第十章 第1單元 交變電流的產(chǎn)生及描述

【考綱下載】1．交變電流、交變電流的圖像(Ⅰ)2．正弦式交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值(Ⅰ)3．理想變壓器(Ⅰ)4．遠距離輸電(Ⅰ)實驗十一：傳感器的簡單使用【考情上線】1．從近幾年的命題情況看，總體上難度不大，熱點較為集中，主要

集中在以下兩個方面：一是交變電流的產(chǎn)生、圖像和有效值問題；

二是變壓器、電壓、功率、電流關(guān)系及遠距離輸電問題．2．高考對本部分知識的考查主要以選擇題的形式出現(xiàn)，但也出現(xiàn)過

關(guān)于交變電流的計算題．在增加應(yīng)用型和能力型試題的今天，應(yīng)

注意本部分知識與現(xiàn)代科技的聯(lián)系．一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1．交變電流大小和方向都隨時間做

變化的電流．如圖10－1－1(a)、(b)、(c)、(d)所示都屬于交變電流．其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流，簡稱正弦式電流，如圖10－1－1(a)所示．周期性圖10－1－12．中性面(1)定義：與磁場方向

的平面．(2)特點①線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量

，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動勢為

．②線圈轉(zhuǎn)動一周，

經(jīng)過中性面．線圈每經(jīng)過

一次，電流的方向就改變一次．垂直最大零兩次中性面3．正弦式電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律(1)產(chǎn)生：當閉合線圈由中性面位置(圖10－1－2中O1O2位置)開始在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生的感圖10－1－2應(yīng)電動勢隨時間而變化的函數(shù)是正弦函數(shù)．(2)規(guī)律①電動勢(e)：e＝

；②電壓(u)：u＝

；③電流(i)：i＝

.EmsinωtUmsinωtImsinωt若線圈有n匝，線圈的面積為S，線圈轉(zhuǎn)動的角速度為ω，則Em＝nBSω.二、描述交變電流的物理量1．峰值：交變電流的最大值．2．瞬時值：反映某一時刻交變電流的大小和方向．3．有效值：根據(jù)電流的

來規(guī)定的．熱效應(yīng)4．周期和頻率：描述交變電流變化

的物理量．(1)周期：完成一次周期性變化所需的時間．(2)頻率：在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)．快慢2πf三、電感電容對交變電流的影響1．電感器(1)感抗XL＝2πfL：指電感線圈對正弦交變電流的阻礙作用．(2)作用：通

、通

、阻

．直流低頻高頻高頻低頻直流答案：C答案：AC3．如圖10－1－4所示電路中，已知交流電源電壓u＝200sin100πtV，電阻R＝100Ω，則電流表和電壓表的示數(shù)分別為(

)圖10－1－4A．1.41A,200VB．1.41A,141VC．2A,200VD．2A,141V答案：B4．某同學(xué)在研究電容、電感對恒定電流與交變電流的影響時，采用了如圖10－1－5所示的電路，其中，L1、L2是兩個完全相同的燈泡，已知把開關(guān)置于3、4時，電路與交流電源連通，穩(wěn)定后的兩個燈泡發(fā)光亮度相同，則該同學(xué)在如下操作過程中能觀察到的實驗現(xiàn)象是(

)圖10－1－5A．當開關(guān)置于1、2時，穩(wěn)定后L1、L2二個燈泡均發(fā)光且

亮度相同B．當開關(guān)置于1、2時，穩(wěn)定后L1、L2二個燈泡均發(fā)光且

L1比L2亮C．當開關(guān)置于3、4時，穩(wěn)定后若只增加交變電流的頻率，

則L1變暗，L2變亮D．在開關(guān)置于3、4的瞬間，L2立即發(fā)光，而L1亮度慢慢

增大解析：當開關(guān)置于1、2時，穩(wěn)定后因電容器隔直流，故電路斷開，L2不發(fā)光，A、B錯誤；在開關(guān)置于3、4的瞬間，電容器通交流，L2立即發(fā)光，由于電感的自感作用，L1亮度慢慢增大，D正確；當開關(guān)置于3、4穩(wěn)定后，增加交變電流頻率，容抗減小，感抗增大，L1變暗，L2變亮，C正確．答案：CD5．如圖10－1－6所示，n＝50匝的矩形線圈abcd，邊長ab＝20cm，bc＝25cm，放在磁感應(yīng)強度B＝0.4T的勻強磁場中，繞垂直于磁感線且通過線圈的中軸線OO′勻圖10－1－6速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角速度ω＝50rad/s，線圈的總電阻r＝1Ω，外電路電阻R＝9Ω.試求：(1)線圈在圖示位置(線圈平面與磁感線平行)時感應(yīng)電動勢的大??；(2)1min時間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q.答案：(1)50V

