廣東省高中物理第一輪總復(fù)習(xí)-第11章第1講交流電的產(chǎn)生及描述-粵教版-新課標(biāo)

1、內(nèi)容要求說(shuō)明交變電流、交變電流的圖象正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值理想變壓器遠(yuǎn)距離輸電1.本章所講的交變電流的知識(shí)，是前面學(xué)過(guò)的電和磁的知識(shí)的發(fā)展和應(yīng)用，交流電相比于直流電，有許多優(yōu)點(diǎn)，這使得交流電與生產(chǎn)生活有著比直流電更廣泛和密切的聯(lián)系.對(duì)照新課標(biāo)及2010年高考考試說(shuō)明，不難看出對(duì)學(xué)生的要求并不高，但從新課標(biāo)的精神及高考的方向來(lái)看，本章內(nèi)容應(yīng)該會(huì)在高考中有一定程度的體現(xiàn).交流電的產(chǎn)生原理和變化規(guī)律、交流電的圖象、特點(diǎn)、變壓器及電能的輸送等問(wèn)題是考生必須掌握的內(nèi)容.2.從近幾年各地高考試題來(lái)看，交流電的產(chǎn)生、圖象、規(guī)律及有效值；理想變壓器電壓關(guān)系及功率、電流關(guān)系；遠(yuǎn)距離輸電等知識(shí)點(diǎn)在

2、高考試題中頻繁出現(xiàn)，這些高考熱點(diǎn)內(nèi)容，是同學(xué)們復(fù)習(xí)的重點(diǎn).3.在新課標(biāo)中，要求學(xué)生知道傳感器作用、意義以及常見(jiàn)的傳感器的基本工作原理，了解傳感器在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用.雖然在2010高考考綱中對(duì)這部分內(nèi)容并沒(méi)有提出明確的要求，但并不排除高考中出現(xiàn)涉及傳感器的可能性，這在新課標(biāo)實(shí)施前的高考題中都已經(jīng)得到了驗(yàn)證.因此，學(xué)生在復(fù)習(xí)時(shí)對(duì)傳感器的問(wèn)題還是應(yīng)該適當(dāng)?shù)年P(guān)注.“交流電的規(guī)律”為復(fù)習(xí)中心，掌握交流電的產(chǎn)生、特點(diǎn)及特征物理量.交流電是電流的大小和方向均隨時(shí)間發(fā)生變化的電流，它按正弦或余弦規(guī)律變化，既可以用函數(shù)公式來(lái)分析或進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，也可以利用圖象的方法來(lái)研究交流電，無(wú)論是哪一種方法，必須正確掌握交

3、流電的特征物理量的計(jì)算，包括周期、頻率和有效值等.“變壓器的原理”為復(fù)習(xí)核心，掌握變壓器傳輸電能的特點(diǎn)，研究遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題.變壓器是利用互感原理將交流電的電壓改變的一個(gè)重要的電力處理裝置.必須掌握變壓器的基本原理和傳輸電能特點(diǎn)，要了解遠(yuǎn)距離輸電的基本模式，弄清輸電規(guī)律，正確設(shè)計(jì)出輸電方案，更好的傳送能源.電阻、電感和電容對(duì)交變電流的作用高壓輸電變壓器：正弦交變電流產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)描述瞬時(shí)值：i=Imsint峰值：Im=NBS/R周期T和頻率f圖象：正弦曲線輸送一、交變電流的產(chǎn)生1.交變電流的概念：和都隨時(shí)間做周期性變化的電流.2.交變電流的產(chǎn)生：線圈在中繞勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就能產(chǎn)生

4、正弦交流電.大小方向勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于磁場(chǎng)方向的軸(1)交變電流產(chǎn)生的過(guò)程分析如下圖所示為矩形線圈abcd在磁場(chǎng)中繞軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的截面圖.轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化.其中ab和cd兩條邊在切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈上就有了感應(yīng)電流.具體分析可從圖中看出，圖時(shí)，導(dǎo)體不切割磁感線，線圈中無(wú)電流；圖時(shí)，導(dǎo)體垂直切割磁感線，線圈中有電流，且電流從a端流入；圖同圖；圖中電流從a端流出，圖同圖，這說(shuō)明電流方向發(fā)生了改變.(2)關(guān)于中性面線圈平面 時(shí).線圈中的。為零，這一位置叫中性面.如圖和圖位置.線圈平面經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，最大，_發(fā)生改變.線圈繞軸轉(zhuǎn)一周經(jīng)過(guò)中性面兩次，因此感應(yīng)電流方向改變兩次.垂

5、直于磁感線感應(yīng)電流磁通量電流方向(3)交流電動(dòng)勢(shì)的最大值在交變電流的產(chǎn)生過(guò)程中，當(dāng)線圈平面處于中性面時(shí)盡管磁通量最大，但電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為零.而當(dāng)線圈平面與中性面垂直時(shí)，盡管磁通量為零，但由于切割磁感線的兩條邊速度和磁場(chǎng)方向垂直，使得最大，所以電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e達(dá)到最大值.磁通量的變化率Em=NBS二、交變電流的變化規(guī)律1.正弦式交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式：.正弦式交變電流的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表達(dá)式的推導(dǎo)：以線圈平面過(guò)中性面為計(jì)時(shí)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，線圈與中性面的夾角為=t.ab、cd兩邊的線速度大小均為由右圖可知，該速度在垂直于磁場(chǎng)方向上的分量為e=Emsint=NBSsintab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為在回路中，

