2018屆高考物理一輪復(fù)習(xí)專題交變電流的產(chǎn)生和描述導(dǎo)學(xué)案1

1、交變電流的產(chǎn)生和描述知識(shí)梳理知識(shí)點(diǎn)一交變電流、交變電流的圖象1. 交變電流(1) 定義： _和_ 都隨時(shí)間做周期性變化的電流(2) 按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流2. 正弦式交變電流的產(chǎn)生和圖象(1) 產(chǎn)生：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，線圈繞 _ 方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(2) 圖象：用以描述交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，其 圖象為正弦曲線答案：1.(1)大小 方向 2.(1)垂直于磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)二正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值1. 周期和頻率(1) 周期(T):交變 電流完成_ 變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間，單位是秒(s),2n公式T=.CO(2) 頻率(f):交變電流在

2、 1 s 內(nèi)完成周期性變化的 _.單位是赫茲(Hz).(3) 周期和頻率的關(guān)系：T=_ 或f=_ .2. 正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))(1) 電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律：e=_.(2) 負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律：u=_.(3) 電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律：i=_ .其中O等于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的 _ ,Em3.交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值(1) 瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值，是時(shí)間的函數(shù)(2) 峰值：交變電流(電壓或電動(dòng)勢(shì))所能達(dá)到的最大的值，也叫最大值.2(3) 有效值：跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值叫做交變電流的有效值.對(duì)正弦式交變電流，其有效值和峰值的關(guān)系為：E

3、=_,U=_,I=_ .1 1 答案：1.(1) 一次周期性(2)次數(shù)(3)f32.(1)Esin31(2)Usint(3) Insint角速度考點(diǎn)精練考點(diǎn)一正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1.正弦式交變電流的產(chǎn)生（1）線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（2）兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)：- 1線圈平面與中性面重合時(shí)，S丄B, 最大，益 =0,e= 0,i= 0，電流方向?qū)l(fā)生改變.一 一 一 一2線圈平面與中性面垂直時(shí)，S/ B,二 0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變2.正弦式交變電流的變化規(guī)律（線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)）規(guī)律物理量*函數(shù)表達(dá)式圖象磁通量= mCOS3t=BScos3t門電動(dòng)勢(shì)e=E

4、nsin3t=nBSwsin3t&門-4.J電壓u=Usin3tREn .=lsin3t R+ruq0心A i電流i=Insin3tEn .=lsin3t R+rii/I0J廠A對(duì)應(yīng)訓(xùn)練考向 1 交流電的產(chǎn)生典例 1（多選）如圖所示為交流發(fā)電機(jī)示意圖，線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CDnBSw4邊連在滑環(huán)L上，導(dǎo)體制作的兩個(gè)電刷E、F分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接 .關(guān)于其工作原理，下列分析正確的是（）A. 當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，穿過線圈的磁通量最大B. 當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，線圈中的感應(yīng)電流最大C. 當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中 性面垂直的瞬間

5、，穿過線圈的磁通量最小D. 當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，線圈中的感應(yīng)電流最小答案AC考向 2 交流電的變化規(guī)律典例 2（多選）圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極 N S 間的磁場(chǎng)可視為水平 方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，？為交流電流表，線圈繞垂直于磁場(chǎng)的水平軸OO沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖甲所示位置開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示.以下判斷正確的是（）甲乙A. 電流表的示數(shù)為 10 AB. 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 50nrad/sC.t= 0.01 s 時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行D.t= 0.02 s 時(shí)，電阻R中電流的方向自右向左解析電流表測(cè)量的是電路中電流的有效值I= 10 A,選

6、項(xiàng) A 正確.由題圖乙可知，T2n=0.02 s，所以3=100nrad/s，選項(xiàng) B 錯(cuò)誤.t= 0.01 s 時(shí)，電流最大，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，選項(xiàng)C 正確.t= 0.02 s 時(shí)，線圈所處的狀態(tài)就是圖示狀況，此時(shí)R中電流的方向自左向右，選項(xiàng)D 錯(cuò)誤.答案AC變式 1 矩形線圈abcd在如圖所示的磁場(chǎng)中以恒定的角速度3繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)5方向垂直紙面向里，其中ab邊左側(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是右側(cè)磁場(chǎng)的2 倍.在t= 0 時(shí)刻線圈平面與紙面重合，且cd邊正在向紙外轉(zhuǎn)動(dòng).規(guī)疋圖示前頭方向?yàn)殡娏髡较颍瑒t線圈6中電流隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線應(yīng)是()繞垂直磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈能夠產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)

