高考物理專題復(fù)習(xí) 交變電流（一）

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1、高考物理專題復(fù)習(xí) 交變電流（一） 【親愛的同學(xué)：過了這條河我們就可以抵達(dá)花的海洋；爬過這座山我們就可以到達(dá)山的頂峰；戰(zhàn)勝這個(gè)困難我們就可以來到夢想的地方！相信自己！】 一、 回顧舊知 1、 《恒定電流》一節(jié)中電流、電阻定律、電功和電功率、電阻的串并聯(lián)、電動勢概念公式。 2、 楞次定律、右手定則、電磁感應(yīng)定律 二、新課講解? 1、考 點(diǎn)：交變電流的變化規(guī)律、周期頻率、有效值及最大值、電感和電容、變壓器和應(yīng)用。 2、重難點(diǎn)：交變電流的變化規(guī)律及產(chǎn)生過程的分析，電感和電容、變壓器 3、易混點(diǎn)：電感和電容 三、知識點(diǎn)精講 （一）交變電流 1、 概念：大小和方

2、向都隨時(shí)間作周期性變化的電流 如圖15-1所示（b）、（c）、（e）所示電流都屬于交流，其中按正弦規(guī)律變化的交流叫正弦交流。如圖（b）所示。而（a）、(d)為直流其中（a）為恒定電流。 2、 交變電流的產(chǎn)生 矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，為什么會產(chǎn)生交變電流呢？ 發(fā)電機(jī)的工作原理： （甲） （乙） （丙） （?。? （戊） 線框逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動過程中，哪些邊在切割磁感線？（ab和cd） ab邊和cd邊在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，切割磁感線，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在電路中就產(chǎn)生感應(yīng)電流。 緩慢轉(zhuǎn)動線框，當(dāng)線框平面與磁感線平行時(shí)，就會發(fā)現(xiàn)此時(shí)感應(yīng)電

3、動勢最大。繼續(xù)轉(zhuǎn)動線框，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)指針偏角最小，即此時(shí)線框平面與磁感線垂直。 我們把與磁感線垂直的平面稱為中性面，線框處于中性面時(shí)通過的磁通量最大，感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢為零。 為了能更加方便地說明問題，我們將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖來分析。 a(b) d(c) 甲 a(b) d(c) 戊 a(b) d(c) 乙 a(b) d(c) 丙 a(b) d(c) 丁 甲圖線框處于中性面，ab邊和cd邊不切割磁感線，線框中E感＝0，I感＝0， 乙圖線框ab邊和cd邊都在切割磁感線，線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)右手定則可知，感應(yīng)電流是沿abcd方

4、向流動的。 丙圖（同甲圖） 丁圖線框ab邊和cd邊都在切割磁感線，線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)右手定則可知，感應(yīng)電流是沿dcba方向流動的。 戊圖（同甲圖） 可以看出，線框每經(jīng)過一次中性面，感應(yīng)電流的方向就改變一次，因此線框每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。 3．交變電流的圖像和變化規(guī)律 定量分析線框轉(zhuǎn)動一周過程中感應(yīng)電動勢大小隨時(shí)間的變化關(guān)系。 設(shè)線框平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度是ω，經(jīng)時(shí)間t線框轉(zhuǎn)過的角度是ωt，ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向的夾角也等于ωt，ab邊的長度為L，磁感強(qiáng)度為B，則ab邊的感應(yīng)電動勢是 Eab＝Blvsinωt a(b) d(c) 戊

5、 v v Cd邊中的感應(yīng)電動勢跟ab邊中的感應(yīng)電動勢大小相同，且兩邊又是串聯(lián)，所以這一瞬間整個(gè)線框中的感應(yīng)電動勢 e＝2 Blvsinωt t(s) e(i,u) 0 Em -Em 令Em＝2 Blv 即e＝Em sinωt i＝e/R＝Em sinωt/R=Imsinωt 總結(jié)：交變電流的大小和方向都隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。 因此，交變電流的規(guī)律也可以用圖像來表示。 在直角坐標(biāo)系中，橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角（或者表示線圈轉(zhuǎn)動經(jīng)過的時(shí)間t），縱坐標(biāo)表示感應(yīng)電動勢e（感應(yīng)電流I）。 4、交流發(fā)電機(jī) （1）發(fā)電機(jī)的基本組成： ①用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的

