高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十章交變電流的產(chǎn)生及描述課件第一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六一、交變電流的產(chǎn)生1.交變電流:大小和方向都隨時(shí)間做①周期性

變化的電流叫做交變

電流。知識(shí)梳理2.正弦交變電流的產(chǎn)生將線圈置于勻強(qiáng)磁場(chǎng),并繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中就會(huì)產(chǎn)生

正弦交變電流。第二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.中性面(1)定義:與磁場(chǎng)方向②垂直

的平面。(2)特點(diǎn):a.線圈位于中性面時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量③最大

,磁通量的變化率為

④零

,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為⑤零

。b.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,兩次經(jīng)過(guò)中性面,線圈每經(jīng)過(guò)中性面一次,電流的方向就

改變一次。第三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六二、交變電流的變化規(guī)律N匝面積為S的線圈以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng),從某次經(jīng)過(guò)中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),則e=

NBSωsinωt,用Em表示峰值,則Em=①

NBSω

,電流i=

=

sinωt=②

Imsinωt

。三、描述交變電流的物理量1.瞬時(shí)值:反映某時(shí)刻交變電流的大小和方向。2.有效值:根據(jù)電流的①熱效應(yīng)

來(lái)規(guī)定的,即在同一時(shí)間內(nèi),跟某一交

流電使同一電阻產(chǎn)生相同熱量的直流電的數(shù)值。正弦交流電的最大值與有效值之間的關(guān)系:Um=②

U,Im=③

第四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六I,Em=④

E。3.周期和頻率:描述交變電流變化快慢的物理量。(1)周期:完成一次周期性變化所需的時(shí)間。(2)頻率:在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。(3)周期和頻率的關(guān)系:T=

,ω=

=2πf。

注意

通常只有正弦交變電流才有I=

的關(guān)系,對(duì)于非正弦式交變電流的有效值要根據(jù)有效值的定義求解。第五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六1.(1)線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)中性面時(shí),磁通量最大,感應(yīng)電流也最大。

(

)(2)各種交變電流的最大值都是有效值的

倍。

(

)(3)線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=nBSω。

(

)(4)可以用平均值計(jì)算交變電流產(chǎn)生的熱量。

(

)(5)可以用有效值計(jì)算交變電流電路中的電荷量問(wèn)題。

(

)

答案

(1)?

(2)?

(3)√

(4)?

(5)?第六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.如圖所示,處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的單匝矩形線圈abcd,以恒

定的角速度ω繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,線圈所圍面積為S,線

圈導(dǎo)線的總電阻為R。t=0時(shí)刻線圈平面與紙面重合,且cd邊正在離開(kāi)紙面

向外運(yùn)動(dòng)。則

(

)A.線圈中電流的瞬時(shí)值i=

cosωtB.線圈中電流的有效值I=

C.線圈中電流的有效值I=

D.線圈消耗的電功率P=

第七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六

答案

C由題目條件可知,回路中感應(yīng)電流最大值為

,而如題圖所示,t=0時(shí)刻線圈處于中性面,則電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為i=

·sinωt,故A錯(cuò)。線圈中電流的有效值為I=

=

,故B錯(cuò),C正確。線圈消耗的電功率為P=I2R=

·R=

,故D錯(cuò)。第八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.(多選)邊長(zhǎng)為l的正方形閉合線框abcd,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,

以角速度ω繞cd從圖所示位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁場(chǎng)垂直,線框總電

阻為R,一理想電壓表接在線框的c、d兩點(diǎn)之間,下列說(shuō)法中正確的是(

)A.線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為

B.線框轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Bl2ωC.線框轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中通過(guò)線框?qū)Ь€橫截面的電荷量為

D.電壓表示數(shù)為

第九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六

答案

ABC線框在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E=

,電流的有效值為I=

,又周期T=

,則線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的熱量Q=I2RT=

R·

=

,外力做的功W=Q,選項(xiàng)A正確;感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=Bl2ω,選項(xiàng)B正確;線框轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中,流過(guò)導(dǎo)體某一橫截

面的電荷量q=

=

,選項(xiàng)C正確;電壓表的示數(shù)等于cd兩端電壓的有效值:U=I·

=

·

=

,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。第十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六4.家用電子調(diào)光燈的調(diào)光原理是用電子線路將輸入的正弦交流電壓的波

形截去一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的,由截去部分的多少來(lái)調(diào)節(jié)電壓,從而實(shí)現(xiàn)燈光的可

調(diào),比過(guò)去用變壓器調(diào)壓方便且體積較小,某電子調(diào)光燈經(jīng)調(diào)整后的電壓波

形如圖所示,若用多用電表測(cè)燈泡兩端的電壓,多用電表示數(shù)為

(

)

A.

