2019年高考物理專題復習 交變電流（一）.doc

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2019年高考物理專題復習 交變電流（一） 【親愛的同學：過了這條河我們就可以抵達花的海洋；爬過這座山我們就可以到達山的頂峰；戰(zhàn)勝這個困難我們就可以來到夢想的地方！相信自己！】 1、 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、電動勢概念公式。 2、 楞次定律、右手定則、電磁感應定律 二、新課講解 1、考 點：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、變壓器和應用。 2、重難點：交變電流的變化規(guī)律及產生過程的分析，電感和電容、變壓器 3、易混點：電感和電容 三、知識點精講 （一）交變電流 1、 概念：大小和方向都隨時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、 交變電流的產生 矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，為什么會產生交變電流呢？ 發(fā)電機的工作原理： （甲） （乙） （丙） （?。? （戊） 線框逆時針勻速轉動過程中，哪些邊在切割磁感線？（ab和cd） ab邊和cd邊在勻強磁場中做勻速圓周運動，切割磁感線，在線框中產生感應電動勢，在電路中就產生感應電流。 緩慢轉動線框，當線框平面與磁感線平行時，就會發(fā)現此時感應電動勢最大。繼續(xù)轉動線框，當學生發(fā)現指針偏角最小，即此時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，線框處于中性面時通過的磁通量最大，感應電流、感應電動勢為零。 為了能更加方便地說明問題，我們將立體圖轉化為平面圖來分析。 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，線框中產生感應電流，根據右手定則可知，感應電流是沿abcd方向流動的。 丙圖（同甲圖） 丁圖線框ab邊和cd邊都在切割磁感線，線框中產生感應電流，根據右手定則可知，感應電流是沿dcba方向流動的。 戊圖（同甲圖） 可以看出，線框每經過一次中性面，感應電流的方向就改變一次，因此線框每轉動一周，感應電流的方向改變兩次。 3．交變電流的圖像和變化規(guī)律 定量分析線框轉動一周過程中感應電動勢大小隨時間的變化關系。 設線框平面從中性面開始轉動，角速度是ω，經時間t線框轉過的角度是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，磁感強度為B，則ab邊的感應電動勢是 Eab＝Blvsinωt a(b) d(c) 戊 v v Cd邊中的感應電動勢跟ab邊中的感應電動勢大小相同，且兩邊又是串聯，所以這一瞬間整個線框中的感應電動勢 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：交變電流的大小和方向都隨時間按正弦規(guī)律變化。 因此，交變電流的規(guī)律也可以用圖像來表示。 在直角坐標系中，橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角（或者表示線圈轉動經過的時間t），縱坐標表示感應電動勢e（感應電流I）。 4、交流發(fā)電機 （1）發(fā)電機的基本組成： ①用來產生感應電動勢的線圈（叫電樞）②用來產生磁場的磁極 （2）發(fā)電機的基本種類 ①旋轉電樞式發(fā)電機（電樞動磁極不動）②旋轉磁極式發(fā)電機（磁極動電樞不動） 無論哪種發(fā)電機，轉動的部分叫轉子，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瞬時值：對應某一時刻的交流的值 用小寫字母x 表示，e i u ②峰值：即最大的瞬時值 用大寫字母表示，Um　　Ｉm　　εm εm= nsBω Ｉm=εm/ R 注意：線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線方向的軸勻速轉動時，所產生感應電動勢的峰值為 ε=NBSω，即僅由匝數N，線圈面積S，磁感強度B和角速度ω四個量決定。與軸的具體位置，線圈的形狀及線圈是否閉合都是無關的。 ③有效值： ⅰ、意義：描述交流電做功或熱效應的物理量 ⅱ、定義：跟交流熱效應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=的關系，非正弦（或余弦）交流無此關系，但可按有效值的定義進行推導，如對于正負半周最大值相等的方波電流，其熱效應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是有效值。對于交流電若沒有特殊說明的均指有效值。 ⅴ、在求交流電的功、功率或電熱時必須用交流電的有效值。 ④、峰值、有效值、平均值在應用上的區(qū)別。 　　峰值是交流變化中的某一瞬時值，對純電阻電路來說，沒有什么應用意義。若對含電容電路，在判斷電容器是否會被擊穿時，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來定義的，對于一個確定的交流來說，其有效值是一定的。而平均值是由公式確定的，其值大小由某段時間磁通量的變化量來決定，在不同的時間段里是不相同的。如對正弦交流，其正半周或負半周的平均電動勢大小 為，而一周期內的平均電動勢卻為零。在計算交流通過電阻產生的熱功率時，只能用有效值，而不能用平均值。在計算通過導體的電量時，只能用平均值，而不能用有效值。 