6、線圈（叫電樞）②用來產(chǎn)生磁場的磁極 （2）發(fā)電機(jī)的基本種類 ①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（電樞動磁極不動）②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)（磁極動電樞不動） 無論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，不動的部分叫定子 （二）描述交變電流的物理量 1、表征交變電流大小物理量 ①瞬時(shí)值：對應(yīng)某一時(shí)刻的交流的值 用小寫字母x 表示，e i u ②峰值：即最大的瞬時(shí)值 用大寫字母表示，Um　?。蒻　　εm εm= nsBω Ｉm=εm/ R 注意：線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，所產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的峰值為 ε=NBSω，即僅由匝數(shù)N，線圈面積S，磁感強(qiáng)度B和

7、角速度ω四個(gè)量決定。與軸的具體位置，線圈的形狀及線圈是否閉合都是無關(guān)的。 ③有效值： ⅰ、意義：描述交流電做功或熱效應(yīng)的物理量 ⅱ、定義：跟交流熱效應(yīng)相等的恒定電流的值叫做交流的有效值。 ⅲ、正弦交流的有效值與峰值之間的關(guān)系是ε= I= U=。 　　注意：正弦交流的有效值和峰值之間具有ε=，U=的關(guān)系，非正弦（或余弦）交流無此關(guān)系，但可按有效值的定義進(jìn)行推導(dǎo)，如對于正負(fù)半周最大值相等的方波電流，其熱效應(yīng)和與其最大值相等的恒定電流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即I=I。 ⅳ、交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值；交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值。對于交流電若沒有

8、特殊說明的均指有效值。 ⅴ、在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值。 ④、峰值、有效值、平均值在應(yīng)用上的區(qū)別。 　　峰值是交流變化中的某一瞬時(shí)值，對純電阻電路來說，沒有什么應(yīng)用意義。若對含電容電路，在判斷電容器是否會被擊穿時(shí)，則需考慮交流的峰值是否超過電容器的耐壓值。 　　交流的有效值是按熱效應(yīng)來定義的，對于一個(gè)確定的交流來說，其有效值是一定的。而平均值是由公式確定的，其值大小由某段時(shí)間磁通量的變化量來決定，在不同的時(shí)間段里是不相同的。如對正弦交流，其正半周或負(fù)半周的平均電動勢大小 為，而一周期內(nèi)的平均電動勢卻為零。在計(jì)算交流通過電阻產(chǎn)生的熱功率時(shí)，只能用有

9、效值，而不能用平均值。在計(jì)算通過導(dǎo)體的電量時(shí)，只能用平均值，而不能用有效值。 在實(shí)際應(yīng)用中，交流電器銘牌上標(biāo)明的額定電壓或額定電流都是指有效值，交流電流表和交流電壓表指示的電流、電壓也是有效值，解題中，若題示不加特別說明，提到的電流、電壓、電動勢時(shí)，都是指有效值。 2、表征交變電流變化快慢的物理量 ①、周期T：電流完成一次周期性變化所用的時(shí)間。單位：s . ②、頻率f：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位：ＨZ. ③、角頻率ω：就是線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動的角速度。單位：rad/s. ④、角速度、頻率、周期，的關(guān)系　　　　ω=2f= [疑難辨析] 交流電的電動勢瞬時(shí)值和穿過線圈面積的

10、磁通量的變化率成正 比。當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，線圈磁通量也是按正弦（或余弦）規(guī)律變化的，若從中性面開始計(jì)時(shí)，t=0時(shí)，磁通量最大，φ應(yīng)為余弦函數(shù)，此刻變化率為零（切線斜率為零），t=時(shí)，磁通量為零，此刻變化率最大（切線斜率最大），因此從中性面開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)表達(dá)式是正弦函數(shù)，如圖15-2（a）（b）所示分別是φ=φcosωt和e=εsinωt。 （二）課堂練習(xí) 【例1】一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時(shí)間t的變化如圖所示。下面說法中正確的是 （ ） A．t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零 B．t2時(shí)刻通過線圈的磁通量的

11、絕對值最大 C．t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D．每當(dāng)e轉(zhuǎn)換方向時(shí)，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大 【例2】如圖表示一交流隨時(shí)間變化的圖像，求此交流的有效值。 　　解析：此題所給交流正負(fù)半周的最大值不相同，許多同學(xué)對交流電有效值的意義理解不深，只知道機(jī)械地套用正弦交流電的最大值是有效值的倍的關(guān)系，直接得出有效值，而對此題由于正負(fù)半周最大值不同，就無從下手。應(yīng)該注意到在一個(gè)周期內(nèi)前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根據(jù)有效值的定義，選擇一個(gè)周期的時(shí)間，利用在相同時(shí)間內(nèi)通過相同的電阻所產(chǎn)生的熱量相同，從焦耳定律求得。 IR·T=I1R·+ I2R

