2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-第1課時-交表電流的產(chǎn)生及其規(guī)律課件-人教大綱版2

考綱要求三年考情熱點考向考點要求2007年2008年2009年交流發(fā)電機及其產(chǎn)生正弦式交變電流的原理，正弦式交變電流的圖象和三角函數(shù)表達，最大值與有效值，周期與頻率Ⅱ北京理綜(T17·選擇)山東理綜(T18·選擇)天津理綜(T16·選擇)寧夏理綜(T19·選擇)山東理綜(T20·選擇)廣東物理(T5·選擇)天津卷(T18·填空)福建卷(T16·選擇)重慶卷(T18·選擇)1.正弦交變電流的產(chǎn)生、變化規(guī)律、圖象．2．交流電的最大值、瞬時值、有效值和平均值的問題．以上均是命題的熱點，常以選擇題形式出現(xiàn).電阻、電感和電容對交變電流的作用Ⅰ第十三章交變電流電磁場和電磁波第1課時交變電流的產(chǎn)生及其規(guī)律第一頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第一頁，編輯于星期四：二十點三十一分。1．交變電流：大小和

都隨時間做

變化的電流，簡稱交流(AC)．2．正弦式交變電流(如圖13－1－1所示) (1)定義：按

變化的交變電流． (2)產(chǎn)生：將閉合矩形線圈置于

磁場中，并繞

方向的軸做

轉(zhuǎn)動．方向周期性正弦規(guī)律勻強垂直于磁場勻速圖13－1－1第二頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二頁，編輯于星期四：二十點三十一分。(3)中性面：與磁場方向

的平面．(4)正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)：垂直第三頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第三頁，編輯于星期四：二十點三十一分。 (1)線圈各邊都不切割磁感線，感應(yīng)電動勢為零，即感應(yīng)電流等于零． (2)磁感線垂直于該時刻的線圈平面，所以磁通量最大，但磁通量的變化率為零． (3)交變電流的方向在中性面的兩側(cè)是相反的． (4)線圈每經(jīng)過一次中性面，電流方向改變一次．1．線圈平面和中性面平行時，有哪些特點？第四頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第四頁，編輯于星期四：二十點三十一分。2．線圈平面跟中性面垂直時，有哪些特點？ (1)磁通量為零． (2)磁通量的變化率最大． (3)感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流均最大，電流方向不變．3．交變電流瞬時值表達式的書寫基本思路 (1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或由公式Em＝nBSω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．如：①線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imsinωt.②線圈從垂直中性面開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imcosωt.第五頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第五頁，編輯于星期四：二十點三十一分。1．如圖13－1－2所示，矩形線圈邊長為ab＝20cm，bc＝10cm，匝數(shù)N＝100匝，磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.01T．當(dāng)線圈以n＝50r/s的轉(zhuǎn)速從圖示位置開始逆時針勻速轉(zhuǎn)動時，求： (1)線圈中交變電動勢瞬時值表達式； (2)從線圈開始轉(zhuǎn)起動，經(jīng)0.01s時感應(yīng)電動勢的瞬時值．第六頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第六頁，編輯于星期四：二十點三十一分。解析：(1)線圈的角速度為ω＝2πn＝100πrad/s，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em＝NBωS＝NBω·ab·bc＝6.28V.又剛開始轉(zhuǎn)動時線圈平面與中性面夾角為30°＝π/6，故線圈中交變電動勢的瞬時值表達式為e＝Emsin(ωt＋π/6)＝6.28sin(100πt＋π/6)V.(2)把t＝0.01s代入上式，可得此時感應(yīng)電動勢的瞬時值：e＝3.14V.答案：(1)e＝6.28sin(100πt＋π/6)V(2)3.14V第七頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第七頁，編輯于星期四：二十點三十一分。1．周期和頻率 (1)周期T：交變電流完成

變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時間，單位是

．公式：T＝. (2)頻率f：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的

，單位是赫茲(Hz)． (3)周期和頻率的關(guān)系：T＝

或f＝

.一次周期性秒(s)次數(shù)第八頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第八頁，編輯于星期四：二十點三十一分。2．交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬時值：交變電流某一

的值，是時間的函數(shù)． (2)峰值：交變電流的電流或電壓所能達到的

． (3)有效值：讓交流與恒定電流通過

的電阻，如果它們在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的

相等，則這個恒定電流I、恒定電壓U就是這個交變電流的

．時刻最大值熱量相同有效值(4)正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系I＝

U＝

E＝

.(5)平均值：是交變電流圖象中波形與橫軸所圍的面積跟時間的比值，其數(shù)值可以用＝

計算．第九頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第九頁，編輯于星期四：二十點三十一分。1．交變電流的瞬時值、峰值、有效值、平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值Em＝nBSωIm＝Em/(R＋r)討論電容器的擊穿電壓第十頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十頁，編輯于星期四：二十點三十一分。由感應(yīng)電動勢的最大值公式Em＝nBSω得，Em僅由n、B、S、ω四個物理量所決定，與軸的具體位置和線圈的形狀都無關(guān)．有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值(1)計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如功、功率、熱量等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值計算通過電路截面的電荷量對正(余)弦交流電有：第十一頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十一頁，編輯于星期四：二十點三十一分。2．對交變電流有效值的理解