(2)6.75×103J正弦式電流的變化規(guī)律[師之說]1．正弦式電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)規(guī)律物理量

函數(shù)圖象磁通量Φ＝Φmcosωt

＝BScosωt電動勢

e＝Em·sinωt

＝nBSωsinωt規(guī)律物理量

函數(shù)圖象電壓u＝Um·sinωt＝sinωt電流i＝Im·sinωt＝sinωt3．交變電流瞬時值表達式書寫的基本思路(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或由公式Em＝

nBSω求出相應(yīng)峰值．(2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式．如：①線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imsinωt.②線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imcosωt.如圖10－1－7甲所示，一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO′以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動．若以線圈平面與磁場夾角θ＝45°時(如圖乙)為計時起點，并規(guī)定當電流自a流向b時電流方向為正．則如圖10－1－8所示的四幅圖中正確的是(

)圖10－1－7圖10－1－8[審題指導(dǎo)]確定感應(yīng)電流的變化圖象，應(yīng)從三個方面分析：(1)感應(yīng)電流的方向，(2)感應(yīng)電流的大小，(3)感應(yīng)電流大小的變化趨勢，從而排除錯誤選項，確定正確答案．(1)解決該類問題時應(yīng)先把交變電流的圖象與線圈的轉(zhuǎn)動位置對應(yīng)起來，再根據(jù)特殊位置的特征解題．(2)交變電流的產(chǎn)生過程中，要注意線圈的兩個特殊位置：①中性面，②垂直中性面的位置.[學(xué)之用]圖10－1－9圖10－1－10答案：B對交變電流四值的比較和理解[師之說]1．交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較2．對交變電流有效值的理解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)進行定義的，所以進行有效值計算時，要緊扣電流通過電阻生熱(或熱功率)進行計算.注意“三同”：即“相同電阻”，“相同時間”內(nèi)產(chǎn)生“相同熱量”．計算時“相同時間”要取周期的整數(shù)倍，一般取一個周期．[思路點撥]由磁場情況和線圈轉(zhuǎn)動情況可確定瞬時值表達式，電壓表和電流表的示數(shù)為電路中電壓和電流的有效值，而電荷量的計算則需用該時間內(nèi)的平均值．(1)中性面是交變電流產(chǎn)生過程中的重要位置，從中性面

開始計時和從其他位置開始計時計算交變電流的表達

式不同．(2)交流電路中，電流表、電壓表測量的都是交變電流的

有效值．(3)交流電路中，歐姆定律、焦耳定律同樣適用.[學(xué)之用]答案：D[師之說]圖10－1－13[思路點撥]

首先確定感應(yīng)電動勢的表達式，再結(jié)合歐姆定律、安培力等寫出F的表達式．計算回路產(chǎn)生的熱量時，電流要使用有效值．[備課點滴]

[名師心語]導(dǎo)體棒切割磁感線時會在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果此感應(yīng)電流是交變電流，則交變電流的有關(guān)規(guī)律可適用于此，在高考中交變電流和電磁感應(yīng)綜合起來考查的幾率較大，在今后的復(fù)習(xí)中要重視這類問題的分析方法．考情分析

交流電的產(chǎn)生、交流電的圖象、描述交流電的物理量(特別是有效值的理解和計算)是高考考查的熱點，考題與生活、生產(chǎn)實際聯(lián)系密切，如電熱毯、電動機、霓虹燈等．考查題型多數(shù)為選擇題，考題涉及的內(nèi)容綜合性較強，包含的知識點較多．命題預(yù)測

分析近三年高考題和考試大綱，可以預(yù)測明年的高考，交變電流的產(chǎn)生、圖象、瞬時值、最大值、平均值、有效值等知識點仍是高考在本節(jié)中命題的重點，并注意它與電路知識、電磁感應(yīng)內(nèi)容的綜合，特別是帶電粒子在加有交變電壓的平行板電容器中的交變電場中運動將是命題的熱點之一.1．(2010·廣東高考)如圖10－1－14是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的(

)A．周期是0.01s圖10－1－14B．最大值是311VC．有效值是220VD．表達式為u＝220sin100πt(V)解析：由交變電流的圖象知，周期是0.02s，A項錯；最大值是311V，B項正確；有效值是220V，C項正確；瞬時值表達式為u＝311sin100πt(V)，D項錯誤．答案：BC2．(2009·福建高考)一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖10－1－15甲所示．已知發(fā)電機線圈內(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(

)圖10－1－15A．電壓表

的示數(shù)為220VB．電路中的電流方向每秒鐘改變50