（通用版）2020版高考物理大一轮复习11.1第1节交变电流的产生及其描述课件新人教版.pptx

1、第十一章 交变电流 传感器,-2-,-3-,第1节 交变电流的产生及其描述,-5-,基础夯实,自我诊断,一、交变电流 1.定义 大小和方向都随时间做周期性变化 的电流叫作交变电流,简称“交流”。 2.图像 如图所示:图甲、乙、丙、丁 所示电流都属于交变电流,图戊 所示电流属于恒定电流。,-6-,基础夯实,自我诊断,二、正弦式交变电流的产生和变化规律 1.产生 如图所示,在匀强磁场里,线圈绕垂直磁场 方向的轴匀速转动时,可产生正弦式交变电流,简称“正弦式电流”。,-7-,基础夯实,自我诊断,2.中性面及其特点 (1)定义:与磁场方向垂直 的平面。 (2)特点: 线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量

2、最大 ,磁通量的变化率为零 ,感应电动势为零 。 线圈转动一周,2次 经过中性面,线圈每经过中性 面一次,电流的方向就改变一次。,-8-,基础夯实,自我诊断,3.图像 用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图像为正弦 曲线,如图所示。,-9-,基础夯实,自我诊断,4.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=Emsin t 。 (2)电压u随时间变化的规律:u=Umsin t 。 (3)电流i随时间变化的规律:i=Imsin t 。 其中等于线圈转动的角速度 ,Em=nBl1l2 =nBS 。,-10-,基础夯实,自我诊断,三、描述交

3、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,即线圈转一周 所需要的时间,单位是秒(s) ,公式T= 。 (2)频率(f):交变电流在单位时间内完成周期性变化 的次数,单位是赫兹(Hz) 。 2.交变电流的周期和频率的关系,-11-,基础夯实,自我诊断,3.交变电流的“四值” (1)瞬时值:交变电流某一时刻的值,是时间的函数。 (2)峰值:交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值,也叫最大值。 (3)有效值:跟交变电流的热效应 等效的恒定 电流的值叫作交变电流的有效值。对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系,-12-,基础夯实,自我诊断,右图为交流发电

4、机线圈的平面图,设磁感应强度为B,线圈边长为l,匝数为n,以O1O2为起点、角速度匀速转动,经过时间t转至实线位置,试推导此时线圈中感应电动势的表达式。,-13-,基础夯实,自我诊断,1.(多选)右图为交流发电机示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在滑环L上,导体制作的两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理,下列分析正确的是( )A.当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大 B.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大 C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小 D.当线圈平面转到跟中性面垂直

5、的瞬间,线圈中的感应电流最小,答案,-14-,基础夯实,自我诊断,2.(2018全国卷)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。则Q方Q正等于( ),答案,解析,-15-,基础夯实,自我诊断,3.(多选)一交流电压为u=100 sin 100t V,由此表达式可知( ) A.用交流电压表测该电压,其示数为50 V B.该交变电流的周期为0.02 s C.将该电压加在“100 V 100 W”的灯泡两端,灯泡的实际功率小于100 W,答案,解析,-16-,基础夯实,自我诊断

6、,4.(多选)一个按正弦规律变化的交变电流的i-t图像如图所示,根据图像可以判定( )A.交变电流的频率f=0.02 Hz B.交变电流的有效值I=10 A C.交变电流瞬时值表达式为i=20sin 0.02t A D.在t= 时刻,电流的大小与其有效值相等,答案,解析,-17-,基础夯实,自我诊断,5.如图所示,一半径为l的导体圆环位于纸面内,O为圆心。环内两个圆心角为90且关于O中心对称的扇形区域内分布有匀强磁场,两磁场的磁感应强度大小均为B,方向相反且均与纸面垂面。导体杆OM可绕O转动,M端通过滑动触点与圆环良好接触,在圆心和圆环间连有电阻R,不计圆环和导体杆的电阻。当杆OM以恒定角速度

7、逆时针转动时,理想电流表A的示数为( ),答案,解析,-18-,考点一,考点二,考点三,交变电流的产生及变化规律(师生共研) 1.正弦式交变电流的产生 (1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)两个特殊位置的特点: 线圈平面与中性面重合时,SB,最大, =0,e=0,i=0,电流方向将发生改变。 线圈平面与中性面垂直时,SB,=0, 最大,e最大,i最大,电流方向不改变。 (3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次。 (4)交流电动势的最大值Em=nBS,与转轴位置无关,与线圈形状无关。,-19-,考点一,考点二,考点三

