高考物理一輪總復習第十一章第1講交變電流的產(chǎn)生和描述講義含解析新人教版.docx

交變電流的產(chǎn)生和描述全國卷3年考情分析考點內(nèi)容考綱要求三年考題201620172018交變電流、交變電流的圖象卷T16，理想變壓器(原線圈中串有電阻)卷T19，理想變壓器(原線圈中串有燈泡)卷T21，交變電流的產(chǎn)生卷T23，傳感器的使用卷T16，有效值的計算卷T23，熱敏電阻的特性正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值理想變壓器遠距離輸電實驗：傳感器的簡單使用第1講交變電流的產(chǎn)生和描述基礎(chǔ)知識填一填知識點1正弦式交變電流1產(chǎn)生：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(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.3電流方向的改變：一個周期內(nèi)線圈中電流的方向改變兩次4交變電動勢的最大值：EmnBS，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：enBSsin_t.判斷正誤，正確的劃“”，錯誤的劃“”(1)交變電流的主要特征是電流的方向隨時間周期性變化()(2)大小變化而方向不變的電流也叫交變電流()(3)線圈經(jīng)過中性面時產(chǎn)生的感應電動勢最大()知識點2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時間，單位是秒(s)表達式為T(n為轉(zhuǎn)速)(2)頻率f：交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲(Hz).(3)周期和頻率的關(guān)系：T或f.2交變電流的瞬時值、最大值、有效值和平均值(1)瞬時值：交變電流某一時刻的值，是時間的函數(shù)(2)最大值：交變電流或電壓所能達到的最大的值(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)它們產(chǎn)生的熱量相等，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(4)正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系I，U，E.(5)交變電流的平均值：n，.判斷正誤，正確的劃“”，錯誤的劃“”(1)最大值和有效值之間的 倍關(guān)系只適用于正弦交流電()(2)交流電壓表及交流電流表的讀數(shù)均為峰值()(3)交流電氣設(shè)備上所標的電壓和電流值是交變電流的有效值()教材挖掘做一做1(人教版選修32 P35思考與討論改編)通過一阻值R100 的電阻的交變電流如圖所示，其周期為1 s電阻兩端電壓的有效值為()A12 VB4 VC15 V D8 V解析：B根據(jù)圖象，一個周期T1 s，設(shè)該交變電流的有效值為U,00.4 s的時間間隔為t10.4 s,0.40.5 s的時間間隔t20.1 s，根據(jù)電流的熱效應，由2(IRt1IRt2)T，解得U4 V，B正確2(人教版選修32 P36第2題改編)某電容器兩端所允許加的最大直流電壓是250 V它在正弦交流電路中使用時，交流電壓可以是()A250 V B220 VC352 V D177 V解析：D電容器的耐壓值是指最大值，根據(jù)正弦交流電的有效值公式得：U V177 V3(人教版選修32 P34第5題改編)有一個正方形線圈的匝數(shù)為10 匝，邊長為20 cm，線圈總電阻為1 ，線圈繞OO軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，勻強磁場的磁感應強度為0.5 T，問：(1)該線圈產(chǎn)生的交變電流電動勢的峰值、電流的峰值分別是多少？(2)若從中性面位置開始計時，寫出感應電動勢隨時間變化的表達式(3)線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)過30時，感應電動勢的瞬時值是多大？解析：(1)交變電流電動勢的峰值為EmnBS100.50.2210 V6.28 V電流的峰值為Im6.28 A.(2)從中性面位置開始計時，感應電動勢的瞬時值表達式為eEmsin t6.28sin 10t V.(3)線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)過30，感應電動勢的瞬時值eEmsin 303.14 V.答案：(1)6.28 V6.28 A(2)e6.28sin 10t V(3)3.14 V考點一正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律考點解讀1正弦式交變電流的圖象(線圈在中性面位置開始計時)函數(shù)表達式圖象磁通量mcos tBScos t電動勢eEmsin tnBSsin t電流iImsin tsin t電壓uUmsin tsin t2.交變電流圖象的“五個”確定(1)確定交變電流的最大值(峰值)(2)確定不同時刻交變電流的瞬時值(3)確定周期T.(4)確定中性面對應的時刻(5)確定交變電流方向改變時對應的時刻典例賞析典例1(多選)如圖甲所示，在勻強磁場中，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t0時刻線圈平面均與中性面重合B曲線a、b對應的線圈轉(zhuǎn)速之比為23C曲線a表示的交變電動勢頻率為25 HzD曲線b表示的交變電動勢有效值為10 V解析AC線圈位于中性面時，磁通量最大，電動勢為零，結(jié)合et圖象知，A正確；轉(zhuǎn)速之比等于周期的反比，故該比值為32，B錯；頻率為周期的倒數(shù)，a的周期為0.04 s，頻率為25 Hz，C對；正弦交變電動勢的有效值為E，已知Ea V，且ba，故可知Eb V V5 V，D錯交變電流瞬時值表達式的書寫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EmnBS求出相應峰值2明確線圈的初始位置，找出對應的函數(shù)關(guān)系式如：(1)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.(2)線圈從垂直于中性面的位置開始轉(zhuǎn)動，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImcos t.題組鞏固1(多選)如圖所示為交流發(fā)電機示意圖，線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在滑環(huán)L上，導體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接關(guān)于其工作原理，下列分析正確的是()A當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面時，穿過線圈的磁通量最大B當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面時，線圈中的感應電流最大C當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直時，穿過線圈的磁通量最小D當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直時，線圈中的感應電流最小解析：AC當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，穿過線圈的磁通量最大，磁通量變化率為零，感應電動勢為零，線圈中的感應電流為零，故選項A正確，B錯誤；當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，穿過線圈的磁通量最小，磁通量變化率最大，感應電動勢最大，感應電流最大，選項C正確，D錯誤2如圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其單匝矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中，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R10 