǎn)過 的過程中,通過導(dǎo)線橫截面的 電荷量為 D.線框轉(zhuǎn)一周的過程中,產(chǎn)生的熱量為,【解析】選C。轉(zhuǎn)過 的過程中,磁通量變小,產(chǎn)生的 感應(yīng)磁場的方向與原磁場方向相同,根據(jù)右手定則可知, 電流方向為adcb,故A項錯誤;線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最 大值Em=BS,感應(yīng)電動勢有效值E= BS,則電 流的有效值為:I= ,故B項錯誤;由 ,,I= ,q=It得到:電量q= = ,故C項正確;線框轉(zhuǎn) 一周的過程中,產(chǎn)生的熱量為:Q=I2RT= ,故D項 錯誤。,【加固訓(xùn)練】

20、小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共N匝,每匝可簡化為矩形線圈abcd,磁極間的磁場視為勻強(qiáng)磁場,方向垂直于線圈中心軸OO,線圈繞OO勻速轉(zhuǎn)動,如圖所示。矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值都為e0,不計線圈電阻,則發(fā)電機(jī)輸出電壓(),A.峰值是e0B.峰值是2e0 C.有效值是 Ne0D.有效值是 Ne0,【解析】選D。由題意可知,線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感 應(yīng)電動勢的最大值都為e0,因此對單匝矩形線圈總電動 勢最大值為2e0,又因為發(fā)電機(jī)線圈共N匝,所以發(fā)電機(jī) 線圈中總電動勢最大值為2Ne0,根據(jù)閉合電路歐姆定律 可知,在不計線圈內(nèi)阻時,輸出電壓等于感應(yīng)電動勢的 大小,即其峰值為2Ne0,故A、B項錯誤;又由題意可知,,若從圖示位置開始計時,發(fā)電機(jī)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流 為正弦式交變電流,由其有效值與峰值的關(guān)系可知,U= ,即U= Ne0,故C項錯誤,D項正確。,