7、勢(shì)nBSo，因左側(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是右側(cè)磁場(chǎng)的2 倍，所以線圈在左側(cè)磁場(chǎng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值是右側(cè)磁場(chǎng)中最大值的2 倍，再利用楞次定律分析感應(yīng)電流方向，可知選項(xiàng) A 正確.反思總結(jié)求解交變電流變化規(guī)律有關(guān)問題的三點(diǎn)注意(1) 只有當(dāng)線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式才是正弦形式其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān)(2) 注意峰值公式E尸nBSo中的S為有效面積.(3) 在解決有關(guān)交變電流的圖象問題時(shí)，應(yīng)先把交變電流的圖象與線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)位置對(duì)應(yīng) 起來，再根據(jù)特殊位置求特征解考點(diǎn)二有效值的理解和計(jì)算Im表示正弦交流電的峰值.2.交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)(

8、電流通過電阻生熱)進(jìn)行定義的，所以進(jìn)行 有效值計(jì)算時(shí)，要緊扣電流通過電阻生熱(或熱功率)進(jìn)行計(jì)算注意“三同”即“相同電 阻”上，“相同時(shí)間”“內(nèi)產(chǎn)生” “相答案：A 解析:4ABCD7同熱量” 計(jì)算時(shí)“相同時(shí)間”至少要取一個(gè)周期的時(shí)間83.在交流電路中，電壓表、電流表、功率表等電工儀表的示數(shù)均為交變電流的有效值在沒有具體說明的情況下，所給出的交變電流的電壓、電流及電功率指的都是有效值對(duì)應(yīng)訓(xùn)練典例 3如圖所示為交變電流隨時(shí)間變化的圖象，則交變電流的有效值為（）4-1- - liIl4IIII1I0J010X）20；03 0；04曲 一:_B.5 AD.3.5 AI，根據(jù)有效值的定義，|2RT=

9、(4 .2 A)2RT+(3-.2變式 2如圖所示為一交流電壓隨時(shí)間變化的圖象每個(gè)周期內(nèi)，前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可得，此交流電壓的有效值為A.7.5 V B.8 VC.2 _ 15 VD.3 . 13 V怡 V 1T（9 V）22T U2答案：C 解析：根據(jù)電流的熱效應(yīng)有一 2R3 +R 3 =RT,解得U=60V2,所以 U= 2 . 15 V , C 項(xiàng)正確.變式 3如圖所示電路，電阻R與電阻R阻值相同，都為R和R并聯(lián)的 D 為理想二 極管（正向電阻可看做零，反向電阻可看做無窮大），在A、B間加一正弦交流電u= 20.2sin 100nt（V）

10、，則加在F2上的電壓有效值為（）A.5 2 AC；工A解析設(shè)交變電流的有效值為2TA）安，解得I= 5 A，選項(xiàng) B 正確.答案BUN9A.10 VC.15 VD.510 V答案：D 解析：電壓值取正值時(shí)，即在前半個(gè)周期內(nèi)，二極管電阻為零，R2上的電壓等于輸入電壓值；電壓值取負(fù)值時(shí)，即在后半周期內(nèi)，二極管電阻無窮大，可看做斷路，R2上的電壓等于輸入電壓值的一半，因此可設(shè)加在F2上的電壓有效值為U,根據(jù)電流的熱效,U2（ 20 V）2T（ 10 V）2T（應(yīng)，在一個(gè)周期內(nèi)滿足T=R 2 +R 2，解得 U= 5 10 V，選項(xiàng) D 正確.反思總結(jié)計(jì)算交變電流有效值的方法計(jì)算有效值時(shí)要根據(jù)電流的熱

11、效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解1若圖象部分是正弦（或余弦）式交變電流，其中的 4（但必須是從零至最大值或從最大1值至零）和周期部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系求解.考點(diǎn)三 交變電流的“四值”的應(yīng)用物理含義重要關(guān)系適用情況瞬時(shí)值父變電流某一時(shí)刻的值e=Emsinwt i=Imsinwt計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力最大值最大的瞬時(shí)值En=nBSioEmIm= _R+r確定用電器的耐壓值，如電容器、晶體管等的擊穿電壓B.20 VImum1=2、2B10有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值對(duì)正弦式父變電流：E=u=i=計(jì)算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量，如

12、 功、功率、熱量等；交流電表的 測(cè)量值；電氣設(shè)備所標(biāo)注的額定 電壓、額定電流；保險(xiǎn)絲的熔斷 電流平均值交變電流圖象中 圖線與時(shí)間軸圍 成的面積與時(shí)間 的比值 E=nt_EI一R+r計(jì)算通過電路某一截面的電何里q- T t對(duì)應(yīng)訓(xùn)練考向 1 對(duì)交流電“四值”的理解典例 4 如圖甲所示，標(biāo)有“ 220 V 40 W”的燈泡和標(biāo)有“ 20 卩 F 300 V”的電容 器并聯(lián)到交流電源上， V 為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)下列判斷正確的是（）甲乙TA.t= 2 時(shí)刻，V 的示數(shù)為零B. 燈泡恰好正常發(fā)光C. 電容器不可能被擊穿D. V 的示數(shù)保持 110 2 V 不變解析V 的示

