高考物理總復(fù)習(xí)第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生和描述課件

第十一章交變電流傳感器考點(diǎn)內(nèi)容要求高考(全國卷)三年命題情況對照分析201620172018交變電流、交變電流的圖像ⅠⅠ卷T16:變壓器原、副線圈的三個基本關(guān)系以及電路的相關(guān)知識(原線圈中串有電阻)Ⅲ卷T19:變壓器原、副線圈的三個基本關(guān)系(原線圈中串有燈泡)Ⅲ卷T21:考查交變電流的產(chǎn)生及描述未命題Ⅲ卷T16:將正弦交變電流和方波交變電流、有效值、焦耳定律有機(jī)融合Ⅲ卷T20:考查交變電流圖像、法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律及其相關(guān)的知識點(diǎn)正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值Ⅰ理想變壓器Ⅱ遠(yuǎn)距離輸電Ⅰ實(shí)驗(yàn)十二:傳感器的簡單使用1.考查方式:高考涉及考點(diǎn)有交變電流的產(chǎn)生規(guī)律、圖像及變壓器的工作原理,一般難度中等或者中等偏下,以選擇題居多.本章還將重點(diǎn)考查:(1)交變電流產(chǎn)生的原理、圖像表達(dá)式及有效值的計(jì)算;(2)變壓器原理中的電壓比、電流比、功率關(guān)系及輸電過程中的能量損耗.說明:(1)不要求討論交變電流的相位和相位差的問題;(2)只限于單相理想變壓器.2.命題趨勢:變壓器結(jié)合電路分析仍將是今后命題的熱點(diǎn).第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生和描述根底過關(guān)考點(diǎn)研析素養(yǎng)提升根底知識一、交變電流1.交變電流:大小和方向隨時間做

變化的電流.周期性根底過關(guān)緊扣教材·自主落實(shí)2.正弦交流電的產(chǎn)生和圖像(1)產(chǎn)生:如下圖,在勻強(qiáng)磁場里,線圈繞方向的軸勻速轉(zhuǎn)動.垂直于磁場(2)中性面①定義:與磁場方向

的平面.垂直②特點(diǎn):線圈位于中性面時,穿過線圈的磁通量,磁通量的變化率為,感應(yīng)電動勢為.線圈每經(jīng)過中性面一次,電流的方向就改變一次.(3)圖像:用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律,如果線圈從中性面位置開始計(jì)時,其圖像為曲線,如下圖.最大零零正弦教材解讀1.人教版教材選修3-2P31手搖教學(xué)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交變電流;轉(zhuǎn)動手柄,觀察紅黃二極管的發(fā)光情況,請問觀察到什么現(xiàn)象說明什么問題答案:轉(zhuǎn)動速度較慢的時候,觀察到兩個二極管輪流發(fā)光且比較暗;轉(zhuǎn)速稍微加快,兩個發(fā)光二極管亮度增大且?guī)缀跬瑫r閃閃發(fā)光,分不出前后,說明電流的方向不斷改變,改變快慢與線圈轉(zhuǎn)動的速度有關(guān).2.人教版教材選修3-2P32圖-3交流發(fā)電機(jī)線圈的平面示意圖中,設(shè)勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,正方形線圈邊長為L,匝數(shù)為n,以O(shè)1O2為起點(diǎn)、角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,經(jīng)過時間t轉(zhuǎn)至實(shí)線位置,試推導(dǎo)此時線圈中感應(yīng)電動勢的表達(dá)式.教材解讀二、描述交變電流的物理量1.交變電流的周期和頻率的關(guān)系:T=

