感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿 ！ 交变电流的产生及描述 高考物理 复习方案 教材知识梳理考点互动探究教师备用习题 一、交变电流 1.定义:随时间做周期性变化的电流. 2.图像:如图28-1(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,如图(a)所示. 图28-1 教材知识梳理 方向 二、描述交变电流的物理量 1.峰值: Em=(n:线圈的匝数;S:线圈处于磁场中的有效面积;:线圈转动的角速 度;B:磁场的磁感应强度). 2.瞬时值:反映某一时刻交变电流的和. 3.有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流值,即让交流电和直流电通过相同 阻值的电阻,如果在相同时间内产生的相等,则直流电的数值就是交流电 的有效值. 4.平均值:用法拉第电磁感应定律E=求解. 教材知识梳理 nBS 大小方向 热量 n 教材知识梳理 【辨别明理】 (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)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴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. ( ) (3)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值. ( ) (4)交变电流的峰值总是有效值的 2倍. ( ) 教材知识梳理 (5)线圈经过垂直于中性面的位置时,磁通量为 0,磁通量的变化率为 0. ( ) (6)可以用平均值计算交变电流产生的热量. ( ) 教材知识梳理 答案 (1)()(2)()(3)()(4)()(5)() (6)() 考点一交变电流的产生及规律 考点互动探究 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 t=BScos t 考点互动探究 电动势 e=Emsin t=nBSsin t 电压 u=Umsin t=RE R+r sin t 考点互动探究 电流 i=Imsin t= E R+rsin t 考点互动探究 例1 图28-2甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其单匝矩形线圈在磁感 应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动,线圈的两端经 集流环和电刷与R=10 的电阻连接,与电阻R并联的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变化的图像, 则() 图28-2 考点互动探究 A.电阻R上的电功率为20 W B.t=0.02 s时,R两端的电压瞬时值为零 C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1cos 100t(V) D.通过R的电流i随时间t变化的规律是i=14.1cos 50t(A) 考点互动探究 答案 C 解析 电阻 R上的电功率为 P= 2 =10 W,选项 A错误;由图像可知,t=0.02 s时磁通量变化率最大,R两端的电压瞬时值最大,选项 B错误;R两端的电 压 u随时间 t变化的规律是 u=14.1cos 100t(V),选项 C正确;通过 R的电 流 i随时间 t变化的规律是 i= =1.41cos 100t(A),选项 D错误. 考点互动探究 变式题 (多选)2018 湖南模拟 如图28-3所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转 动时所产生正弦交流电的图像,当调整线圈转速后,其在同一磁场中匀速转动过程 中所产生正弦交流电的图像如图线b所示.以下关于这两个正弦交流电的说法正确 的是() A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B.线圈先后两次转速之比为32 C.交流电a电压的瞬时值表达式为u=10sin 5t(V) 图28-3 D.交流电 b 电压的最大值为20 3 V 考点互动探究 答案 BCD 解析 由图像可知,t=0 时刻线圈均在中性面,穿过线圈的磁通量最大,A 错 误;由图像可知 TATB=23,故 nAnB=32,B正确;由图像可知,交流电 a 电压的最大值为 10 V,角速度为 =2 = 2 0.4 rad/s=5 rad/s,所以交流电 a 电 压的瞬时值表达式为 u=10sin 5t(V),C正确;交流电电压最大值 Um=NBS, 则 UmaUmb=32,故 Umb=2 3Uma= 20 3 V,D 正确. 考点互动探究 要点总结 (1)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通 过中性面,因此电流的方向改变两次. (2)交变电动势的最大值Em=nBS,与转轴位置无关,与线圈形状无关. 考点二交变电流“四值”的理解和应用 考点互动探究 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=Emsin t i=Imsin t 计算线圈某时刻的受力 情况 峰值 最大的瞬时值 Em=nBS Im= E R+r 讨论电容器的击穿电压 考点互动探究 有 效 值 跟交变电 流的热效应 等效的恒定 电流值 用于正(余)弦式 电流: E=E 2 U=U 2 I=I 2 (1)计算与电流的热效应有关的量 (如电功、电功率、电热等) (2)电气设备“铭牌”上所标的一般是 有效值 (3)保险丝的熔断电流为有效值 考点互动探究 平均值 交变电流图像中图线与时间 轴所夹的面积与时间的比值 E=n t I= E R+r 计算通过导线截面的 电荷量 考点互动探究 例2 人教版选修3-2改编 阻值为1 的电阻上通以交变电流,其i-t关系如图28-4所 示,则在01 s内电阻上产生的热量为() A.1 JB.1.5 J C.2 JD.2.8 J 图28-4 考点互动探究 答案 D 解析 电阻上产生的热量等于每段时间内产生的热量之和,由 Q=I2Rt 得,Q=1210.2 J+2210.3 J+2210.3 J+1210.2 J=2.8 J,D正确. 