2011高三物理一輪復(fù)習(xí) 13.1 交變電流的產(chǎn)生和描述精品課件

內(nèi)容要求說明交流發(fā)電機(jī)及其產(chǎn)生正弦式電流的原理，正弦式電流的圖象和三角函數(shù)表達(dá)式、最大值與有效值，周期與頻率Ⅱ只要求討論單相理想變壓器電阻、電感和電容對交變電流的作用Ⅰ內(nèi)容要求說明變壓器的原理．電壓比和電流比Ⅱ只要求討論單相理想變壓器電能的輸送Ⅰ電磁場．電磁波．電磁波的周期、頻率、波長和波速Ⅰ無線電波的發(fā)射和接收Ⅰ電視．雷達(dá)本章知識(shí)是電磁感應(yīng)的應(yīng)用和延伸，高考對本章知識(shí)的考查主要體現(xiàn)在“三突出”：一是突出考查交變電流的產(chǎn)生過程；二是突出考查交變電流的圖象和交變電流的四值；三是突出考查變壓器，一般試題難度不大，且多以選擇題的形式出現(xiàn)．對于電磁場和電磁波只作一般的了解．本章知識(shí)易與力學(xué)和電學(xué)知識(shí)綜合，如帶電粒子在加有交變電壓的平行金屬板間的運(yùn)動(dòng)，交變電路的分析與計(jì)算等．同時(shí)，本章知識(shí)也易與現(xiàn)代科技和信息技術(shù)相聯(lián)系，如“電動(dòng)自行車”“磁懸浮列車”等．另外，遠(yuǎn)距離輸電也要引起重視．同學(xué)們在復(fù)習(xí)時(shí)，對正弦交變電流的產(chǎn)生過程要做到“情、數(shù)、形”三者相統(tǒng)一；對交變電流的“最大值、瞬時(shí)值、有效值、平均值”一定要注意各類值的不同用法，尤其是不同情況下的有效值計(jì)算是高考考查的主要內(nèi)容；對變壓器的原理理解的同時(shí)，還要掌握變壓器的靜態(tài)計(jì)算和動(dòng)態(tài)分析．第1課時(shí)交變電流的產(chǎn)生和描述一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1．定義：大小和方向都隨時(shí)間做_______________的電流，叫做交變電流，下圖所示均為交變電流．【注意】方向隨時(shí)間做周期性的變化是交變電流的重要特征．周期性變化2．正弦式交變電流的產(chǎn)生在勻強(qiáng)磁場中，繞垂直于磁場方向且在線圈平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈產(chǎn)生的電流是正弦交變電流．3．正弦式交變電流的變化規(guī)律(1)兩個(gè)特殊位置線圈平面與中性面重合時(shí)，磁通量最大，電動(dòng)勢為____，磁通量的變化率為零；線圈平面與中性面垂直時(shí)，磁通量為___，電動(dòng)勢_____，磁通量的變化率最大．零零最大(2)變化規(guī)律若線圈轉(zhuǎn)到中性面開始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢與感應(yīng)電流的表達(dá)式分別為：e＝__________，i＝___________.EmsinωtImsinωt若線圈轉(zhuǎn)到與中性面垂直位置開始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢與感應(yīng)電流的表達(dá)式分別為：e＝Emcosωt，i＝Imcosωt.二、描述交變電流的物理量1．交變電流的“四值”(1)瞬時(shí)值：表示當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到某一位置或某一時(shí)刻，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流的值．正弦式交變電流的電動(dòng)勢、電壓和電流的瞬時(shí)值的表達(dá)式分別為：NBSω

NΦmω

【注意】此時(shí)不要誤認(rèn)為Φmω最大時(shí)，電動(dòng)勢最大，這只是一個(gè)計(jì)算公式．(3)有效值：有效值是利用電流的________定義的，即如果在相同的時(shí)間內(nèi)，交變電流通過電阻時(shí)產(chǎn)生的熱量與直流電通過同一電阻時(shí)產(chǎn)生的熱量相等，則直流電的數(shù)值就是該交變電流的有效值．熱效應(yīng)【注意】以上關(guān)系式僅對正弦式交變電流適用，對其他形式的交變電流并不適用，其他情況需按照有效值的定義進(jìn)行計(jì)算．2．周期、頻率、角速度交變電流的周期、頻率、角速度都是表征交變電流變化快慢的物理量．(1)周期T：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間．(2)頻率f：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)．三、電感和電容對交變電流的阻礙作用1．電感是“通______，阻______；通低頻，阻高頻”．【說明】電感對直流電的阻礙作用很小，而當(dāng)通交變電流時(shí)，由于線圈的自感作用，對交變電流有阻礙作用，所以“通直流，阻交流”．交變電流的頻率越高，電感對它的阻礙作用越大，所以“通低頻，阻高頻”．直流交流2．電容器對直流電路來說是斷路，而交變