交變電源的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)進行定義的，所以進行有效值計算時，要緊扣電流通過電阻生熱(或熱功率)進行計算．注意“三同”：即“相同電阻”上，“相同時間”內(nèi)產(chǎn)生“相同熱量”．第十二頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十二頁，編輯于星期四：二十點三十一分。2．如圖13－1－3所示，矩形線圈abcd，面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為R，在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，(P1以ab邊為軸，P2以ad邊中點為軸)當(dāng)線圈平面從與磁場方向平行開始計時，線圈轉(zhuǎn)過90°的過程中，繞P1及P2軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電的電流大小，電量及焦耳熱分別為I1，q1，Q1及I2，q2，Q2，則下面判斷正確的是()第十三頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十三頁，編輯于星期四：二十點三十一分。A.

線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動時電流的方向相同，都是a→b→c→dB．q1>q2＝NBS/2RC．I1＝I2＝(NBωS)/D．Q1<Q2＝πω(NBS)2/2R解析：本題考查電磁感應(yīng)中電量、熱量、電流的計算和感應(yīng)電流方向的判斷.繞P、P′轉(zhuǎn)動時電流的方向相同，但電流的方向為a→d→c→b→a，A項錯；電量q＝，與繞哪個軸轉(zhuǎn)動沒有關(guān)系，B項錯；線圈繞兩軸轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電動勢相同，所以電流相同，發(fā)熱也相同，C項對，D項錯．答案：C第十四頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十四頁，編輯于星期四：二十點三十一分。1．電感：通直流，

；通低頻，．2．電容：通交流，

；通高頻，．阻交流阻高頻隔直流阻低頻第十五頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十五頁，編輯于星期四：二十點三十一分。1．電感對直流的阻礙作用很小，所以是“通直流”，而對交流有阻礙作用，所以是“阻交流”；交流頻率越高，電感阻礙作用越大，而對低頻阻礙作用較小，所以是“通低頻，阻高頻”．2．電容對直流來說是斷路，而交流可以通過對電容充放電，使電路中有電流，故表現(xiàn)為交流“通過”了電容器，故有“通交流，隔直流”；電容器對交流的阻礙作用與交流的頻率有關(guān)，頻率越高，容抗越小，越易“通過”電容器，而對低頻容抗較大，故有“通高頻、阻低頻”．第十六頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十六頁，編輯于星期四：二十點三十一分。3．如圖13－1－4所示，三個燈泡是相同的，而且耐壓足夠，電源內(nèi)阻忽略．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S接A時，三個燈亮度相同，那S接B時() A．三個燈亮度相同 B．甲燈最亮，丙燈不亮 C．甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮 D．只有丙燈不亮，乙燈最亮第十七頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十七頁，編輯于星期四：二十點三十一分。解析：開關(guān)S接A時，甲、乙、丙三個支路均有交流電通過，開關(guān)S接B時，電路處于直流工作狀態(tài)，電容C“隔直、通交”；電感L“阻交、通直”；R對交、直流有相同的阻抗．可判斷此時電路中I丙＝0，I甲不變，I乙增大；又因為燈泡亮度與熱功率(P＝I2R)成正比．所以只有丙燈不亮，乙燈最亮，故選D項．答案：D第十八頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十八頁，編輯于星期四：二十點三十一分?！纠?】電阻R1、R2和交流電源按照圖13－1－5甲所示方式連接，R1＝10Ω，R2＝20Ω.合上開關(guān)S后，通過電阻R2的正弦交變電流i隨時間t變化的情況如圖13－1－5乙所示，則()圖13－1－5第十九頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第十九頁，編輯于星期四：二十點三十一分。A．通過R1的電流的有效值是1.2AB．R1兩端的電壓有效值是6VC．通過R2的電流的有效值是1.2AD．R2兩端的電壓有效值是6V解析：由題圖知流過R2交流電電流的最大值I2m＝0.6A，故選項C錯誤；由U2m＝ImR2＝12V知，選項D錯誤；因串聯(lián)電路電流處處相同，則I1m＝0.6A，電流的有效值I1＝＝0.6A，故A項錯誤；由U1＝I1R1＝6V，故選項B正確．答案：B第二十頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十頁，編輯于星期四：二十點三十一分。根據(jù)圖象可以確定的量：1．電流最大值；2．周期T和頻率f；3．不同時刻交流電的瞬時值；4．線圈處于中性面和最大值對應(yīng)的時刻；5．任意時刻線圈的位置和磁場的夾角．第二十一頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十一頁，編輯于星期四：二十點三十一分。1－1如圖13－1－6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(dāng)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)于這兩個正弦交流電的說法正確的是()A．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2B．兩種情況在0.3s內(nèi)通過線圈的磁通量的變化量之比為1∶1C．兩種情況在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比Qa∶Qb＝3∶2D．兩種情況在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比Qa∶Qb＝9∶4第二十二頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十二頁，編輯于星期四：二十點三十一分。解析：兩種情況Ta∶Tb＝2∶3，fa∶fb＝3∶2，線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2，選項A正確；兩種情況下在0.3s內(nèi)磁通量的變化量不同，選項B錯誤．交流電的最大值Em＝NBSω，電動勢最大值之比為3∶2.Q＝t，兩種情況在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比Qa∶Qb＝9∶4，選項D正確．答案：AD第二十三頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十三頁，編輯于星期四：二十點三十一分。【例2】一個邊長為6cm的正方形金屬線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場垂直，電阻為0.36Ω.磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化關(guān)系如圖13－1－7所示，則線框中感應(yīng)電流的有效值為()

