高考物理复习第十一章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖PPT.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2019,高考一轮总复习,物理,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十一章交变电流传感器,第,1,讲交变电流产生和描述,1/67,过好双基关,2/67,一、正弦式交变电流,1.,产生,线圈绕,方向轴匀速转动,.,2.,两个特殊位置特点,(1),线圈平面与中性面重合时，,S,B,，,，,0,，,e,0,，,i,0,，电流方向将,.,(2),线圈平面与中性面垂直时，,S,B,，,0,，,，,e,最大，,i,最大，电流方向,.,垂直于磁场,最大,发生改变,最大,不改变,3/67,3.,电流方向改变,一个周期内线圈中电流方向改变,次,.,4.,交变电动势最大值,E,m,，与转轴位置无关，与线圈形状无关,.,5.,交变电动势随时间改变规律,e,.,两,nBS,nBS,sin,t,4/67,答案,自测,1,(,多项选择,),关于中性面，以下说法正确是,A.,线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈磁通量最大，磁通量变,化率为零,B.,线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈磁通量为零，磁通量变,化率最大,C.,线圈每经过一次中性面，感应电流方向就改变一次,D.,线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流,方向就改变一次,5/67,二、描述交变电流物理量,1.,周期和频率,(1),周期,T,：交变电流完成,1,次周期性改变所需要,，单位是秒,(s).,表,达式为,T,(,n,为转速,).,(2),频率,f,：交变电流在,1 s,内完成,次数，单位是,.,(3),周期和频率关系：,T,.,时间,周期性改变,赫兹,(Hz),6/67,2.,交变电流瞬时值、最大值、有效值和平均值,(1),瞬时值：交变电流,值，是时间函数,.,(2),最大值：交变电流或电压所能到达最大值,.,(3),有效值：让恒定电流和交变电流分别经过阻值相等电阻，假如在交流一个周期内它们,相等，就能够把恒定电流数值要求为这个交变电流有效值,.,某一时刻,产生热量,7/67,8/67,答案,自测,2,(,多项选择,),图,1,甲为交流发电机原理图，正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线轴,OO,匀速转动，电流表为理想交流电表，线圈中产生交变电流随时间改变如图乙所表示，则,A.,电流表示数为,10 A,B.,线圈转动角速度为,50 rad/s,C.0.01 s,时线圈平面和磁场平行,D.0.01 s,时经过线圈磁通量变,化率为,0,图,1,9/67,研透命题点,10/67,1.,交变电流改变规律,(,线圈在中性面位置开始计时,),命题点一交变电流产生及改变规律,基础考点自主悟透,规律,物理量,函数表示式,图象,磁通量,m,cos,t,BS,cos,t,电动势,e,E,m,sin,t,nBS,sin,t,11/67,电压,电流,12/67,2.,交变电流瞬时值表示式书写,(1),确定正弦交变电流峰值，依据已知图象读出或由公式,E,m,nBS,求出对应峰值,.,(2),明确线圈初始位置，找出对应函数关系式,.,如：,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,t,.,线圈从垂直于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,t,.,13/67,例,1,(,多项选择,)(,全国卷,21),如图,2,，,M,为半圆形导线框，圆心为,O,M,；,N,是圆心角为直角扇形导线框，圆心为,O,N,；两导线框在同一竖直面,(,纸面,),内；两圆弧半径相等；过直线,O,M,O,N,水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面,.,现使线框,M,、,N,在,t,0,时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过,O,M,和,O,N,轴，以相同周期,T,逆时针匀速转动，则,A.,两导线框中均会产生正弦交流电,B.,两导线框中感应电流周期都等于,T,C.,在,t,时，两导线框中产生感应电动势相等,D.,两导线框电阻相等时，两导线框中感应电流,有效值也相等,图,2,答案,解析,14/67,解析,两导线