高考物理复习第十一章交变电流 传感器教案讲义有答案
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第十一章 交变电流 传感器1.对于原线圈电路接适用电器的问题,输入功率等于输出功率,要注意电压与匝数成正比关系成立的条件,此时U 1U 2=n 1n 2中U 1指的是原线圈两端电压,而不是电源电压.原线圈两端电压与用电器电压之和等于电源电压. 2.常有图例(图1)图13.办理技巧第一计算出经过副线圈的电流,由电流比关系可知原线圈的电流;其次依照欧姆定律可表示出与原线圈串通的电阻两端的电压;最后结合题意,列出原线圈两端电压的表达式,依照电压比关系求出副线圈两端电压. 例1 一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220V 的正弦交流电源上,如图2所示.设副线圈回路中电阻两端的电压为U ,原、副线圈回路中电阻耗资的功率的比值为k ,则( )图2A .U =66V ,k =19B .U =22V ,k =19C .U =66V ,k =13D .U =22V ,k =13答案 A 剖析 因原、副线圈的匝数比为3∶1,依照变压器的工作原理得I 1I 2=n 2n 1,即原、副线圈中的电流之比I 1I 2=13,因P =I 2R ,故原、副线圈回路中电阻耗资的功率的比值k=I21I22=19.副线圈两端电压为U,因U1U2=n1n2,则原线圈两端电压为3U,副线圈中U=I2R,与原线圈连接的电阻两端的电压U′=I1R=13I2R=U3,因原线圈一侧所加电压为220V,所以U3+3U=220V,解得U=66V,综上所述选项A正确,B、C、D错误.含有变压器的动向电路问题的解题思路:例2(多项选择)如图3所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以经过滑动触头Q来调治,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑片.在原线圈上加一电压为U的正弦式交变电流,则()图3A.保持Q的地址不动,将P向上滑动时,电流表读数变大B.保持Q的地址不动,将P向上滑动时,电流表读数变小C.保持P的地址不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大D.保持P的地址不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小答案BC剖析保持Q不动时,副线圈输出电压不变,将P向上滑动时,电阻R增大,副线圈总电阻增大,副线圈电流减小,由I1I2=n2n1知,原线圈电流也减小,故A错误,B对.保持P的地址不动,将Q向上滑动时,副线圈匝数增添,由U1U2=n1n2知,输出电压变大,变压器输出功率和输入功率都变大,输入电流也相应变大,故C 对,D错.。
(新人教版)2020届高考物理总复习第11单元交变电流传感器教师用书课时1 交变电流的产生和描述1.交变电流及其产生和图象(1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流。
(2)图象:如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流。
其中按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流,如图甲所示。
2.正弦式交变电流的描述(1)周期和频率①周期(T):交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s),公式T=。
②频率(f):交变电流在1 s内完成周期性变化的次数。
单位是赫兹(Hz)。
③周期和频率的关系:T=或f=。
(2)正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)①电动势e随时间变化的规律:e=E m sin ωt。
其中ω等于线圈转动的角速度,E m=nBSω。
②负载两端的电压u随时间变化的规律:u=U m sin ωt。
③电流i随时间变化的规律:i=I m sin ωt。
1.(2019太原尖草坪区第一中学考试)在如图所示的四种情况中,矩形线圈绕OO'轴匀速转动。
不能..产生交变电流的是()。
答案 A2.(2018浙江绍兴一中检测)(多选)关于中性面,下列说法正确的是()。
A.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零B.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大C.线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就改变一次D.,所以线圈每转动一周,感应电流的方向就改变一次AC3.)(多选)图甲为交流发电机的原理图,正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'匀速转动,电流表为理想交流电表,线圈中产生的交变电流随时间的变化如图乙所示,则()。
