【步步高】2020年高考物理大一轮 第十章 第1课时 交变电流的产生

【步步高】2020年高考物理大一轮第四章第1课时曲线运动运动的合成与分解新人教版必修2

考点内容要求考纲解读

交变电流、交变电流的图

象

Ⅰ

1．交变电流的产生及其各物理量的变化规

律，应用交流电的图象解决问题．

2．利用有效值的定义，对交变电流的有效

值进行计算．

3．理想变压器原、副线圈中电流、电压、

功率之间的关系应用，变压器动态变化

的分析方法．

4．远距离输电的原理和相关计算．

5．传感器的简单使用，能够解决与科技、

社会紧密结合的问题.

正弦交变电流的函数表

达式、峰值和有效值

Ⅰ

理想变压器Ⅰ

远距离输电Ⅰ

实验：传感器的简单使用

第1课时交变电流的产生和描述

导学目标 1.能掌握交变电流的产生和描述，会写出交变电流的瞬时值表达式.2.能认识交变电流的图象和进行有效值、最大值的计算．

一、交变电流的产生和变化规律

[基础导引]

关于线圈在匀强磁场中转动产生的交流电，以下说法中正确的是( )

A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次

C．线圈在中性面位置时，磁通量最大，磁通量的变化率为零

D．线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势最大

[知识梳理]

1．交变电流

大小和方向都随时间做__________变化的电流．如图1(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示．

图1

2．正弦交流电的产生和变化规律

(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕________________方向的轴匀速转动．

(2)中性面：①定义：与磁场方向________的平面．

②特点：a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为

______，感应电动势为______．b.线圈转动一周，________经过中性面．线圈每经过____________一次，电流的方向就改变一次．

(3)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，

其图象为__________曲线．如图1(a)所示．

思考：由正弦交流电的图象可以得出哪些物理量？

二、描述交变电流的物理量

[基础导引]

我们日常生活用电的交变电压是e＝2202sin 100πt V，它是由矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的，则下列说法正确的是________．

①交流电的频率是50 Hz

②交流电压的有效值是220 V

③当t＝0时，线圈平面恰好与中性面平行

④当t＝

1

50

s时，e有最大值220 2 V

⑤电流每秒方向改变50次

[知识梳理]

1．周期和频率

(1)周期T：交变电流完成________________变化(线圈转一周)所需的时间，单位

是秒(s)．公式：T

＝

2π

ω

.

(2)频率f：交变电流在1 s内完成周期性变化的________，单位是赫兹(Hz)．

(3)周期和频率的关系：T＝________或f＝________.

2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值

(1)瞬时值：交变电流某一________的值，是时间的函数．

(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的________．

(3)有效值：让交流与恒定电流分别通过________的电阻，如果它们在交流的一

个周期内产生的________相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交流的__________．

(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系

I＝____________，U＝____________，E＝____________.

(5)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值.

考点一正弦交流电的变化规律

考点解读

1．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)

规

律

物理量

函数图象

磁通量Φ＝Φ

m

cos ωt ＝BScos ωt

电动势 e ＝E m sin ωt

＝nBSωsin ωt

电压

u ＝U m sin ωt ＝RE m R ＋r sin ωt

电流

i ＝I m sin ωt

＝

E m R ＋r sin ωt

2(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦΔt

＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变．

(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，

ΔΦΔt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变．

3．书写交变电流瞬时值表达式的基本思路

(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式E m ＝nBSω求出相应

峰值．

(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．

如：①线圈从中性面位置开始转动，则i －t 图象为正弦函数图象，函数式为i ＝I m sin ωt.

②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i －t 图象为余弦函数图象，函数式为i ＝I m cos ωt.

特别提醒 1.只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，就产生正弦式交流电，其变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关．

2．Φ－t 图象与对应的e －t 图象是互余的．

典例剖析

例1 如图2甲所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交流电如图乙所示，设沿abcda 方向为电流正方向，则

图3 (

)

图2

A ．乙图中Oa 时间段对应甲图中A 至

B 图的过程

B ．乙图中c 时刻对应甲图中的

C 图

C ．若乙图中d 等于0.02 s ，则1 s 内电流的方向改变50次

D ．若乙图中b 等于0.02 s ，则交流电的频率为50 Hz

例2 实验室里的交流发电机可简化为如图3所示的模型，正

方形线圈

在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动．今

在发 电机的输出端接一个电阻R 和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，

读出电压表的示数为10 V ．已知R ＝10 Ω，线圈电阻忽略不计，下

列说法正确的是 ( )

A ．线圈平面与磁场平行时，线圈中的瞬时电流为零

B ．从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为i ＝2sin 50πt A

C ．流过电阻R 的电流每秒钟方向改变25次

D ．电阻R 上的热功率等于10 W

跟踪训练 1 矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程

中，线框

输出的交流电压随时间变化的图象如图4所示，下

列说法

中正确的是 ( )

A ．交流电压的有效值为36 2 V

图4 B．交流电压的最大值为36 2 V

，频率为

0.25 Hz

C．2 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大

D．1 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快

考点二交变电流“四值”的比较与理解

考点解读

交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较

物理

量

物理含义重要关系适用情况及说明

瞬时值交变电流某一时刻

的值

e＝E

m

sin ωt

i＝I

m

sin ωt

计算线圈某时刻的

受力情况

峰值最大的瞬时值E

m

＝nBSω

I

m

＝

E

m

R＋r

讨论电容器的击穿

电 …… 此处隐藏：6501字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……