框进入磁场过程中，匀速转动切割磁感线产生感应电动势大小不变，选项,A,错误；,导线框转动周期为,T,，则感应电流周期也为,T,，选项,B,正确；,在,t,时，切割磁感线有效长度相同，两导线框中产生感应电动势相等，选项,C,正确；,M,导线框中一直有感应电流，,N,导线框中只有二分之一时间内有感应电流，所以两导线框电阻相等时，感应电流有效值不相等，选项,D,错误,.,15/67,答案,变式,1,(,多项选择,),一只闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线轴匀速转动，穿过线圈磁通量随时间改变图象如图,3,所表示，则以下说法正确是,A.,t,0,时刻线圈平面与中性面重合,B.,t,0.1 s,时刻，穿过线圈平面磁通量改变率,最大,C.,t,0.2 s,时刻，线圈中有最大感应电动势,D.,若转动周期减小二分之一，则电动势也减小二分之一,图,3,解析,16/67,由,E,m,nBS,可知，周期减半时角速度增大一倍，则电动势就增大一倍，故,D,错误,.,17/67,答案,变式,2,如图,4,甲为小型旋转电枢式交流发电机原理图，其单匝矩形线圈在磁感应强度为,B,匀强磁场中，绕垂直于磁场方向固定轴,OO,匀速转动，线圈两端经集流环和电刷与,R,10,电阻连接，与电阻,R,并联交流电压表为理想电压表，示数是,10 V.,图乙是矩形线圈中磁通量,随时间,t,改变图象，则,A.,电阻,R,上电功率为,20 W,B.,t,0.02 s,时，,R,两端电压瞬时值为零,C.,R,两端电压,u,随时间,t,改变规律是,u,14.1cos 100,t,V,D.,经过,R,电流,i,随时间,t,改变规律是,i,14.1cos 50,t,A,图,4,解析,18/67,由题图乙知,t,0.02 s,时磁通量改变率最大，,R,两端电压瞬时值最大，选项,B,错误；,R,两端电压,u,随时间,t,改变规律是,u,14.1cos 100,t,V,，选项,C,正确；,19/67,1.,交变电流有效值要求,交变电流、恒定电流,I,直,分别经过同一电阻,R,，在交流一个周期内产生焦耳热分别为,Q,交,、,Q,直,，若,Q,交,Q,直,，则交变电流有效值,I,I,直,(,直流有效值也能够这么算,).,2.,对有效值了解,(1),交流电流表、交流电压表示数是指有效值；,(2),用电器铭牌上标值,(,如额定电压、额定功率等,),指均是有效值；,(3),计算热量、电功率及保险丝熔断电流指是有效值；,(4),没有尤其加以说明，是指有效值；,(5),“,交流最大值是有效值,倍,”,仅用于正,(,余,),弦式交变电流,.,命题点二交流电有效值求解,基础考点自主悟透,20/67,3.,计算交变电流有效值方法,(1),计算有效值时要依据电流热效应，抓住,“,三同,”,：,“,相同时间,”,内,“,相同电阻,”,上产生,“,相同热量,”,列式求解,.,(2),分段计算电热求和得出一个周期内产生总热量,.,(3),利用两个公式,Q,I,2,Rt,和,Q,t,可分别求得电流有效值和电压有效值,.,21/67,例,2,(,多项选择,),如图,5,所表示，甲、乙为两种电压波形，其中图甲所表示电压按正弦规律改变，图乙所表示电压波形是正弦函数图象一部分,.,以下说法正确是,A.,图甲、图乙均表示交变电流,B.,图甲所表示电压瞬时值表示式为,u,20sin 100,t,(V),C.,图乙所表示电压有效值为,20 V,D.,图乙所表示电压有效值为,10 V,答案,解析,图,5,22/67,解析,依据交变电流定义，题图甲、题图乙均表示交变电流，选项,A,正确；,题图甲中电压最大值为,U,m,20 V,，周期为,0.02 s,，则电压瞬时值表示式为,u,U,m,sin,t,20sin 100,t,(V),，选项,B,正确；,23/67,变式,3,电压,u,随时间,t,改变情况如图,6,所表示，皆为正弦函数图象一部分，求电压有效值,.,答案,图,6,解析,解析,由有效值定义式得：,24/67,变式,4,(,多项选择,)(,天津理综,6),在匀强磁场中，一个,100,匝闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直固定轴匀速转动，穿过该线圈磁通量随时间按图,7,所表示正弦规律改变,.,设线圈总电阻为,2,，则,A.,t,0,时，线圈平面平行于磁感线,B.,t,1 s,时，线圈中电流改变方向,C.,t,1.5 s,时，线圈中感应电动势最大,D.,一个周期内，线圈产生热量为,8,2,J,答案,解析,图,7,25/67,解析,t,0,时，穿过线圈磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故,A,正确；,每经过一次中性面,(,线圈平面垂直于磁感线，磁通量有最大值,),电流方向改变一次，,t,1 