12、· 即I=(·+（)· 解得 I=A 四、 課堂小結(jié)，布置作業(yè)。 　練 習(xí) 題 一、選擇題 　　1．下面哪些因素影響交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的最大值 【 】 　　　 A．磁感強(qiáng)度 B．線圈匝數(shù)C．線圈面積 D．線圈轉(zhuǎn)速E．線圈初始位置 　　2．甲、乙兩電路中電流與時(shí)間關(guān)系如圖1，屬于交變電流的是 【 】 　　　A．甲乙都是 　B．甲是乙不是 　　　C．乙是甲不是 D．甲乙都不是 3．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢e-t圖像如圖2，則在時(shí)刻 【 】 　　　A．t1，t3線圈通過中性面 　　　B．t2，t4線圈中磁通量最大 　　

13、　C．t1，t3線圈中磁通量變化率最大 　　　D．t2，t4線圈平面與中性面垂直 　　4．如圖3，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)，線圈的 【 】 　　　A．磁通變化率為零 　　　B．感應(yīng)電流為零 　　　C．磁力矩為零 　　　D．感應(yīng)電流最大 　　5．關(guān)于線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流，以下說法中正確的是 【 】 　　　A．線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，感應(yīng)電動勢方向不變 　　　B．線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向就改變一次 　　　C．線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向都要改變一次 　　　D．線圈轉(zhuǎn)動一周，

14、感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流方向都要改變一次 　　6．下列說法正確的是 【 】 　　　A．使用交流的設(shè)備所標(biāo)的電壓和電流都是最大值 　　　B．交流電流表和電壓表測定的是有效值 　　　C．在相同時(shí)間內(nèi)通過同一電阻，跟直流電有相同熱效應(yīng)的交變電流值是交流的有效值 　　　D．給定的交變電流值在沒有特別說明的情況下都是指有效值 　　7．四個(gè)接220V交流的用電器，通電時(shí)間相同，則消耗電能最多的是 【 】 　　　A．正常發(fā)光的額定功率為100W的燈泡 　　　B．電流最大值為0.6A的電熨斗 　　　C．每秒發(fā)熱40cal的電熱器 　　　D．額定電流I=0.5A的電烙鐵 　　8．如圖4所示的交

15、流為u=311sin（314t+π/6）V，接在阻值220Ω的電阻兩端，則 【 】 　　　A．電壓表的讀數(shù)為311V 　　　B．電流表讀數(shù)為1.41A 　　　C．電流表讀數(shù)是1A 　　　D．2s內(nèi)電阻的電熱是440J 　　二、填空題 　　 為______，頻率為______，接上R=10Ω電阻后，一周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為______，在圖5中作出電流與時(shí)間關(guān)系圖i-t． 　　10．正弦交變電流圖象如圖6所示，其感應(yīng)電動勢的最大值為_____ V，周期為 s.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼谋稌r(shí)，所產(chǎn)生交變電動勢的有效值為______V．周期為______． 　　11．如圖6所示

16、，在第一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，線圈轉(zhuǎn)到中性面的時(shí)刻為______末，此時(shí)穿過線圈的磁通量______（填最大，最小或零．下同），流過線圈的電流為______．在0.02s末時(shí)刻，線圈在磁場中的位置是_____________． 三、計(jì)算題 　　12．邊長為a的正方形線圈在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，以一條邊為軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為ω，轉(zhuǎn)動軸與磁場方向垂直，若線圈電阻為R，則從圖7所示線圈平面與磁場方向平行的位置轉(zhuǎn)過90°角的過程中，在線圈中產(chǎn)生的熱量是多少？ 　　 13．如圖8中正方形線框abcd邊長L=0.1m，每邊電阻1Ω，在磁感強(qiáng)度B=0.3T勻強(qiáng)磁場中繞cd以勻速轉(zhuǎn)動，cd兩點(diǎn)與外電路相連，外電路電阻R=1Ω，求①S斷開時(shí)，電壓表讀數(shù)；②當(dāng)電鍵S閉合時(shí)，電流表讀數(shù)．