在實際應用中，交流電器銘牌上標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，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間。單位：s . ②、頻率f：一秒內完成周期性變化的次數。單位：ＨZ. ③、角頻率ω：就是線圈在勻強磁場中轉動的角速度。單位：rad/s. ④、角速度、頻率、周期，的關系　　　　ω=2f= [疑難辨析] 交流電的電動勢瞬時值和穿過線圈面積的磁通量的變化率成正 比。當線圈在勻強磁場中勻速轉動時，線圈磁通量也是按正弦（或余弦）規(guī)律變化的，若從中性面開始計時，t=0時，磁通量最大，φ應為余弦函數，此刻變化率為零（切線斜率為零），t=時，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時，感應電動勢的瞬時表達式是正弦函數，如圖15-2（a）（b）所示分別是φ=φcosωt和e=εsinωt。 （二）課堂練習 【例1】一矩形線圈，繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內的固定軸轉動，線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化如圖所示。下面說法中正確的是 （ ） A．t1時刻通過線圈的磁通量為零 B．t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大 C．t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D．每當e轉換方向時，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間變化的圖像，求此交流的有效值。 　　解析：此題所給交流正負半周的最大值不相同，許多同學對交流電有效值的意義理解不深，只知道機械地套用正弦交流電的最大值是有效值的倍的關系，直接得出有效值，而對此題由于正負半周最大值不同，就無從下手。應該注意到在一個周期內前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根據有效值的定義，選擇一個周期的時間，利用在相同時間內通過相同的電阻所產生的熱量相同，從焦耳定律求得。 IRT=I1R+ I2R 即I=(+（) 解得 I=A 4、 課堂小結，布置作業(yè)。 　練 習 題 一、選擇題 　　1．下面哪些因素影響交流發(fā)電機產生的電動勢的最大值 【 】 　　　 A．磁感強度 B．線圈匝數C．線圈面積 D．線圈轉速E．線圈初始位置 　　2．甲、乙兩電路中電流與時間關系如圖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．矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動產生的電動勢e-t圖像如圖2，則在時刻 【 】 　　　A．t1，t3線圈通過中性面 　　　B．t2，t4線圈中磁通量最大 　　　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，矩形線圈在勻強磁場中繞OO′軸勻速轉動，當轉到圖示位置時，線圈的 【 】 　　　A．磁通變化率為零 　　　B．感應電流為零 　　　C．磁力矩為零 　　　D．感應電流最大 　　5．關于線圈在勻強磁場中轉動產生的交變電流，以下說法中正確的是 【 】 　　　A．線圈平面每經過中性面一次，感應電流方向就改變一次，感應電動勢方向不變 　　　B．線圈每轉動一周，感應電流方向就改變一次 　　　C．線圈平面每經過中性面一次，感應電動勢和感應電流的方向都要改變一次 　　　D．線圈轉動一周，感應電動勢和感應電流方向都要改變一次 　　6．下列說法正確的是 【 】 　　　A．使用交流的設備所標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．在相同時間內通過同一電阻，跟直流電有相同熱效應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 　　7．四個接220V交流的用電器，通電時間相同，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．電壓表的讀數為311V 　　　B．電流表讀數為1.41A 　　　C．電流表讀數是1A 　　　D．2s內電阻的電熱是440J 　　二、填空題 　　 為______，頻率為______，接上R=10Ω電阻后，一周期內產生的熱量為______，在圖5中作出電流與時間關系圖i-t． 　　10．正弦交變電流圖象如圖6所示，其感應電動勢的最大值為_____ V，周期為 s.當線圈轉速變?yōu)樵瓉淼谋稌r，所產生交變電動勢的有效值為______V．周期為______． 　　11．如圖6所示，在第一個周期時間內，線圈轉到中性面的時刻為______末，此時穿過線圈的磁通量______（填最大，最小或零．下同），流過線圈的電流為______．在0.02s末時刻，線圈在磁場中的位置是_____________． 三、計算題 　　12．邊長為a的正方形線圈在磁感強度為B的勻強磁場中，以一條邊為軸勻速轉動，角速度為ω，轉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過90角的過程中，在線圈中產生的熱量是多少？ 　　 13．如圖8中正方形線框abcd邊長L=0.1m，每邊電阻1Ω，在磁感強度B=0.3T勻強磁場中繞cd以勻速轉動，cd兩點與外電路相連，外電路電阻R=1Ω，求①S斷開時，電壓表讀數；②當電鍵S閉合時，電流表讀數．