考点互动探究 变式题 2018 全国卷 一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的 热量为 Q 方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为 Q正. 该电阻上电压的峰值均为 u0,周期均为 T,如图 28-5 所示. 则 Q 方Q正等于 ( ) A.1 2 B. 21 C.12 D.21 图28-5 考点互动探究 答案 D 解析 方波交流电的电压有效值等于 u0,正弦交流电的电压有效值等于 0 2 , 由 Q= 有效 2 t 得 Q 方= 0 2 T,Q 正= 0 2 2 T,所以 Q 方Q正=21,选项 D正确. 考点互动探究 要点总结 (1)明确交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的意义,有效值是与交变电流 的热效应等效的恒定电流值,一般情况下交流电的电压、电流指的是有效值,电容 器的击穿电压应大于交流电的峰值; (2)计算线圈某时刻的受力情况时应使用电流的瞬时值;计算电功、电功率、电热 等与电流的热效应有关的量时应使用有效值,保险丝的熔断电流为有效值;计算通 过导线截面的电荷量时应使用电流在一段时间内的平均值. 考点三特殊交变电流的有效值计算 考点互动探究 例 3 图 28-6 为交变电流随时间变化的图像,则交变电流有效值为 ( ) A.5 2 A B.5 A C.7 2 2 A D.3.5 A 图28-6 考点互动探究 答案 B 解析 设交变电流的有效值为 I,根据有效值的定义,有 I2RT=(4 2 A)2R 2 +(3 2 A)2R 2 ,解得 I=5 A,选项 B正确. 考点互动探究 题根分析 本题通过矩形波交流电有效值的计算,考查了对有效值定义的理解和计算方法,交 变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的,所以进行有 效值计算时,要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算.注意“三同”:即“相同电 阻”,“相同时间”内产生“相同热量”.计算时“相同时间”要取周期的整数倍,一般取一 个周期. 考点互动探究 变式网络 考点互动探究 变式题 1 正弦式交流电是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生的.线圈 中感应电动势随时间变化的规律如图 28-7所示,则此感应电动势的有效值为 V. 图28-7 考点互动探究 答案 220 解析 由有效值的定义式得 311 2 2 2 2= 2 T,解得 U=220 V. 考点互动探究 变式题 2 一电压 u随时间 t的变化情况如图 28-8所示,求电压的有效值. 图28-8 考点互动探究 答案 55 10 V 解析 由有效值的定义式得 156 2 2 2 + 311 2 2 2 = 2 T 解得 U=55 10 V. 考点互动探究 变式题3 家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦式交流电压的 波形截去一部分来实现的,由截去部分的多少来调节电压,从而实现灯光的可调,比 过去用变压器调压方便且体积小.某电子调光灯经调整后电压波形如图28-9所示,求 灯泡两端的电压的有效值. 图28-9 考点互动探究 答案 m 2 解析 从 u-t 图像可看出,每个周期的前半周期是正弦图形,其有效值为 U1=m 2 ;后半周期电压为零. 根据有效值的定义,有 2 T= m 2 2 2+0 解得 U=m 2 . 教师备用习题 1.如图所示,面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在磁感应强度为B的匀强 磁场中以角速度匀速转动,能产生正弦式交变电动势e=BSsin t的是() 教师备用习题 答案 A 解析 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)从 中性面开始匀速转动时,产生的正弦式交变电动势为 e=BSsin t,由这一原 理可判断,A图中感应电动势为 e=BSsin t,选项 A正确;B图中的转动轴不 在线圈所在平面内,C、D图中的转动轴与磁场方向平行,而不是垂直,线圈转 动过程中穿过线圈的磁通量均为零且保持不变,不能产生感应电动势. 教师备用习题 2.2015 四川卷 小型手摇发电机线圈共 N 匝,每匝可简 化为矩形线圈 abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂 直于线圈中心轴 OO,线圈绕 OO匀速转动,如图 28-2 所 示.矩形线圈 ab 边和 cd 边产生的感应电动势的最大值都为 e0,不计线圈电阻, 则发电机输出电压 ( ) A.峰值是 e0 B.峰值是 2e0 C.有效值是 2 2 Ne0 D.有效值是 2Ne0 教师备用习题 答案 D 解析 由“磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴 OO,线圈绕 OO匀速转动”知线圈产生正弦交流电.矩形线圈产生感应电动势的最大值为 2Ne0,又“不计线圈电阻”,故发电机输出电压的最大值等于 2Ne0,有效值是最 大值的 1 2 ,D正确. 教师备用习题 3.如图所示电路,电阻 R1与电阻 R2阻值相同,都为 R,和 R1并联的 D为理想 二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大),在 A、B 间加一正弦式交流电 u=20 2sin 100t(V),则加在 R2上的电 压有效值为 ( ) A.10 V B.20 V C.15 V D.5 10 V 教师备用习题 答案 D 解析 电压值取正值时,即在前半个周期内,二极管电阻为零,R2上的电压等 于输入电压值,电压值取负值时,即在后半周期内,二极管电阻无穷大,可看作 断路,R2上的电压等于输入电压值的一半,因此可设加在 R2上的电压有效值 为 U,根据电流的热效应,在一个周期内满足 2 T=(20V) 2 2 +(10V) 2