UmB.

UmC.

UmD.

Um

答案

C多用電表測(cè)得的電壓值為有效值,根據(jù)電流的熱效應(yīng)有Q=

×

=

T,得U有=

Um,C正確。第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六1.兩個(gè)特殊位置及其特點(diǎn)兩個(gè)特殊位置特點(diǎn)中性面線圈處于中性面時(shí),S⊥B,Φ最大,

=0,e=0,i=0,交變電流方向發(fā)生改變與中性面垂直的位置線圈平面與中性面垂直時(shí),S∥B,Φ=0,

最大,e最大,i最大,交變電流方向不改變重難一交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律重難突破交變電流的最大值,二是線圈的計(jì)時(shí)位置;②線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周兩次經(jīng)過(guò)中性

面,因此一個(gè)周期內(nèi)交變電流方向改變兩次。

注意

①確定正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式需要解決兩個(gè)問(wèn)題,一是第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六

函數(shù)圖象磁通量Φ=Φmcosωt=BScosωt

電動(dòng)勢(shì)e=Emsinωt=nBSωsinωt

電壓u=Um·sinωt=

sinωt

2.變化規(guī)律(線圈位于中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí))第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六電流i=Imsinωt=

sinωt

第十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六

典例1一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律圖象如圖甲所

示,已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為20Ω,現(xiàn)外接一只“100V,125W”的燈泡(忽略

溫度對(duì)電阻的影響),如圖乙所示,則:

(

)

A.乙圖時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流為0B.通過(guò)燈的電流隨時(shí)間t的變化規(guī)律是i=Imcos(100πt)AC.燈泡能正常發(fā)光D.燈泡的實(shí)際功率是80W第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六

解析由圖乙可看出,該時(shí)刻線圈平面與磁場(chǎng)方向平行,穿過(guò)線圈的磁通量的變化率最大,故感應(yīng)電流最大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;燈泡的電阻R=

=

Ω=80Ω,電路中的電流I=

=

A=1A,通過(guò)燈泡的電流i隨時(shí)間t的變化規(guī)律為i=Imsinωt=

sin

t=

sin100πt(A),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;燈泡的額定電流I額=

=

A=1.25A>I,故燈泡不能正常發(fā)光,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;燈泡的實(shí)際功率P'=I2R=12×80W=80W,故選項(xiàng)D正確。

答案

D第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式求法:(1)先求電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=nBSω;(2)求出角速度ω=

;(3)明確從哪一位置開(kāi)始計(jì)時(shí),從而確定是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù);(4)寫(xiě)出瞬時(shí)值的表達(dá)式。第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六1-1

(多選)一單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸線勻速轉(zhuǎn)動(dòng)

時(shí)產(chǎn)生正弦式交變電流,其電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律如圖線a所示,當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)

速后,電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律如圖線b所示。以下關(guān)于這兩個(gè)正弦式交變電流

的說(shuō)法正確的是

(

)A.從圖線可算出穿過(guò)線圈磁通量的最大值B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為2∶3C.在圖線a和b中,t=0時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量均為零D.圖線b電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=100sin

t(V)第十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六

答案

AD

解析根據(jù)圖線a:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em=BSωa=Φmωa,因此磁通量的最大值Φm=

=

=

Wb,A正確。線圈先后兩次周期之比

=

=

,則轉(zhuǎn)速之比

=

=

=

,B錯(cuò)誤。t=0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,線圈與中性面平行,磁通量最大,C錯(cuò)誤。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=BSω,因此

=

=

=

,即Emb=

Ema=100V,圖線b電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Embsinωbt=100sin

t(V),D正確。第十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六1-2如圖所示,一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,并繞過(guò)ab、cd中點(diǎn)的

軸OO'以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線圈平面與磁場(chǎng)夾角θ=45°時(shí)如

圖(b)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎?。則選項(xiàng)圖中正

確的是

(

)

第二十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六

答案

D

解析

t=0時(shí)線圈中感應(yīng)電流方向c→b→a→d→c為負(fù),經(jīng)過(guò)

時(shí)間,線圈平面與磁場(chǎng)垂直,線圈中瞬時(shí)電流為零,所以D正確,A、B、C錯(cuò)誤。第二十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明

