第1課交流電的產(chǎn)生及描述

1、第十一章交變電流傳感器考試大綱新課程標準1交變電流、交變電流的圖象I(1)知道交變電流，能用函數(shù)表達式和圖象描述交變電流.通過實驗，了解電容器和電感器對交變電流的導2正弦交變電流的函數(shù)表達式、通和阻礙作用.峰值和有效值I(3)通過實驗，探究變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系.3理想變壓器H(4) 了解從變電站到住宅的輸電過程，知道遠距離輸4遠距離輸電I電時應用高電壓的道理5實驗：簡單使用傳感器(5)知道非電學量轉(zhuǎn)換成電學量的技術(shù)意義.(6) 通過實驗，知道常見傳感器的工作原理(7) 列舉傳感器在生活和生產(chǎn)中的應用生鬧期和藏率的關(guān)話心扌=響線闔平行槪感線方向刪熄：卿雖為零.感應 宙動勢最大£fhS

2、53中性面：E丄乩臓通"ts雖大風應電動勢dE小 E=0，電濟改變方向線圈左勻強磁場中境垂直于厳揚方向的軸勻速轉(zhuǎn)勉交變電淹魅象交變電流煤器表征空變電復習策略：抓住一條線索，兩個公式，三個部分，四個數(shù)值，五 個考點IP 八、一條線索是指從“電磁感應”現(xiàn)象入手， 討論線圈在磁場中繞垂 直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時磁通量的變化情況 （或切割磁感線的導 線運動情況），得出的該感應電流就是“交流電”.兩個公式是指從中性面開始的感應電動勢的表達式e= NBS sin3 t和變壓器的變壓比規(guī)律 U =嚴或嚴=嚴,對這兩個主要公式，要U2 應12 ni丿理解推導過程.三個部分是指本章的主要內(nèi)容包含交流

3、電是如何產(chǎn)生的，用哪些 物理量來描述交流電，以及交流電如何輸送.四個數(shù)值是指描述交流電的物理量中，常用的有瞬時值、最大值、 有效值、平均值，要在比較中找異同，加深記憶的精確性.五個考點是指交流電；交流電的圖象；正弦交流電的函數(shù)表達式 和峰值、有效值；理想變壓器；遠距離輸電.記憶秘訣：一條線索，兩個公式，三個部分，四個數(shù)值，五個考 點J、第一單兀交變電流第1課交流電的產(chǎn)生及描述考點一 交變電流、交變電流的圖象1. 定義：強弱和方向隨時間作 周期性變化的電流.2. 圖象：如圖甲、乙、丙、丁所示都屬于交變電流.圖甲圖乙圖丙圖丁考點二 正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值1. 產(chǎn)生和圖象.(1) 產(chǎn)

4、生：在勻強磁場里，線圈繞 垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動.(2) 圖象：如圖甲、乙所示.2. 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(zhuǎn)一周)的時間，2兀單位是秒(s).公式：T = .(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 = T.f 一3. 函數(shù)表達式、瞬時值、峰值、有效值和平均值.(1) 正弦交變電流感應電動勢的變化規(guī)律為 e= EmSin 3 t.(2) 瞬時值：交變電流某一 時刻的值，是時間的函數(shù).(3) 峰值：交變電流的電流或電壓所能達到的 最大值.(4 )有效值：定義：讓交流和直流通過

5、相同阻值的電阻， 如果它們在相同的 時間內(nèi)產(chǎn)生的 熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的 有效 值.有效值和峰值的關(guān)系：E = Em，U =卷,I = I；.(只對正弦式交變電流適用)(5)平均值：交變電流圖象中波形與橫軸 所圍面積跟時間的比值.,眼歸訓雄由槪唸塾暑喘希龜鞏S1提升1如圖是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖 可確定該電壓的(BC)A .周期是0.01 sB.最大值是311 VC .有效值是220 VD .表達式為 u= 220sin 100兀 t(V)解析：由交變電流的圖象知，周期是 0.02 s, A項錯誤；最大值是311 V, B項正確；有效值是220 V, C項正確;=

6、311sin 10(nt(V), D 項錯誤.2.如圖所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻 速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦交流電的圖象，當調(diào)整線圈 轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線 b所示, 以下關(guān)瞬時值表達式為u于這兩個正弦交流電的說法錯誤的是(A)A.在圖中t= 0時刻穿過線圈的磁通量均為零B. 線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為 3 : 2C. 交流電a的瞬時值為u= 10sin 5兀t(V)20D .交流電b的最大值為§ V解析：t= 0時刻線圈處于中性面位置，穿過線圈的磁通量最大,A錯誤；由題中圖象可知交流電a、b周期之比是2： 3,所以線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3 : 2, B正確；交流電a的瞬時值