.2.交變電流的“四值〞(1)值:交變電流某一時刻的值,是時間的函數(shù).(2)值:交變電流(電流、電壓或電動勢)所能到達(dá)的最大的值,也叫最大值.(3)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.對正弦交流電,其有效值和峰值的關(guān)系為:E=,U=,I=.(4)平均值:用=n來計(jì)算.瞬時峰有效特別提醒通常所說交變電流、電壓的數(shù)值,各種交流電氣設(shè)備所標(biāo)的額定電壓和額定電流的數(shù)值,一般交流電表測量的數(shù)值,都是指有效值(除非有特殊說明).自主探究閱讀教材選修3-2P35內(nèi)容回答,生活中提到的哪些方面指的是交變電流的有效值?答案:人們通常說的家庭用電電壓為220V;交流電氣設(shè)備上標(biāo)出的額定電壓、額定電流;保險(xiǎn)絲的熔斷電流;交流電表的示數(shù)等均為有效值.(1)交變電流的主要特征是電流的方向隨時間周期性變化.(

)過關(guān)巧練√1.思考判斷(2)線圈經(jīng)過中性面位置時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大.(

)(3)我國使用的交流電周期是0.02s,電流方向每秒鐘改變100次.(

)(4)任何交變電流的最大值Im與有效值I之間的關(guān)系是Im=I.(

)(5)交流電壓表及電流表的讀數(shù)均為峰值.(

)×√××2.小型交流發(fā)電機(jī)中,矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間呈正弦函數(shù)關(guān)系,如下圖.此線圈與一個R=10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路,電路中的其他電阻不計(jì).以下說法正確的選項(xiàng)是()CA.交變電流的周期為0.125sB.交變電流的頻率為8HzC.交變電流的有效值為AD.交變電流的最大值為4AA考點(diǎn)一交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1.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)規(guī)律物理量函數(shù)表達(dá)式圖像磁通量Φ=Φmcosωt=BScosωt電動勢e=Emsinωt=nBSωsinωt考點(diǎn)研析核心探究·重難突破2.兩個特殊位置及其特點(diǎn)(1)只要線圈平面在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,就產(chǎn)生正弦式交變電流,其變化規(guī)律與線圈的形狀、轉(zhuǎn)動軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān).(2)Φ-t圖像與對應(yīng)的e-t圖像是互余的.(3)電流方向的改變:線圈通過中性面時,電流方向發(fā)生改變,一個周期內(nèi)線圈兩次通過中性面,因此電流的方向改變兩次.【典例1】在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖(甲)所示,產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖(乙)所示,那么()A.t=0.005s時線框的磁通量變化率為零B.t=0.01s時線框平面與中性面重合C.線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311VD.線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100HzB【針對訓(xùn)練】如圖(甲)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逆時針勻速轉(zhuǎn)動.假設(shè)以線圈平面與磁場夾角θ=45°時,如圖(乙)所示為計(jì)時起點(diǎn),并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時電流方向?yàn)檎?那么四幅圖正確的選項(xiàng)是()D考點(diǎn)二交變電流有效值的求解2.交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)(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,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,“相同時間〞內(nèi)產(chǎn)生“相同熱量〞.計(jì)算時“相同時間〞至少要取一個周期的時間.3.幾種典型的交變電流及其有效值4.在交流電路中,在沒有具體說明的情況下,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.