(3)交变电流的瞬时值、峰值、有效值①瞬时值:交变电流在某一时刻的值,是时间的函数。
②峰值:交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值,也叫最大值。
③有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫作交变电流的有效值。
2022新亮剑高考物理总复习讲义第十一单元交变电流传感器课时2含解析x含解析编辑:__________________时间:__________________1、16传感器课时2变压器远距离输电《自学听》P2031、理想变压器(1)构造:如所示,器是由合芯和在芯上的两个圈成的。
①原圈:与交流源接的圈,也叫作初圈。
②副圈:与接的圈,也叫作次圈。
(2)原理:流磁效、磁感(3)基本关系式①功率关系:P入=P出。
②关系:只有一个副圈,=有多个副圈,===③流关系:只有一个副圈,=由P入=P出及P=UI推出有多个副圈,U1I1=U2I2+U3I3+2、远距离输电(1)程(如所示)1、(2022湖北黄中学入学考)关于理想器,下列法正确的是()A。
器只化的流起作用,恒定流不起作用2、16B。
变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率C。
正常工作的变压器,当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压D。
变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小答案A2、(2022湖南宁远一中检测)(多选)图甲是远距离输电线路的示意图,图乙是发电机输出电压随时间变化的图象,则()A。
发电机输出交流电的电压有效值是500VB。
用户用电器上交流电的频率是50HzC。
输电线中的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定D。
保持升压变压器原线圈匝数不变,增加副线圈匝数,可减少输电线上损失的功率答案BD输电导线上的能量损失:主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式Q=I2Rt。
电压损失U=U-U'②U=IR(4)功率损失P=P-P'②。
R=R(5)输送电流I=②I=-。
3、(2022浙江金华一中模拟)(多选)小型水电站的电能输送示意图如图所示,发电机的输出电压为200V,输电线的总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数分别为1、n2,降压变压器原、副线圈匝数分n别为n3、n4(变压器均为理想变压器),要使额定电压为220V的用电器正常工作,则()><C。
第1节 交变电流的产生及描述[选择性考试备考指南]考点内容要求 命题分析核心素养交变电流、交变电流的图象Ⅰ1.高考对本章的考查以选择题为主,试题情景新颖,难度中等偏下。
2.命题热点侧重于交变电流的产生、交变电流图象及表述(峰值、有效值、瞬时值)、理想变压器原理及远距离输电等。
3.高考对本章内容考查命题频率较低,但变压器结合电路分析仍将是今后命题的热点,题型一般为选择题。
物理观念:交变电流、瞬时值、峰值、有效值、变压器、远距离输电。
科学思维:“图象法”“等效法”“守恒思想”“动态分析方法” “极值法”。
科学探究:传感器的原理及使用。
科学态度与责任:发电机和电动机、电能的输送、生活中各种变压器的应用、传感器的使用。
正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ 理想变压器 Ⅱ 远距离输电Ⅰ实验十二:传感器的简单使用第1节 交变电流的产生及描述一、交变电流、交变电流的图象 1.交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
2.正弦式交变电流的产生和图象(1)产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(如图所示)(2)两个特殊位置的特点①线圈平面与中性面重合时,S ⊥B ,Φ最大,ΔΦΔt =0,e =0,i =0,电流方向将发生改变。
②线圈平面与中性面垂直时,S ∥B ,Φ=0,ΔΦΔt最大,e 最大,i 最大,电流方向不改变。
(3)图象:线圈从中性面位置开始计时,如图甲、乙、丙所示。
甲 乙 丙二、描述交变电流的物理量 1.周期和频率:(1)周期T :交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一周)所需的时间,国际单位是秒(s)。
公式:T =2πω。
(2)频率f :交变电流在1_s 内完成周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz)。
(3)周期和频率的关系:T =1f 或f =1T。
2.交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值 (1)瞬时值:交变电流某一时刻的值。