第二十四頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十四頁，編輯于星期四：二十點三十一分。解析：由法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律

于是可作出i隨時間變化的圖象如圖所示．由有效值的定義Q直＝Q交，

12×10－10R＋18×10－10R＝5RI2I＝×10－5A，故B選項正確．答案：B第二十五頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十五頁，編輯于星期四：二十點三十一分。求交變電流有效值的方法1．利用

計算，只適用于正弦式交流電

2．利用有效值的定義計算(非正弦式交流電)．在計算有效值時“相同時間” 至少取一個周期或周期的整數(shù)倍．3．利用能量關(guān)系： 當(dāng)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．第二十六頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十六頁，編輯于星期四：二十點三十一分。2－1調(diào)光燈、調(diào)速電風(fēng)扇以前是用變壓器來實現(xiàn)的，該技術(shù)的缺點是成本高、體積大、效率低，且不能任意調(diào)節(jié)燈的亮度或電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速．現(xiàn)在的調(diào)光燈、調(diào)速電風(fēng)扇是用可控硅電子元件來實現(xiàn)的．如圖13－1－8為經(jīng)過一個雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓．那么現(xiàn)在電燈上的電壓為()第二十七頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十七頁，編輯于星期四：二十點三十一分。解析：電燈上的電壓值，如沒有特殊說明一般指電壓的有效值，設(shè)加在電燈上的電壓的有效值為U，取一個周期，由電流的熱效應(yīng)得

所以可得U＝，故C項正確．

答案：C第二十八頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十八頁，編輯于星期四：二十點三十一分?！纠?】如圖13－1－9所示，交流發(fā)電機線圈的面積為0.05m2共100匝．該線圈在磁感應(yīng)強度為T的勻強磁場中，以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，電阻R1和R2的阻值均為50Ω，線圈的內(nèi)阻忽略不計，若從圖示位置開始計時，則() 圖13－1－9第二十九頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第二十九頁，編輯于星期四：二十點三十一分。A．線圈中的電動勢為e＝50sin10πtV B．電流表的示數(shù)為AC．電壓表的示數(shù)為50V D．R1上消耗的電功率為50W解析：由于線圈從圖示位置(即磁場方向平行于線圈平面)開始計時，所以e＝Emcosωt，其中E

m＝NBSω＝50V，故線圈中的電動勢e＝50cos10πtV，故A選項錯誤；線圈產(chǎn)生的電動勢的有效值為E＝V＝25V，由于線圈的內(nèi)阻不計，故電壓表的示數(shù)為U＝E＝25V，故C選項錯誤；電流表的的示數(shù)I＝，其中R并＝＝25Ω，所以I＝A，故B選項正確；電阻消耗的電功率為P＝U2/R1＝25W，故D選項錯誤．答案：B第三十頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第三十頁，編輯于星期四：二十點三十一分。3－1圖13－1－10(甲)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OO′勻速轉(zhuǎn)動，線圈的匝數(shù)n＝100匝、電阻r＝10Ω，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R＝90Ω，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Φ隨時間t按圖13－1－10(乙)所示正弦規(guī)律變化．求：(1)交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢的最大值；(2)電路中交流電壓表的示數(shù)．第三十一頁，編輯于星期一：十三點五十五分。第三十一頁，編輯于星期四：二十點三十一分。解析：(1)交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢的最大值Em＝nBSω而Φm＝BS，ω＝，所以Em＝2nπΦm/T由Φ－t圖線可知：Φm＝2.0×10－2Wb，T＝6.28×10－2s，所以Em＝200V.(2)電動勢的有效值E＝Em＝100V，由閉合電路歐姆定律，電路中電流的有效值為I＝＝A，交流電壓表的示數(shù)為U＝IR＝90V＝127V.答案：(1)200V(