電流可以通過對電容器______、______、

使電路中有電流，故表現(xiàn)為交變電流，“通

過”了電容器．交變電流的頻率越高，電容

對它的阻礙作用越小，所以“通______，阻

______”．充電放電高頻低頻一、交變電流的產(chǎn)生及變化特點(diǎn)關(guān)于交變電流產(chǎn)生及變化特點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面：1．正(余)弦交流電的產(chǎn)生條件為：勻強(qiáng)磁場、轉(zhuǎn)軸垂直磁場方向、線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，三者缺一不可，否則所產(chǎn)生的就不是正(余)弦交變電流．2．交變電流的變化規(guī)律與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)的某個(gè)位置無關(guān)．3．線圈過中性面一次，電流方向改變一次，線圈轉(zhuǎn)一周，電流方向改變兩次．2．利用有效值的定義計(jì)算即有效值等于一直流電在相同時(shí)間內(nèi)通過同一電阻產(chǎn)生相等的熱量．此法只適用于求矩形脈沖電流或不連續(xù)正弦交變電流以及它們的組合電流的有效值．具體方法為：取一個(gè)周期T的時(shí)間，計(jì)算出直流和交流分別通過相同的電阻產(chǎn)生的熱量，列方程求解．一、交流電的產(chǎn)生如右圖所示，矩形線圈邊長為ab＝20cm，bc＝10cm，匝數(shù)N＝100匝，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.01T．當(dāng)線圈以n＝50r/s的轉(zhuǎn)速從圖示位置開始逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求：(1)線圈中交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)從線圈開始轉(zhuǎn)起動(dòng)，經(jīng)0.01s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值．【解析】

(1)線圈的角速度為ω＝2πn＝100πrad/s產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為Em＝NBωS＝NBω·ab·bc＝6.28V又剛開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈平面與中性面夾角為30°＝π/6故線圈中交變電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsin(ωt＋π/6)＝6.28sin(100πt＋π/6)V.(2)把t＝0.01s代入上式，可得此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值：e＝3.14V.【答案】(1)e＝6.28sin(100πt＋π/6)V(2)3.14V【點(diǎn)評】

公式e＝Emsinθ中的θ為線圈平面與中性面的夾角．1．如下圖所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．若以線圈平面與磁場夾角θ＝45°時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎畡t四幅圖中正確的是()【答案】

D二、求電熱、電荷量的問題【點(diǎn)評】

要知道正弦交變電流的最大值、瞬時(shí)值、有效值、平均值的區(qū)別，不可混淆，應(yīng)用時(shí)要視情況的不同靈活選擇不同的值進(jìn)行計(jì)算．2．如右圖所示，邊長為L的正方形線圈abcd的匝數(shù)為n，線圈電阻為r，外電路的電阻為R，ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線OO′恰好位于勻強(qiáng)磁場的邊界上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，現(xiàn)在線圈以O(shè)O′為軸，以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求：(1)閉合電路中電流瞬時(shí)值的表達(dá)式；(2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量；(3)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中電阻R上通過的電荷量；(4)電阻R上的最大電壓．【答案】見解析三、電感、電容對交變電流的作用(2008年北京海淀期末)兩個(gè)相同的白熾燈泡A1和A2接到如右圖所示的電路中，燈A1與電容器串聯(lián)，燈A2與電感線圈串聯(lián)．當(dāng)a、b間接電壓最大值為Um、頻率為f的正弦交流電源時(shí)，兩燈都發(fā)光，且亮度相同．更換一個(gè)新的正弦交流電源后，燈A1的亮度低于燈A2的亮度．新電源兩極的電壓最大值和頻率可能是()A．最大值仍為Um，而頻率大于fB．最大值仍為Um，而頻率小于fC．最大值大于Um，而頻率仍為fD．最大值小于Um，而頻率仍為f【解析】若新電源兩極的電壓最大值小于Um，而頻率f不變，則感抗和容抗不變，A1、A2應(yīng)同時(shí)亮度減小，故C、D錯(cuò)．而當(dāng)Um不變，頻率大于f時(shí)，感抗增大，容抗減小，則A1的亮度應(yīng)大于A2的亮度，故實(shí)際情況可能是Um不變，頻率小于f，故B正確．【答案】