6、cd、ab兩邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等，且兩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向一致，所以單匝線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=2eab=Blbclabsint=BSsint.若是N匝線圈，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e=NBSsint.2.正弦式交變電流的圖象線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，從線圈平面離開(kāi)中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是按正弦規(guī)律變化.其交流電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值圖象如圖甲：實(shí)驗(yàn)表明歐姆定律也適用于交變電流的純電阻電路，有：i=Imsint，其中Im= ，R為電路中的總電阻.電流瞬時(shí)值圖象如圖乙.三、表征交流電的物理量1.交流電的周期、頻率和角頻率交流電的周期(T)、頻率(f)和角頻率

7、()都是用來(lái)描述交流電變化快慢的物理量，它們之間存在如下關(guān)系：2.交流電的有效值(1)有效值定義：讓交流電和直流電通過(guò)同一個(gè)電阻，如果在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的。，這一直流電的數(shù)值就叫做這一交流電的有效值.(2)正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系：電動(dòng)勢(shì)有效值電壓有效值電流有效值熱量相同(3)注意有效值與平均值的區(qū)別：有效值是指交流電在產(chǎn)生熱效應(yīng)方面跟直流電等效.通常交流電壓表和電流表測(cè)量的數(shù)值，以及各種使用交流電的電氣設(shè)備上所標(biāo)的和的數(shù)值，都是指有效值.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 ，可以計(jì)算在一段時(shí)間t內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì).交流電的平均值與熱效應(yīng)無(wú)關(guān)，但一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)電路的決定于電流的平均值.額定電壓額定電流電

8、荷量 主題(1) 掌握交流電的變化規(guī)律，會(huì)進(jìn)行交流電物理量的計(jì)算 (雙選)(2010普寧模擬)一矩形金屬線圈共10匝，繞垂直磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的交變電流的電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的情況為e=10sin10 t(V)下列說(shuō)法中正確的是()A該交變電流的頻率是10HzB當(dāng)t= s時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量恰好為零C線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線圈的最大磁通量為 WbD該交變電流電動(dòng)勢(shì)的有效值為5 VCD 交變電流的函數(shù)表達(dá)式 由e=10sin10pt(V)得電動(dòng)勢(shì)的有效值E= Em=5 V，頻率f= =5Hz；把t= s代入e表達(dá)式，得e=0，此時(shí)通過(guò)線圈的磁通量恰好最大；C項(xiàng)要用Em=N

9、BSw=NFmw，得到 聯(lián)系正弦交變電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值、最大值的橋梁是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式一個(gè)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線框，當(dāng)線框轉(zhuǎn)至中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí).t1=1/60s，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為50V，當(dāng)t2=1/30s時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為50 V，求：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值；(2)線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的大??；(3)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式.線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦交變電流，題目還給出了計(jì)時(shí)起點(diǎn)為中性面，因此正弦交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emsint.利用瞬時(shí)值表達(dá)式來(lái)求解：將已知條件代入得到：將式化成得所以=10rad/s將代入得Em=100V瞬時(shí)表達(dá)式為e=100sin

10、10tV如圖11-1-1所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1T，矩形線圈的匝數(shù)N=100匝，邊長(zhǎng)ab=0.2m，bc=0.5m，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度=圖11-1-1 100rad/s，轉(zhuǎn)軸在正中間.試求：(1)從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，該線圈電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式；(2)當(dāng)轉(zhuǎn)軸移動(dòng)至ab邊(其他條件不變)，再求電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式；(3)當(dāng)線圈做成半徑為r=的圓形，再求電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式.根據(jù)e=Emsint=NBSsint可以知道(1)e=314cos100tV;(2)與(1)相同;(3)與(1)相同.主題(2)掌握交流電的圖象知識(shí)，會(huì)利用圖象解答交流電的相關(guān)問(wèn)題城市美化或者每逢節(jié)日，同學(xué)們往往能看到許多霓虹燈發(fā)

11、出鮮艷絢麗的燈光，將城市裝扮得異彩紛呈，賞心悅目.頻率為50Hz的交變電流，其電壓u=120 sintV，把它加在激發(fā)電壓、熄燈電壓均為84V的霓虹燈的兩端，求在半個(gè)周期內(nèi)霓虹燈點(diǎn)亮的時(shí)間.交流電的圖象設(shè)交變電壓的周期T，電壓的最大值Um=120V=168V.為便于求解，作交變電壓的u-t圖象如圖所示，當(dāng)電壓高于84V時(shí)霓虹燈才發(fā)光，由圖象易知，半個(gè)周期內(nèi)燈管點(diǎn)亮的時(shí)間為t=t2-t1.因84=168sint,sint=sin2ft=所以得則本題采用圖象輔助的方法使解題過(guò)程流暢，思維清晰.需注意的是，不管是在霓虹燈上加正向電壓還是反向電壓，只要電壓瞬時(shí)值超過(guò)其激發(fā)電壓，霓虹被點(diǎn)亮，所以在交流電