13、數(shù)應(yīng)是電 壓的有效值 220 V，故 A D 錯(cuò)；電壓的有效 值恰好等于燈泡 的額定電壓，燈泡正常發(fā)光， B 正確；電壓的峰值U產(chǎn) 220 2 V311 V，大于電容器的耐 壓值，故有可能被擊穿， C錯(cuò)答案B考向 2 交流電“四值”的有關(guān)計(jì)算典例 5（多選）如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形單匝線圈abed,其電阻為r，外電路 的電阻為R, ab11的中點(diǎn)和ed的中點(diǎn)的連線O O恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線上，磁場(chǎng)的磁感 應(yīng)強(qiáng)度為B若線圈從圖示位置開始以角速度3繞軸O O勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則以下判斷正確的是12A.圖示位置線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，為En=BL2B.閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=1BL?W

14、sin3t解析 題圖所示位置，線圈中通過的磁通量最大，但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，A 錯(cuò)誤；線12圈所圍成的閉合電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為Em=-BL23，故對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=2BL2Wsin3t, B 正確；由q=R導(dǎo)可得線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180。的過程中，流過電阻R的電荷量q= 器，C 錯(cuò)誤；電阻R上產(chǎn)生的熱量應(yīng)利用有效值求解，即轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程答案BD反思總結(jié)1.計(jì)算有效值時(shí)一般選取交變電流的一個(gè)周期進(jìn)行計(jì)算非正弦交變電流的有效值要根據(jù)電流的熱效應(yīng)進(jìn)行等效計(jì)算2.交變電流的有效值和電流的方向無關(guān)；交變電流的平均值是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定 律E=匸計(jì)算的，與交變電流的方向、所選取的時(shí)間段有關(guān)隨

15、堂檢測(cè)1.交流電的產(chǎn)生如圖中閉合線圈都在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),不能產(chǎn)生正弦式交變電流的是（）2.交流電的變化規(guī)律（多選）如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)圖象如圖乙中曲線a、b所示，則（）C.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過 180的過程中，流過電阻R的電荷量為q=D.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為nB23L4R4(R+r)222BLR+r中產(chǎn)生的熱8 Em|r- .2 (R+ r)nB3L4R24(R+r),D 正確.AB13A. 兩次t= 0 時(shí)刻線圈平面均與中性面重合B. 曲線a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比

16、為2 : 3C. 曲線a表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為25 HzD. 曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為10 V3.有效值的計(jì)算如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(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3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（）4.有效值的計(jì)算某研究小組成員設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖所示的電路，與定值電阻R并聯(lián)的電表是一個(gè)理想交流電壓表，D 是理想二極管（它的導(dǎo)電特點(diǎn)是正向電阻為零，反向電阻為無窮大）.在A、B間加一交流電壓，瞬時(shí)值的表達(dá)式為u= 20,2sin 100nt（V），則交流電壓表示數(shù)為（）5.交流電“四值

17、”的應(yīng)用如圖甲所示為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)的示意圖，單匝線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).若從中性面開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示.已知發(fā)電機(jī)線圈A.10 VB.20 VC.15 VD.14.1 V3甲BL314內(nèi)阻為 1.0Q,外接燈泡的電阻為9.0Q.求：15(1) 寫出流經(jīng)燈泡的瞬時(shí)電流的表達(dá)式；(2) 轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的最大磁通量；(3) 線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，外力所做的功16參考答案1.答案：C 解析：線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸旋轉(zhuǎn)可產(chǎn)生正弦式交變電流，只有C 項(xiàng)錯(cuò)誤2.答案：AC 解析：t= 0 時(shí)刻，兩次產(chǎn)生的交流電的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值均為零，因此線圈平面均與中性面重合， A 項(xiàng)正確；題圖中a

18、、b對(duì)應(yīng)的周期之比為 2 : 3,因此線圈轉(zhuǎn)速之比1 1 一 、一 11na：nb= ：3 : 2, B 項(xiàng)錯(cuò)誤；a線表示的交流電動(dòng)勢(shì)的頻率為fa= =弋 Hz = 25TaTbTa4X102nHz, C 項(xiàng)正確；a線對(duì)應(yīng)線圈相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的最大值Eam=NBS T，由圖象知 呂皿=15 V,b線對(duì)應(yīng)線圈相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBS罕，因此Ebm=Ta=2IbEam|b310二V=52 V，D 項(xiàng)錯(cuò)誤.3.答案：D解析：線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為3，進(jìn)磁場(chǎng)的過程用時(shí)1周期，出磁場(chǎng)的過程81用時(shí) 7 周期，進(jìn)、8出磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小均為*BL23I= R，則轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值?BL23滿足：I2RT= 2rRRX4解得4.