B【點(diǎn)評】

上面求解是根據(jù)選項(xiàng)推導(dǎo)的，也可由題干推導(dǎo)，燈A1變暗，容抗變大，故頻率變?。?．如下圖所示，L1、L2和L3是相同型號的白熾燈，L1與電容器C串聯(lián)，L2與帶鐵芯的線圈L串聯(lián)，L3與一個(gè)定值電阻R串聯(lián)．當(dāng)a、b間接電壓有效值為U、頻率為f的正弦交流電源時(shí)，三只燈泡的亮度相同．現(xiàn)將a、b間接另一正弦交流電源時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡L1變亮、L2變暗、L3亮度不變．由此可知，另一正弦交流電源可能是()A．電壓有效值仍為U，而頻率大于fB．電壓有效值大于U，而頻率大于fC．電壓有效值仍為U，而頻率小于fD．電壓有效值小于U，而頻率大于f【解析】由題述中與一個(gè)定值電阻R串聯(lián)的燈泡L3亮度不變可知，所接的另一正弦交流電源的電壓有效值仍為U.燈泡L1變亮，說明與L1串聯(lián)的電容器C容抗變?。捎绊懭菘沟囊蛩乜芍?，這是由于正弦交流電的頻率增大．所以正確選項(xiàng)是A.【答案】A(2009年高考福建卷)一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示．已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0Ω，現(xiàn)外接一只電阻為95.0Ω的燈泡，如圖乙所示，則()命題研究A．電壓表V的示數(shù)為220VB．電路中的電流方向每秒鐘改變50次C．燈泡實(shí)際消耗的功率為484WD．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J【答案】

D本題是對交流電產(chǎn)生、交流電“四值”、閉合電路歐姆定律、功率公式、焦耳定律的綜合考查．部分考生因?yàn)闆]有注意電壓表示數(shù)應(yīng)該為有效值，還有的考生不注意分析電路，把電動(dòng)勢當(dāng)作電壓表示數(shù)，顯然是沒有理解有效值的意義，不能把交流電和電路綜合起來應(yīng)用而出錯(cuò)．從中得到啟示：在備考階段，同學(xué)們要重點(diǎn)掌握交流電有效值的概念及應(yīng)用，注意整合知識(shí)、把前后相關(guān)知識(shí)聯(lián)系起來，形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)框架和知識(shí)體系，便于綜合解決遇到的問題，提高綜合素質(zhì)和綜合能力．(2008年高考北京卷)一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝11∶5.原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如下圖所示．副線圈僅接入一個(gè)10Ω的電阻，則()【解析】

本題考查正弦交變電流有效值、最大值意義及理想變壓器的相關(guān)知識(shí)．由輸入電壓圖象可知輸入電壓的有效值為220V，故副線圈輸出電壓的有效值為100V，接入副線圈的電阻為10Ω，故電流有效值為10A，A項(xiàng)錯(cuò)；與電阻并聯(lián)的電壓表讀數(shù)即為副線圈電壓有效值100V，B項(xiàng)錯(cuò)；根據(jù)Q＝I2Rt＝102×10×60J＝6×104J，C項(xiàng)錯(cuò)；由變壓器輸入功率等于輸出功率可知，P＝IU＝10×100＝1000W，D項(xiàng)正確．【答案】

D1．如下圖所示中各圖面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢e＝BSωsinωt的圖是(設(shè)從圖示時(shí)刻開始計(jì)時(shí))()【解析】

線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸(軸在線圈所在平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從線圈平面和中性面重合時(shí)開始計(jì)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的正弦交變電動(dòng)勢為e＝BSωsinωt，由這一原則判斷，A圖中感應(yīng)電動(dòng)勢均為e＝BSωsinωt；B圖中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不在線圈所在平面內(nèi)；D圖轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁場方向平行，而不是垂直．C圖中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢為e＝BSωcosωt.【答案】A2．收錄機(jī)等小型家用電器所用的穩(wěn)壓電源，是將220V的正弦交流電變?yōu)榉€(wěn)定的直流電的裝置，其中的關(guān)鍵部分是整流電流．有一種整流電路可以將正弦交流電變成如右圖所示的脈動(dòng)直流電(每半個(gè)周期都按正弦規(guī)律變化)，則該脈動(dòng)直流電電流的有效值為()【答案】B3．如右圖所示，矩形線圈abcd，面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為R，在勻強(qiáng)磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，(P1以ab邊為軸，P2以ad邊中點(diǎn)為軸)當(dāng)線圈平面從與磁場方向平行開始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過90°的過程中，繞P1及P2軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電的電流大小，電荷量及焦耳熱分別為