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10 V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20 WBt0.02 s時，R兩端的電壓瞬時值為零CR兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u14.1cos 100t VD通過R的電流i隨時間t變化的規(guī)律是i14.1cos 50t A解析：C電阻R上的電功率為P10 W，選項A錯誤；由題圖乙知t0.02 s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u14.1cos 100t V，選項C正確；通過R的電流i隨時間t變化的規(guī)律是i1.41cos 100t A，選項D錯誤考點二有效值的理解與計算考點解讀1交變電流有效值的幾種計算方法(1)公式法利用E、U、I計算，只適用于正(余)弦式交變電流(2)利用有效值的定義計算(非正弦式電流)計算時“相同時間”至少取一個周期或為周期的整數(shù)倍(3)利用能量關(guān)系當有電能和其他形式的能轉(zhuǎn)化時，可利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來求有效值2幾種典型交變電流的有效值電流名稱電流圖象有效值正弦式交變電流I正弦半波電流I矩形脈動電流I Im非對稱性交變電流I 典例賞析典例2(多選)如圖所示，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式為u20sin 100t(V)C圖乙所示電壓的有效值為20 VD圖乙所示電壓的有效值為10 V解析ABD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Um20 V，周期為0.02 s，則電壓的瞬時值表達式為uUmsin t20sin 100t(V)，選項B正確；根據(jù)有效值的定義有T，解得題圖乙中電壓的有效值為U10 V，選項C錯誤，D正確有效值求解的三點注意1計算有效值時要注意根據(jù)電流的熱效應，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利用兩類公式QI2Rt和Qt可分別求得電流有效值和電壓有效值3若圖象部分是正弦(或余弦)交流電，其中的從零(或最大值)開始的周期整數(shù)倍的部分可直接應用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系ImI、UmU求解題組鞏固1如圖所示為一個經(jīng)雙可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓，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，則現(xiàn)在電燈上電壓的有效值為( )AUm B. C. D.解析：D從ut圖象上看，每個周期正弦波形的有效值U1，根據(jù)有效值的定義：T20，解得：U，D正確2一個匝數(shù)為100匝，電阻為0.5 的閉合線圈處于某一磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，從某時刻起穿過線圈的磁通量按圖所示規(guī)律變化則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為( )A5 A B2 AC6 A D5 A解析：B01 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應電動勢E1n1000.01 V1 V,11.2 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應電動勢E2n100 V5 V，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量QQ1Q2t1t212 J，根據(jù)交變電流有效值的定義QI2Rt12 J得I2 A，故選項B正確，A、C、D錯誤考點三交變電流“四值”的理解和應用考點解讀物理量表達式適用情況及說明瞬時值eEmsin uUmsin t iImsin t t計算線圈某時刻的受力情況最大值(峰值)EmnBSIm討論電容器的擊穿電壓有效值對正(余)弦交流電有：E ，U，I(1)計算與電流的熱效應有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標的一般是有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值(4)電表的讀數(shù)為有效值平均值BLn，計算通過電路截面的電荷量典例賞析典例3如圖所示，N50匝的矩形線圈abcd，ab邊長l120 cm，ad邊長l225 cm，放在磁感應強度B0.4 T的勻強磁場中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO軸以n3 000 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，線圈電阻r1 ，外電路電阻R9 ，t0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)t0時感應電流的方向；(2)感應電動勢的瞬時值表達式；(3)線圈轉(zhuǎn)一圈外力做的功；(4)從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中流過電阻R的電荷量解析(1)根據(jù)右手定則，線圈感應電流方向為adcba.(2)線圈的角速度2n100 rad/s題圖位置的感應電動勢最大，其大小為EmNBl1l2代入數(shù)據(jù)得Em314 V感應電動勢的瞬時值表達式為eEmcos t314cos (100t) V.(3)電動勢的有效值E線圈勻速轉(zhuǎn)動的周期T0.02 s線圈勻速轉(zhuǎn)動一圈，外力做功大小等于電功的大小，即WI2(Rr)TT代入數(shù)據(jù)得W98.6 J.(4)從t0時起線圈轉(zhuǎn)過90的過程中，t內(nèi)流過電阻R的電荷量qt代入數(shù)據(jù)得q0.1 C.答案(1)感應電流方向沿adcba(2)e314cos (100t) V(3)98.6 J(4)0.1 C交變電流“四值”應用的幾點提醒1在解答有關(guān)交變電流的問題時，要注意電路結(jié)構(gòu)2注意區(qū)分交變電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值，最大值是瞬時值中的最大值，有效值是以電流的熱效應來等效定義的3與電磁感應問題一樣，求解與電能、電熱相關(guān)的問題時，一定要用有效值；而求解通過導體某橫截面的電荷量時，一定要用平均值題組鞏固1如圖甲所示，標有“220 V40 W”的燈泡和標有“20 F300 V”的電容器并聯(lián)到交流電源上，為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)下列判斷正確的是( )At時刻，的示數(shù)為零B燈泡恰好正常發(fā)光C電容器不可能被擊穿D.的示數(shù)保持110 V不變解析：B的示數(shù)應是電壓的有效值220 V，故A、D錯誤；電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓，燈泡正常發(fā)光，B正確；電壓的峰值Um220 V311 V，大于電容器的額定電壓，故有可能被擊穿，C錯誤2(多選)如圖所示，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恰好位于勻強磁場的邊界線上，磁場的磁感應