s,时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故,B,错误；,26/67,答案,解析,含二极管交流电有效值求解,拓展点,例,3,如图,8,所表示电路，电阻,R,1,与电阻,R,2,串联接在交变电源上，且,R,1,R,2,10,，正弦交流电表示式为,u,20 sin 100,t,(V),，,R,1,和理想二极管,D,(,正向电阻可看做零，反向电阻可看做无穷大,),并联，则,R,2,上电功率为,A.10 W B.15 W,C.25 W D.30 W,图,8,27/67,28/67,变式,5,在如图,9,甲所表示电路中，,D,为理想二极管,(,正向电阻为零，反向电阻为无穷大,).,R,1,30,，,R,2,60,，,R,3,10.,在,MN,间加上如图乙所表示交变电压时，,R,3,两端电压表读数大约是,答案,图,9,A.3 V B.3.5 V C.4 V D.5 V,29/67,交变电流瞬时值、峰值、有效值和平均值比较,命题点三交变电流,“,四值,”,了解和计算,能力考点师生共研,物理量,物理含义,主要关系,适用情况及说明,瞬时值,交变电流某一时刻值,e,E,m,sin,t,i,I,m,sin,t,计算线圈某时刻受力情况,峰值,最大瞬时值,E,m,nBS,I,m,讨论电容器击穿电压,30/67,31/67,平,均,值,交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间比值,计算经过电路横截面电荷量,32/67,例,4,如图,10,所表示，,N,50,匝矩形线圈,abcd,，,ab,边长,l,1,20 cm,，,ad,边长,l,2,25 cm,，放在磁感应强度,B,0.4 T,匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且经过线圈中线,OO,轴以,n,3 000 r/min,转速匀速转动，线圈电阻,r,1,，外电路电阻,R,9,，,t,0,时线圈平面与磁感线平行，,ab,边正转出纸外、,cd,边转入纸里,.,求：,(,3.14),(1),t,0,时感应电流方向；,图,10,答案,感应电流方向沿,adcba,解析,依据右手定则，线圈感应电流方向为,adcba,.,答案,解析,33/67,(2),感应电动势瞬时值表示式；,答案,e,314cos(100,t,)V,解析,线圈角速度,2,n,100 rad/s,题图位置感应电动势最大，其大小为,E,m,NBl,1,l,2,代入数据得,E,m,314 V,感应电动势瞬时值表示式为,e,E,m,cos,t,314cos(100,t,)V.,答案,解析,34/67,(3),线圈转一圈外力做功；,答案,98.6 J,解析,电动势有效值,答案,解析,线圈匀速转动周期,线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功大小，即,代入数据得,W,98.6 J.,35/67,(4),从图示位置转过,90,过程中流过电阻,R,电荷量,.,答案,0.1 C,解析,从,t,0,时起线圈转过,90,过程中，,t,内流过电阻,R,电荷量：,答案,解析,代入数据得,q,0.1 C.,36/67,变式,6,(,多项选择,),如图,11,所表示，边长为,L,正方形单匝线圈,abcd,，电阻为,r,，外电路电阻为,R,，,ab,中点和,cd,中点连线,OO,恰好位于匀强磁场边界限上，磁场磁感应强度为,B,，若线圈从图示位置开始，以角速度,绕,OO,轴匀速转动，则以下判断正确是,A.,图示位置线圈中感应电动势最大为,E,m,BL,2,答案,图,11,解析,37/67,解析,题图位置线圈中感应电动势最小，为零，,A,错误,.,38/67,课时作业,39/67,1.(,多项选择,),下面关于交变电流说法中正确是,A.,交流电器设备上所标电压值和电流值是交变电流峰值,B.,用交流电流表和电压表测定数值是交变电流瞬时值,C.,给定交变电流数值，在没有尤其说明情况下都是指有效值,D.,和交变电流有相同热效应直流电流数值是交变电流有效值,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,双基巩固练,40/67,2.,一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向轴匀速转动，当线圈经过中性面时，以下说法错误是,A.,线圈中感应电动势为零,B.,线圈平面与磁感线方向垂直,C.,经过线圈磁通量到达最大值,D.,经过线圈磁通量改变率到达最大值,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析,在中性面时，线圈与磁场垂直，磁通量最大,.,经过线圈磁通量改变率为零，感应电动势为零，故,A,、,B,、,C,正确，,D,错误,.,41/67,3.