8、,2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时),-20-,考点一,考点二,考点三,-21-,考点一,考点二,考点三,例1一台小型发电机的原理示意图如图甲所示,单匝矩形线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。已知发电机线圈内阻为1 ,外接有灯泡和电压表,则下列说法正确的是( ),A.电压表的示数为220 V B.线圈转到如图甲所示位置时感应电动势为零 C.当t=0.01 s时线圈中的磁通量最小为零,答案,解析,-22-,考点一,考点二,考点三,例2(多选)如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动

9、,产生的交流电动势图像如图乙中曲线a、b所示,则( )A.两次t=0时刻线圈平面均与中性面重合 B.曲线a、b对应的线圈转速之比为23 C.曲线a表示的交流电动势频率为25 Hz D.曲线b表示的交流电动势有效值为10 V,答案,解析,-23-,考点一,考点二,考点三,规律总结解决交变电流图像问题的三点注意 1.只有当线圈从中性面位置开始计时,电流的瞬时值表达式才是正弦函数形式,其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关。 2.注意峰值公式Em=nBS中的S为有效面积。 3.在解决有关交变电流的图像问题时,应先把交变电流的图像与线圈的转动位置对应起来,再根据特殊位置求特征解。,-2

10、4-,考点一,考点二,考点三,突破训练 1.(多选)如图所示,面积为S、匝数为N、电阻为r的正方形导线框与阻值为R的电阻构成闭合回路,理想交流电压表并联在电阻R的两端。线框在磁感应强度为B的匀强磁场中,以与电路连接的一边所在直线为轴垂直于磁场以角速度匀速转动,不计其他电阻。则下列说法正确的是( ),-25-,考点一,考点二,考点三,A.若从图示位置开始计时,线框中感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSsin t B.线框通过中性面前后,流过电阻R的电流方向将发生改变,1秒内流过电阻R的电流方向改变 次 C.线框从图示位置转过60的过程中,通过电阻R的电荷量为,D.电压表的示数跟线框转动的角速度大

11、小无关,答案,解析,-26-,考点一,考点二,考点三,有效值的理解与计算(师生共研),1.交变电流有效值的求解 (1)正弦式交变电流。,方法二:利用电流的热效应求解。 (2)非正弦式交变电流。 利用电流的热效应求解。,-27-,考点一,考点二,考点三,2.几种典型的交变电流及其有效值,-28-,考点一,考点二,考点三,-29-,考点一,考点二,考点三,例3通过一阻值R=100 的电阻的交变电流如图所示,其周期为1 s。则电阻两端电压的有效值为( ),答案,解析,-30-,考点一,考点二,考点三,例4 电压u随时间t的变化情况如图所示,求电压的有效值。,答案,解析,-31-,考点一,考点二,考点

12、三,方法归纳计算交变电流有效值的方法 (1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”,列式求解。 (2)分段计算电热,求和得出一个周期内产生的总热量。,-32-,考点一,考点二,考点三,突破训练 2.如图所示,图甲和图乙分别表示一种正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系。若这两种电流分别通过两个完全相同的电阻,则经过1 min的时间,两电阻消耗的电功之比W甲W乙为( ),A.1 B.12 C.13 D.16,答案,解析,-33-,考点一,考点二,考点三,交变电流“四值”的比较(师生共研) 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较,-34

13、-,考点一,考点二,考点三,-35-,考点一,考点二,考点三,例5如图所示,线圈abcd的面积是0.05 m2,共100匝,线圈电阻为1 ,外接电阻R=9 ,匀强磁场的磁感应强度B= T,当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时。(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。 (2)线圈转过 s时电动势的瞬时值多大? (3)电路中,电压表和电流表的示数各是多少? (4)从中性面开始计时,经 s通过电阻R的电荷量是多少?,答案,解析,-36-,考点一,考点二,考点三,特别提醒交变电流“四值”应用的几点提醒 (1)在解答有关交变电流的问题时,要注意电路结构。 (2)注意区

14、分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值,最大值是瞬时值中的最大值,有效值是以电流的热效应来等效定义的。 (3)与电磁感应问题一样,求解与电能、电热相关的问题时,一定要用有效值;而求解通过导体某横截面的电荷量时,一定要用平均值。,-37-,考点一,考点二,考点三,突破训练 3.如图甲所示,电阻R1=R2=R,和R1并联的D是理想二极管(正向电阻可视为零,反向电阻为无穷大),在A、B之间加一个如图乙所示的交流电压(电压为正值时,UAB0)。由此可知( ),A.在A、B之间所加的交流电压的周期为2 s B.在A、B之间所加的交流电压的瞬时值表达式为u=20 sin 50t V C.加在R1上电压的有效值为10 V,答案,解析,