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2022版高考物理一轮复习-第十一章-交变电流-传感器-第1讲-交变电流的产生及描述学案-新人教版.doc
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1、2022版高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生及描述学案 新人教版2022版高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生及描述学案 新人教版年级:姓名:- 15 -第十一章 交变电流 传感器课标解读课程标准命题热点1通过实验,认识交变电流。能用公式和图像描述正弦交变电流。2通过实验,探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。了解从变电站到用户的输电过程,知道远距离输电时用高电压的道理。3了解发电机和电动机工作过程中的能量转化。认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。4知道非电学量转化成电学量的技术意义。5通过实验,了解常见传感器的工作原
2、理。会利用传感器设计并制作简单的自动控制装置。6列举传感器在生产生活中的应用。(1)交变电流的图像、表达式及其“四值”的应用。(2)理想变压器的基本原理及动态分析。(3)远距离输电问题。第1讲交变电流的产生及描述知识梳理双基自测ZHI SHI SHU LI SHUANG JI ZI CE知识点1交变电流1定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流。2图像:如图所示,图甲、乙、丙、丁所示电流都属于交变电流,图戊所示电流属于恒定电流。知识点2正弦式交变电流的产生和变化规律1产生:如图所示,在匀强磁场里,线圈绕垂直磁场方向的轴匀速转动时,可产生正弦式交变电流。注意:交变电流的种类有很多,
3、但同时具备这三个条件才会产生正弦式交变电流:匀强磁场;线圈转轴和磁场垂直;匀速转动。2中性面及其特点。(1)定义:与磁场方向垂直的平面。(2)特点:线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零。线圈转动一周,2次经过中性面,线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次。3图像:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图像为正弦曲线,如图所示。4变化规律(线圈从中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律:eE msin t。(2)电压u随时间变化的规律:uU msin t。(3)电流i随时间变化的规律:iI msin t。其中是线圈转
4、动的角速度,E mnBS。知识点3描述交变电流的物理量1周期和频率(1)周期(T):交变电流完成一次周期性变化,即线圈转一周所需要的时间,单位是秒(s),公式T。(2)频率(f):交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz)。(3)周期和频率的关系:T或f。2交变电流的“四值”(1)瞬时值:交变电流某一时刻的值,是时间的函数。(2)峰值:交变电流的电流或电压所能达到的最大值。(3)有效值:让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻,如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等,则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值。(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I,U,E
5、。(5)平均值:交变电流图像中波形与横轴所围面积跟时间的比值,其数值可以用n计算。思考:如图为交流发电机线圈的平面图,设磁感应强度为B,线圈边长为l,匝数为n,以O1O2为起点、角速度匀速转动,经过时间t转至实线位置,试推导此时线圈中感应电动势的表达式。答案AB边产生的感应电动势e1nBlsin ,为线圈转过的角度,因为vrl,t,可得e1nBl2sin t;同理CD边产生的感应电动势e2nBl2sin t。则线圈中感应电动势enBl2sin t。双基自测一、堵点疏通1矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,一定会产生正弦式交变电流。()2线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时,产生的感应电动
6、势也最大。()3矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时,线圈中的感应电动势为零,电流方向发生改变。()4交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。()5交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。()6交变电流的峰值总是有效值的倍。()二、对点激活1图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动,不能产生正弦式交变电流的是(C)解析只要闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动,就能产生正弦式交流电,与轴的位置、线圈的形状无关。除C项的轴与磁感线平行外,其他都能产生正弦式交流电。 所以C项正确,A、B、D三项错误。2(多选)关于中性面,下列说法正确的是(AC)A线圈在转动中经中性面位置时
7、,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零B线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大C线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就改变一次D线圈每转动一周经过中性面一次,所以线圈每转动一周,感应电流的方向就改变一次解析中性面是线圈平面与磁感线垂直的位置,线圈经过该位置时,穿过线圈的磁通量最大,各边都不切割磁感线,不产生感应电动势,所以磁通量的变化率为零,A项正确,B项错误;线圈每经过一次中性面,感应电流的方向改变一次,但线圈每转一周时要经过中性面两次,所以每转一周,感应电流方向就改变两次,C项正确,D项错误。3(2021陕西商洛期末)一交流电压的瞬时值表达式为u200si
8、n 50t(V),下列判断正确的是(D)A该交流电压的频率为50 HzBt0.01 s时,该交流电压的瞬时值为50 VC直接用电压表测该交流电压,其示数为200 VD若将该交流电压加在阻值为2 k的电阻两端,则电阻的发热功率为20 W解析本题考查交变电流的相关物理量的计算问题。由交流电压的瞬时值表达式可知50 rad/s,由2 f可得该交流电压的频率为f25 Hz,选项A错误;在t0.01 s时,该交流电压的瞬时值为200 V,选项B错误;直接用电压表测量交流电压,测量的结果为有效值,示数为U200 V,选项C错误;若将该交流电压加在阻值为2 k的电阻两端,由P可知发热功率为20 W,选项D正
9、确。核心考点重点突破HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO考点一交变电流的产生及变化规律1正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图像磁通量mcos tBScos t电动势eE msin tnBSsin t电压uU msin tsin t电流iI msin tsin t2两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时,SB,最大,0,e0,i0,电流方向将发生改变。(2)线圈平面与中性面垂直时,SB,0,最大,e、i都最大。例1如图所示,图(a)图(b)图(c)图(d)过程是交流发电机发电的示意图,线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连
10、在金属滑环L上,用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。下列说法正确的是(C)A图(a)中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量变化率最大B从图(b)开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系是iImsin tC当线圈转到图(c)位置时,感应电流为0,且感应电流方向改变D当线圈转到图(d)位置时,感应电动势最小,ab边感应电流方向为ba解析图(a)中,线圈在中性面位置,故穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率为0,选项A错误;图(b)不是中性面,从线圈在中性面位置开始计时的表达式才是iImsin t,选项B错误;当线圈转到图(c)位置时,线圈在中性面位置,故穿
11、过线圈的磁通量最大,产生的感应电流最小,为零,电流方向将改变,选项C正确;当线圈转到图(d)位置时,磁通量最小,磁通量的变化率最大,故感应电动势最大,ab边感应电流方向为ba,选项D错误。考点二交变电流有效值的求解1正弦交变电流的有效值的计算利用I,U,E计算。2非正弦交变电流的有效值的计算根据电流的热效应计算,注意“三同”:即“相同电阻”,“相同时间”内产生“相同热量”,利用公式QI2Rt或Qt列式求解,“相同时间”一般取一个周期。3几种常用的电流及其有效值名称电流(电压)图像有效值正弦式交变电流IU正弦式半波脉冲电流IU正弦式单向脉冲电流IU矩形脉冲电流II1UU1非对称性交变电流IU例2
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