(,多项选择,),交变电动势瞬时值表示式,e,10 sin 4,t,V,，以下说法正确是,A.,此交变电流频率是,4 Hz,B.,该交变电流周期是,0.5 s,C.,当,t,0,时，产生此交变电流线圈与中性面重合,D.,当,t,0.5 s,时，此交变电动势有最大值,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,42/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析,由表示式可知,4 rad/s,2,f,，,f,2 Hz,，故选项,A,错误；,43/67,4.,标有,“,220 V,100 W,”,一灯泡接在,u,311sin 314,t,V,正弦交变电流上，则,A.,产生该交变电流发电机转速为每分钟,50,转,B.,与该灯泡串联理想电流表读数为,0.64 A,C.,与该灯泡并联理想电压表读数为,311 V,D.,经过该灯泡电流,i,0.64sin 314,t,A,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,44/67,解析,灯泡接在,u,311sin 314,t,V,正弦交变电流上，,314 rad/s,，由,2,n,知产生该交变电流发电机转速为每秒,50,转，故,A,错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,与灯泡并联理想电压表读数为,220 V,，故,C,错误；,45/67,5.,一交流电压为,u,100 sin(100,t,)V,，由此表示式可知,A.,用电压表测该电压其示数为,50 V,B.,该交流电压周期为,0.02 s,C.,将该电压加在,“,100 V,100 W,”,灯泡两端，灯泡实际功率小于,100 W,D.,t,s,时，该交流电压瞬时值为,50 V,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,46/67,解析,电压有效值为,100 V,，故用电压表测该电压其示数为,100 V,，,A,项错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,将该电压加在,“,100 V,100 W,”,灯泡两端，灯泡恰好正常工作，实际功率等于,100 W,，,C,项错；,47/67,6.,如图,1,所表示，表示一交流电电流随时间改变图象，此交流电有效值是,图,1,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,48/67,7.(,辽宁大连质检,),A,、,B,是两个完全相同电热器，,A,通以图,2,甲所表示方波交变电流，,B,通以图乙所表示正弦式交变电流，则两电热器电功率,P,A,P,B,等于,图,2,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,49/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,50/67,8.,一正弦交变电流电压随时间改变规律如图,3,所表示，由图可知,A.,该交变电流电压瞬时值表,达式为,u,100sin 25,t,(V),B.,该交变电流频率为,4 Hz,C.,该交变电流电压有效值为,100 V,D.,若将该交变电压加在阻值为,R,100,电阻两端，则电阻消耗功率,是,50 W,答案,解析,图,3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,51/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,52/67,9.(,多项选择,)(,山西五校四联,),如图,4,甲所表示，一台线圈内阻为,2,小型发电机外接一只电阻为,10,灯泡，发电机内匀强磁场磁感应强度为,T,，线圈面积为,0.01 m,2,，发电机正常工作时灯泡电流,i,随时间,t,改变正弦规律图象如图乙所表示,.,以下说法正确是,A.,t,0.05 s,时，穿过线圈磁通量为零,B.,t,0.05 s,时，理想交流电压表示数为,30 V,C.,发电机内线圈匝数为,240,D.,发电机线圈内阻每秒钟产生焦耳热为,9 J,答案,解析,图,4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,53/67,解析,由题图乙可知,t,0.05 s,时，发电机输出电流为最大值，此时线圈平面与中性面垂直，穿过线圈磁通量为零，,A,项正确,.,由题图乙可知电流有效值,I,3 A,，理想交流电压表示数,U,3,10 V,30 V,，,B,项正确,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,Q,3,2,2,1 J,18 J,，,D,项错误,.,54/67,10.