交變電流某一時(shí)刻

的值e=Emsinωti=Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的

受力情況

最大的瞬時(shí)值Em=nBSωEm=nΦmωIm=

討論電容器的擊穿

電壓重難二交變電流的瞬時(shí)值、最大值、有效值和平均值的比較第二十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六

跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值對(duì)正(余)弦交流電有:E=Em/

U=Um/

I=Im/

(1)計(jì)算與電流熱效應(yīng)有關(guān)的量(如

功、功率、熱量等)(2)電器設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值

交變電流圖象中圖線與時(shí)間軸所夾的面積與時(shí)間的比值

=BL

=n

=

計(jì)算通過(guò)電路截面的電荷量第二十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六典例2如圖所示,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈abcd的匝數(shù)為n,線圈電阻為r,外電

路的電阻為R,ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線OO'恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上,

磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,現(xiàn)在線圈以O(shè)O'為軸,以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),求:(1)閉合電路中電流瞬時(shí)值的表達(dá)式;(2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量;(3)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中電阻R上通過(guò)的電荷量;(4)電阻R上的最大電壓。

解析

(1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),總有一條邊切割磁感線,且ad邊和bc邊轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小相等,當(dāng)線圈平行于磁場(chǎng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,為Em=nBLv=nBL

·ω·

L=

nBL2ω。第二十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六由閉合電路歐姆定律可知Im=

,當(dāng)以圖示位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí),流過(guò)R的電流瞬時(shí)值表達(dá)式為i=Imsinωt=

sinωt。(2)在線圈由圖示位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中,用有效值來(lái)計(jì)算電阻R上產(chǎn)生

的熱量Q=I2R

,其中I=

=

,T=

,則Q=I2R

=

。(3)在轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為第二十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六

=n

=

=

,流過(guò)R的平均電流

=

=

,所以流過(guò)R的電荷量q=

·

=

=

。(4)由部分電路歐姆定律可知電阻R上的最大電壓Um=ImR=

。

答案見(jiàn)解析第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六2-1

(多選)如圖,交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈邊長(zhǎng)ab=cd=0.4m,ad=bc=0.2m,線

圈匝數(shù)N=100,電阻r=1Ω,線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直

于磁場(chǎng)的軸以ω=100πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),外接電阻R=9Ω,以圖示時(shí)刻

開(kāi)始計(jì)時(shí),則

(

)A.電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為e=160πsin(100πt)VB.t=0時(shí)線圈中磁通量變化率最大C.t=

s時(shí)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D.交變電流的有效值是8?πA

答案

BCD

解析電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e=NBSωcosωt=100×0.2×(0.4×0.2)×100πcos(100πt)V=160πcos(100πt)V,A錯(cuò)誤。圖示時(shí)刻即t=0時(shí),Φ=0,但

最大,B正確。t=

s時(shí),e=Em,C正確。交變電流的有效值I=

=8

πA,D正確。第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六2-2如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。電阻

為R、半徑為L(zhǎng)、圓心角為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角

速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(O軸位于磁場(chǎng)邊界)。則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為

(

)A.

B.

C.

D.

答案

D

解析扇形閉合導(dǎo)線框切割磁感線的有效長(zhǎng)度始終是半徑L,各點(diǎn)的平均速度v=

,導(dǎo)線框進(jìn)磁場(chǎng)和出磁場(chǎng)時(shí)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,由法拉第電磁感應(yīng)定律和有效值的定義有:E=

,

×

=I2RT,可得I=

,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六交變電流有效值的計(jì)算方法1.交變電流有效值的求解思想方法交變電流類型有效值求解方法正弦式交變電流方法一:有效值=

方法二:電流的熱效應(yīng)非正弦式交變電流電流的熱效應(yīng)

注意

利用電流的熱效應(yīng)進(jìn)行有效值計(jì)算時(shí),要注意“三同”:即“相同電阻”,“相同時(shí)間”內(nèi)產(chǎn)生“相同熱量”。計(jì)算時(shí)“相同時(shí)間”一般取

一個(gè)周期。第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六名稱電流(電壓)圖象有效值正弦式交變電流

I=

U=

正弦半波脈沖電流

I=

U=

2.幾種典型的電流及其有效值第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期六正弦單向脈沖電流

I=

U=

矩形脈沖電流

I=

ImU=

Um非對(duì)稱性交變電流

I=

U=

第三十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，