7、為u= Umsin 32nt = 10sin t(V) = 10sin 5 誡(V), C 正確；又由 Um= nBSw 可知 UbmT a=詐am =將 10 V = 20 V , D 正確.課時作業(yè)一、單項選擇題1 .如圖所示為一正弦交流電通過一電子元件后 的波形圖，則下列說法正確的是(B)A .這也是一種交流電B.電流的變化周期是0.02 sC .電流的變化周期是0.01 sD.電流通過100 Q的電阻時，1 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為200 J解析：電流方向沒變，不是交流電， A錯；由圖可知其周期是0.02 s, B對、C錯；電流通過100 Q的電阻時，1 s產(chǎn)生的熱量是Q1(2 2 =002罷

8、 J X 100X 0.01 J= 100 J, D 錯.2.如圖甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化.下列說法正確的是(C)A .圖甲表示交變電流，圖乙表示直流電B.兩種電壓的有效值相等C .圖甲所示電壓的瞬時值表達式為U= 311sin 100 n t(V)D .圖甲所示電壓經(jīng)匝數(shù)比為10 : 1的變壓器變壓后，頻率變?yōu)?tr 0 i原來的io解析：由圖象的縱坐標知，電壓的正、負分別表示電壓的方向，Um因此兩圖均為交變電流，A錯；對于正弦式電流才有 U有效=頁，雖然兩圖的最大值相同，但圖乙所示的非正弦(余弦)式電流不適用上式，故B錯；正弦式電流瞬時值表達式為u =

9、UmSin wt,由圖象可知2nUm = 311 V,T = 2X 10-2 s,可得 w= T = 100 n 代入上式得 u = 311sin100 ut(V),故C對；由變壓器原理可知變壓器只能根據(jù)匝數(shù)比改變電壓和電流，它不會改變交變電流的周期和頻率，故 D錯.3. 如圖所示，單匝矩形線圈的一半放在具有理想邊界 的勻強磁場中，線圈軸線 00與磁場邊界重合，線圈按圖 示方向勻速轉(zhuǎn)動，t= 0時刻線圈平面與磁場方向垂直，規(guī) 定電流方向沿abcda為正方向，則線圈內(nèi)感應電流隨時間解析：由楞次定律可知前半個周期感應電流沿 adcba方向，后半個周期沿abcda的方向，因線圈繞垂直磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動

10、， 所以產(chǎn)生 正弦式電流，A正確.4. 如圖所示，圖甲和圖乙分別表示正弦脈沖波和方波的交變電 流與時間的變化關(guān)系.若使這兩種電流分別通過兩個完全相同的電 阻，則經(jīng)過1 min的時間，兩電阻消耗的電功之比 W甲：W乙為(C)i/A10-1J!"1111118i2 i1 ；6 ；8 卩A. 1 :2 B. 1 : 2C. 1 : 3 D. 1 : 6解析：電功的計算，I要用有效值計算，圖甲中，由有效值的定"2 (1 2義得 2 Rx 2X 10-2 + 0+ 2 Rx 2X 10-2= I2R x 6X 10-2，得 hA;圖乙中，I的值不變12= 1 A，由W = Ult =

11、 I2Rt可以得到 3W甲W乙=1 : 3.C正確.5.通有電流i = Imsin 3 t的長直導線00與斷開的圓形導線圈在同一平面內(nèi)，如圖所示（設(shè)電流由0至O為正），為使A端的電勢 高于B端的電勢且Uab減小，交變電流必須處于每個周期的（A）1 1c .第三個4周期d .第四個4周期 &Ai解析：由E x OC可知，要E減小，即要減小,A AAt題中要求a1>Ob，由楞次定律知，只有在第一個4周期才符合要求，A項正確.6.將硬導線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長為I，它在磁感應強度為B、方向如圖所示的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為 n,導線在a、b兩處通過電刷與外電路連接，外電路

12、接有額定功率為P的x xX XX XXXX XX I X T X XX XX X野XXx6燈泡的A.B2( n |2nB)2C.(1豐 D.(I2nB)P小燈泡并正常發(fā)光，電路中除燈泡外，其余部分的電阻不計, 電阻應為（B）將產(chǎn)生解析：單匝正方形線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動, 正弦式電流，則電動勢的最大值盼B|2 3=2”nB|2，其有效值E二鳥2 兀 nBI2E2=?2 ，計算小燈泡的額定功率P要用其有效值，即P= R , R =E22 （兀Bnl2） 2p = p，故只有B選項正確.二、不定項選擇題7. 下列關(guān)于交變電流的說法中正確的是（B）A .用交流電壓表測量電壓時，指針來回擺動B