(2)最大值:交变电流或电压所能达到的最大的值。
第十一章交变电流传感器[全国卷5年考情分析]基础考点常考考点(2013~2017考情统计)命题概率常考角度正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值(Ⅰ)远距离输电(Ⅰ)以上2个考点未曾独立命题交变电流、交变电流的图像(Ⅰ)'16Ⅲ卷T21(6分)独立命题概率20%(1)根据线框在磁场中的转动求解描述交变电流的物理量(2)根据交变电流的图像或表达式求解描述交变电流的物理量(3)变压器的基本原理和动态分析(4)远距离输电问题理想变压器(Ⅱ)'16Ⅰ卷T16(6分)'16Ⅲ卷T19(6分)'15Ⅰ卷T16(6分)'14Ⅱ卷T21(6分)独立命题概率70%综合命题概率80%实验十二传感器的简单使用'16Ⅰ卷T23(10分)综合命题概率30%第1节交变电流的产生及描述(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)线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时,产生的感应电动势也最大。
(×)(3)矩形线圈在匀强磁场中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。
(√)(4)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。
(√)(5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。
(×)(6)交变电流的峰值总是有效值的2倍。
(×)解题中常用到的二级结论:(1)正弦交流电的产生:中性面垂直于磁场方向,线圈平面平行于磁场方向时电动势最大:E m=nBSω。
①线圈从中性面开始转动:e =E m sin ωt 。
②线圈从平行于磁场方向开始转动:e =E m cos ωt 。
(2)正弦交变电流的有效值与最大值的关系,对整个波形、半个波形、甚至14个波形都成立。
(3)非正弦交流电的有效值的求法:I 2RT =一个周期内产生的总热量。
突破点(一) 交变电流的产生和描述1.正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
交变电流传感器从教材走向高考理想变压器基本规律的应用【教材原题】人教版选修3-2·P44·T3【拓展提升2】原线圈与负载串联当变压器一个线圈的匝数已知时,可以用下面的方法测量其他线圈的匝数:把被测线圈作为原线圈,用匝数已知的线圈作为副线圈,通入交流,测出两线圈的电压,就可以求出被测线圈的匝数。
已知副线圈有400匝,把原线圈接到220 V 的线路中,测得副线圈的电压是55 V,求原线圈的匝数。
(2015·全国卷Ⅰ,16)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上,如图2所示。
设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则( )图2A。
U=66 V,k=错误! B.U=22 V,k=错误! C.U=66 V,k=错误!D。
U=22 V,k=错误!【拓展提升1】理想变压器副线圈两端加载【拓展提升3】理想变压器的动态分析(2017·北京理综,16)如图1所示,理想变压器的原线圈接在u=220错误!sin (100πt)V的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。
下列说法正确的是( )图1A.原线圈的输入功率为(2016·全国卷Ⅰ,16)一含有理想变压器的电路如图3所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω,为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。
当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。
该变压器原、副线圈匝数比为()220错误!WB.电流表的读数为1 AC。
电压表的读数为110错误! VD。
副线圈输出交流电的周期为50 s图3A。
2 B.3 C.4 D.5参考答案【拓展提升1】 B [由u=2202sin 100πt(V)可知,原线圈电压最大值为220错误!V,故原线圈电压的有效值为U1=220 V ,根据错误!=错误!可知,U2=错误!U1=110 V,故电压表的读数为110 V,选项C错误;副线圈电流有效值为I2=错误!=2 A,根据P=UI可知,输出功率为220 W,则原线圈的输入功率为220 W,故选项A错误;原线圈中的电流I1=PU1=1 A,故选项B正确;因为ω=错误!=100π rad/s,所以T=0。