12、變化的一個(gè)周期內(nèi)，霓虹燈被點(diǎn)亮兩次.主題(3)關(guān)注交變電流在生活中的應(yīng)用，學(xué)會(huì)處理交流電的應(yīng)用問(wèn)題（單選）一只電飯煲和一臺(tái)洗衣機(jī)同時(shí)并聯(lián)接入U(xiǎn)=311sin314tV的交流電源上，均正常工作.用電流表分別測(cè)得流過(guò)電飯煲的電流是5A，流過(guò)洗衣機(jī)的電流是，則下列說(shuō)法中正確的是()A.電飯煲的電阻為44，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440B.電飯煲消耗的功率為1555W，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的功率為分鐘內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6104J，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6103JD.電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍交流電結(jié)合電路知識(shí)由U=311sin314tV知，電源電壓的有效值220V.電飯煲是純

13、電阻器件，遵循歐姆定律，但洗衣機(jī)中有電動(dòng)機(jī)存在，因此不遵循歐姆定律.C雖然電飯煲和洗衣機(jī)是并聯(lián)在電路中的，但由于兩個(gè)用電器的性質(zhì)上的差異，因此，不能根據(jù)相同的規(guī)律來(lái)進(jìn)行計(jì)算，在實(shí)際應(yīng)用中，特別要注意這種差異.要注意區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路.有一正弦交流電源，電壓有效值U=120V，頻率為f=50Hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0=60V，試估算在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時(shí)間有多長(zhǎng)？為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？由正弦交流電的最大值與有效值U的關(guān)系得：Um=120 V設(shè)t=0時(shí)交流電的瞬時(shí)電壓U=0，則交流電的瞬時(shí)表達(dá)式為U=120 sin100tV如圖所示，畫(huà)出

14、一個(gè)周期內(nèi)交流電的U-t圖象，其中陰影部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，一個(gè)周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間為4t1，當(dāng)U=U0=60 V時(shí)，由上式得t1=1/600s，再由對(duì)稱(chēng)性求得一個(gè)周期內(nèi)能發(fā)光的時(shí)間： 再由比例關(guān)系求得一小時(shí)內(nèi)霓虹燈發(fā)光的時(shí)間為：很明顯霓虹燈在工作過(guò)程中是忽明忽暗的，而熄滅的時(shí)間只有1/300s(如圖t2時(shí)刻到t3時(shí)刻)由于人的眼睛具有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，而這個(gè)視覺(jué)暫留時(shí)間約為1/16s遠(yuǎn)大于1/300s，因此經(jīng)過(guò)燈光刺激的人眼不會(huì)因?yàn)槎虝旱南缍兴杏X(jué).主題(4)正確理解交流電有效值的意義，會(huì)利用能量守恒計(jì)算有效值圖11-1-2(單選)兩只阻值相等的電阻分

15、別通以正弦交流電與方形交流電，它們電流的最大值相等，如圖11-1-2所示，則兩只電阻的熱功率之比是()A.14 B.1C.12 D.11B交流電的有效值正弦交流電的有效值為，則電阻在一周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為電阻在通以方形交流電一周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量易知兩只電阻的熱功率之比為12.若不是正弦交流電則應(yīng)特別小心應(yīng)該使用能量守恒計(jì)算有效值.區(qū)分正弦交流電和非正弦交流電的有效值計(jì)算.圖11-1-3中是某一交流電電流隨時(shí)間變化的圖象，此交流電的有效值是_.圖11-1-3 周期為0.03s,前T內(nèi)的有效值為后T內(nèi)的有效值為5 A所以I=5A.主題(5)利用力學(xué)和電學(xué)的規(guī)律，正確解答交流電的綜合問(wèn)題交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有

16、n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為圖11-1-4，線圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R.當(dāng)線圈由圖11-1-4中實(shí)線位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90到達(dá)虛線位置過(guò)程中，求：(1)通過(guò)R的電荷量q為多少？(2)R上產(chǎn)生電熱QR為多少？(3)外力做的功W為多少？力學(xué)和電學(xué)的綜合解析能力(1)由電流的定義，計(jì)算電荷量應(yīng)該用平均值：即這里電流和電動(dòng)勢(shì)都必須要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬時(shí)值.(2)求電熱應(yīng)該用有效值，先求總電熱Q，再按照內(nèi)外電阻之比求R上產(chǎn)生的電熱QR.(3)根據(jù)能量守恒，外力做功的過(guò)程是機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程，電流通過(guò)電阻，又將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即放出電熱.因此(2)、(3)問(wèn)的電流必須要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬時(shí)值.一定要學(xué)會(huì)用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來(lái)分析功和能.平行金屬板A、B兩板相距為d,如圖11-1-