13、. 周期內(nèi)交流電的方向改變兩次C .如果交流的最大值是5 A,則最小值為5 AD .用電器上所標電壓值是交流電的最大值解析：交流電壓表測的是有效值，測交流指針不擺動； C項最小 值是零.D項用電器上標的是有效值.8. 一正弦式電流的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示.由圖可知(ABD)A .該交變電流的電壓瞬時值的表達式為u= 100sin 50兀t(V)B.該交變電流的頻率為25 HzC .該交變電流的電壓的有效值為 100 2 VD.若將該交流電壓加在阻值為 R = 100 Q的電阻兩端，則電阻消耗的功率是50 W解析：從圖中可知，交變電流周期 T = 4X 10-2 s,峰值電壓Um=100

14、V，故交變電流的頻率1f= t = 25 Hz，有效值U=50 250 W，瞬時值表達V.加在R = 100 Q的電阻上時的熱功率 P=2n式 u= Umsin T t= 100sin 50誡(V)，故正確選項為 A、B、D.2 n9. 在兩塊金屬板上加上交變電壓 u= UmSint,當t= 0時，板 間有一個電子正好處于靜止狀態(tài)，下面關(guān)于電子以后的運動情況的判 斷正確的是（BC）A. t = T時，電子回到原出發(fā)點B. 電子始終向一個方向運動c . t=2時，電子將有最大速度D. t = 2時，電子的位移最大解析：t= 0時，電子不受力，此時兩極板間電壓為零，此后電壓T開始增大，t=,時達到

15、最大，此過程中電子沿電場方向做加速度增大4T T的加速運動，速度增大，42這段時間內(nèi)，兩極板間電壓減小，但 電場方向不變，所以電子在這段時間內(nèi)仍沿原方向做加速度減小的加 速運動，速度繼續(xù)增大殳后電場變向，電子開始減速，但運動方向不 變，直至T時刻速度減為零.故在；時電子有最大速度.因電子的速 度方向不變，即隨時間的增長，位移增大.綜上所述，B、C正確，A、D錯誤.10 .如圖甲所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場 方向的轉(zhuǎn)軸00以恒定的角速度3轉(zhuǎn)動，從線圈平面與磁場方向平 行時開始計時，線圈中產(chǎn)生的交變電流按照圖乙所示的余弦規(guī)律變n化，在t =時刻(BC)2 3A .線圈中的電流最大B

16、.穿過線圈的磁通量最大C .線圈所受的安培力為零D .穿過線圈磁通量的變化率最大解析：注意線圈轉(zhuǎn)動過程中通過兩個特殊位置（平行于磁感線和垂 直于磁感線）時的特點；磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率n T、不同；t= 4,線圈轉(zhuǎn)過90 °,本題應選B、C.2 3411.如圖所示，單匝矩形線圈放置在磁感應強度為B的廠勻強磁場中，以恒定的角速度 3繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向垂 x x x 直于紙面向里，線圈所圍面積為 S,線圈導線的總電阻為Rt冥J k J xI=0時刻線圈平面與紙面重合，且cd邊正在向紙面外轉(zhuǎn)動.則x(ACD)A .線圈中電流t時刻瞬時值表達式為BRsin 31B.線圈中

17、電流的有效值為匸BS3C .線圈中電流的有效值為2BS®2RD .線圈消耗的電功率為(BSo) 22R解析：回路中感應電動勢最大值Em = BSw,電流最大值Im =EmRBSwBSw=r , t = 0時為中性面，故瞬時值表達式i=r sin wt電流有效I2BSwB2 w2S2值 I =2r ， P= I2R= 2R，故 B 錯誤，A、C、D 正確.三、非選擇題12 .如圖甲所示為小型旋轉(zhuǎn)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00勻速轉(zhuǎn)動，線圈的匝數(shù)n = 100匝、電阻r = 10 Q ,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻 R 連接，電阻R = 90

18、Q,與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表.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按如圖乙所示正弦規(guī)律變化.求：甲乙(1)交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢的最大值；電路中交流電壓表的示數(shù).解析：(1)交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢的最大值:Em= nBSco ,2n而 BS,3 = t，2n n n所以Em= T 由 t圖線可知：©m = 2ox 10-2 Wb,T = 6 28x 10-2 s, 所以 Em = 200 V.電動勢的有效值E = 2 Em= 100 2 V,由閉合電路的歐姆定律，電路中電流的有效值為:交流電壓表的示數(shù)為：U = IR = 90 2 V 胡27