(,四川成都调研,),如图,5,所表示，,N,匝矩形导线框以角速度,绕对称轴,OO,匀速转动，线框面积为,S,，线框电阻、电感均不计，在,OO,左侧有磁感应强度为,B,匀强磁场，外电路接有电阻,R,和理想电流表,，那么能够确定是,综合提升练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,5,答案,解析,55/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,56/67,11.,如图,6,甲所表示，理想变压器原、副线圈匝数比,n,1,n,2,10,1,，,L,1,和,L,2,是相同型号白炽灯，,L,1,与电容器,C,串联，,L,2,与带铁芯线圈,L,串联，,为交流电压表,.,当原线圈接有如图乙所表示正弦交变电压时，电路稳定后，两只灯泡亮度相同，则,图,6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,57/67,A.,与副线圈并联电压表在,t,1,10,2,s,时示数为,0,B.,与副线圈并联电压表在,t,0.5,10,2,s,时示数为,22 V,C.,当原线圈所接正弦交变电压频率变为,100 Hz,时，灯泡,L,1,变亮，灯泡,L,2,变暗,D.,当原线圈所接正弦交变电压频率变为,100 Hz,时，灯泡,L,1,变暗，灯泡,L,2,变亮,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,58/67,解析,与副线圈并联电压表示数为副线圈两端电压有效值，在不改变其它条件时，其示数不变，为,U,22 V,，,A,、,B,错；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,59/67,12.(,多项选择,)(,辽宁沈阳二中月考,),如图,7,甲所表示，将阻值为,R,5,电阻接到内阻不计正弦交变电源上，电流随时间改变规律如图乙所表示，理想电流表串联在电路中测量电流大小,.,对此，以下说法正确是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,7,60/67,A.,电阻,R,两端电压改变规律函数表示式为,u,2.5sin(200,t,)V,B.,电阻,R,消耗电功率为,1.25 W,C.,如图丙所表示，若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生，,当线圈转速提升一倍时，电流表示数为,1 A,D.,这一交变电流与图丁所表示电流比较，其有效值之比为,1,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,61/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,62/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,63/67,13.(,甘肃兰州一中期中,),如图,8,甲所表示，一固定矩形导体线圈水平放置，线圈左端接一只小灯泡，线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直且均匀分布磁场,.,已知线圈匝数,n,100,匝、总电阻,r,1.0,、所围成矩形面积,S,0.040 m,2,，小灯泡电阻,R,9.0,，磁感应强度随时间按如图乙所表示规律改变，线圈中产生感应电动势瞬时值表示式为,e,，其中,B,m,为磁感应强度最大值，,T,为磁场改变周期，不计灯丝电阻随温度改变,.,求：,图,8,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,64/67,(1),线圈中产生感应电动势最大值；,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案,8.0 V,65/67,(2),小灯泡消耗电功率；,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案,2.88 W,66/67,(3),在磁感应强度改变,0,时间内，经过小灯泡电荷量,.,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案,4.0,10,3,C,67/67,