【典例2】如下圖是某種交變電流的電流隨時間變化的圖線,i>0局部的圖線是一個正弦曲線的正半周,i<0局部的圖線是另一個正弦曲線的負(fù)半周,其最大值如圖中所示,那么這種交變電流的有效值為()C?思路探究?(1)0～T周期內(nèi),電流的有效值怎么計(jì)算答案:連續(xù)的正弦式交變電流的有效值等于最大值除以.(2)0～3T周期內(nèi),電流的有效值怎么計(jì)算答案:非連續(xù)的正弦式交變電流的有效值按熱效應(yīng)來計(jì)算.反思總結(jié)(1)高中階段可以定量求解有效值的只有正弦式交變電流(或其一局部),方波式電流及其組合.(3)正弦式半波、矩形脈動等交變電流只能利用電流熱效應(yīng)計(jì)算有效值.1.[定義法]通過一阻值R=100Ω的電阻的交變電流如下圖,其周期為1s.電阻兩端電壓的有效值為()B題組訓(xùn)練2.[公式法]如圖(甲)所示,將電阻R1,R2并聯(lián)后再與R31=R3=20Ω,R2=10Ω,合上開關(guān)S后,通過電阻R2的正弦交變電流i隨時間t變化的情況如圖(乙)所示.那么()B考點(diǎn)三交變電流“四值〞的比較和應(yīng)用對交變電流“四值〞的比較(1)假設(shè)從線圈處于中性面開始計(jì)時,寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式;(2)線圈轉(zhuǎn)過s時電動勢的瞬時值多大(3)電路中,電壓表和電流表的示數(shù)各是多少(4)從中性面開始計(jì)時,經(jīng)s通過電阻R的電荷量為多少?核心點(diǎn)撥?(1)中性面開始計(jì)時,說明為正弦交流電;(2)電路中的電表示數(shù)都是有效值;(3)計(jì)算電荷量時,需考慮物理量的平均值,而不能用有效值.題組訓(xùn)練1.[有效值、平均值的計(jì)算]如下圖,一半徑為r的半圓形單匝線圈垂直放在具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)速為n,ab與磁場邊界重合,M和N是兩個滑環(huán),負(fù)載電阻為R.線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻不計(jì),以下說法中正確的選項(xiàng)是()AB核心素養(yǎng)1.模型構(gòu)建發(fā)電機(jī)和電動機(jī)模型是高考中以電磁感應(yīng)為背景命題的常見模型,但凡在外力作用下做切割磁感線運(yùn)動而產(chǎn)生感應(yīng)電流的導(dǎo)體均可看成發(fā)電機(jī)模型;凡在安培力作用下在磁場中運(yùn)動的通電導(dǎo)體均可看成電動機(jī)模型.【思維拓展】發(fā)電機(jī)、電動機(jī)模型素養(yǎng)提升學(xué)科素養(yǎng)·演練提升2.模型條件電動機(jī)發(fā)電機(jī)工作原理通電線圈在磁場中受到安培力而轉(zhuǎn)動閉合線圈在磁場中受外力轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能解題要點(diǎn)(1)受力由左手定則來判斷(2)能量關(guān)系:P總=P輸出+P熱(3)實(shí)際功率:P實(shí)際≤P額定(4)電壓、電流關(guān)系:U>IR(1)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向由右手定則判定(2)感應(yīng)電動勢大小由法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算(3)注意感應(yīng)電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值的區(qū)別(4)能量轉(zhuǎn)化中滿足能量守恒定律BD【例如2】如下圖電路中接入電壓為u=U0sinωt的正弦交流電,電路中接有一個交流電流表、保護(hù)電阻R0和一個電動機(jī),電動機(jī)的線圈電阻為R.當(dāng)輸入端接通電源后,電動機(jī)帶動一質(zhì)量為m的重物勻速上升,此時電流表的示數(shù)為I,重力加速度為g,以下說法正確的選項(xiàng)是()C高考模擬1.(2021·全國Ⅲ卷,20)(多項(xiàng)選擇)如圖(a),在同一平面內(nèi)固定有一長直導(dǎo)線PQ和一導(dǎo)線框R,R在PQ的右側(cè).導(dǎo)線PQ中通有正弦交流電i,i的變化如圖(b)所示,規(guī)定從Q到P為電流正方向.導(dǎo)線框R中的感應(yīng)電動勢()AC2.(2021·全國Ⅲ卷,21)(多項(xiàng)選擇)如圖,M為半圓形導(dǎo)線框,圓心為OM;N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框,圓心為ON;兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi);兩圓弧半徑相等;過直線OMON的水平面上方有一勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于紙面.現(xiàn)使線框M,N在t=0時從圖示位置開始,分別繞垂直于紙面、且過OM和ON的軸,以相同的周期T逆