Evaluation Only. Created with Aspose.Words. Copyright 2003-2016 Aspose Pty Ltd.第11章 交变电流 传感器第1节 交变电流的产生及描述一、交变电流的产生和变化规律1.交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流. 2.正弦沟通电(1)产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动. (2)中性面①定义:与磁场垂直的平面.②特点:线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零.线圈每经过中性面一次,电流的方向就转变一次.(3)变化规律(线圈在中性面位置开头计时) ①电动势(e ):e =E m sin ωt . ②电压(u ):u =U m sin_ωt . ③电流(i ):i =I m sin_ωt . (4)图象(如图所示)二、描述交变电流的物理量1.交变电流的周期和频率的关系:T =1f .2.峰值和有效值(1)峰值:交变电流的峰值是它能达到的最大值.(2)有效值:让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,假如在沟通的一个周期内它们产生的热量相等,则这个恒定电流I 、恒定电压U 就是这个交变电流的有效值.(3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I =Im 2,U =Um2,E =Em 2. 3.平均值:E =n ΔΦΔt .[自我诊断] 1.推断正误(1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化.(√) (2)大小变化而方向不变的电流也叫交变电流.(×) (3)线圈经过中性面时产生的感应电动势最大.(×) (4)在一个周期内,正弦沟通电的方向转变两次.(√)(5)最大值和有效值之间的2倍关系只适用于正弦(余弦)沟通电.(√) (6)沟通电压表及沟通电流表的读数均为峰值.(×)2.矩形线圈的面积为S ,匝数为n ,在磁感应强度为B 的匀强磁场中,绕垂直于磁场的轴OO ′以角速度ω匀速转动.当转到线圈平面与磁场垂直的图示位置时( )A .线圈中的电动势为nBSωB .线圈中的电动势为0C .穿过线圈的磁通量为0D .穿过线圈的磁通量变化率最大解析:选B.图示时刻线框的四边都不切割磁感线,不产生感应电动势,即线圈中的电动势为0,故选项A 错误,选项B 正确;图示时刻线框与磁场垂直,磁通量最大,为Φ=BS ,故选项C 错误;图示位置线圈中的电动势为0,依据法拉第电磁感应定律E =n ΔΦΔt可知穿过线圈的磁通量变化率为0,故选项D 错误.3.(多选)某小型发电机产生的交变电动势为e =50sin 100πt (V).对此电动势,下列表述正确的有( )A .最大值是50 2 VB .频率是100 HzC .有效值是25 2 VD .周期是0.02 s解析:选CD.由e =E m sin ωt =50sin 100 πt (V)可知,E m =50 V ,E 有效=Em 2=25 2 V ,ω=100πrad/s ,T =2πω=0.02 s ,f =50 Hz ,C 、D 正确.4.一个小型电热器若接在输出电压为10 V 的直流电源上,消耗电功率为P ;若把它接在某个正弦沟通电源上,其消耗的电功率为P2.假如电热器电阻不变,则此沟通电源输出电压的最大值为( )A .5 VB .5 2 VC .10 VD .10 2 V解析:选C.电热器接到直流电源上,由功率表达式P =U2R 可知,P =U21R =100R .当其接到沟通电源时,有P 2=U22R ,则U 2=22U 1,U 2为正弦沟通电的有效值,则此沟通电的最大值U m =2U 2=10 V ,C 正确.5.某手摇沟通发电机,其线圈绕垂直于匀强磁场方向的轴(位于线圈平面内)匀速转动,产生的交变电流i 随时间t 变化的图象如图,由图象可知( )A .该交变电流频率是0.4 HzB .该交变电流有效值是0.8 AC .该交变电流瞬时值表达式是i =0.8sin(5πt )AD .t =0.1 s 时穿过线圈平面的磁通量最大解析:选C.依据电流随时间变化的图象知,沟通电的周期为0.4 s ,故沟通电的频率为2.5 Hz ,A 错误;交变电流的最大值为0.8 A ,有效值为0.4 2 A ,B 错误;把ω=2πT =5π rad/s 代入正弦式交变电流的瞬时值表达式得i =0.8sin(5πt )A ,C 正确;t =0.1 s 时,电流最大,此时穿过线圈平面的磁通量为零,D 错误.考点一 正弦交变电流的产生与瞬时值表达式1.正弦式交变电流的变化规律及对应图象(线圈在中性面位置开头计时)函数 图象磁通量Φ=Φm ·cos ωt =BS cos ωt电动势e =E m ·sin ωt =nBSωsin ωt电压u =U m ·sin ωt =REmR +rsin ωt电流i =I m ·sin ωt =EmR +rsin ωt2.两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时,S ⊥B ,Φ最大,ΔΦΔt =0,e =0,i =0,电流方向发生转变.(2)线圈平面与中性面垂直时,S ∥B ,Φ=0,ΔΦΔt 最大,e 最大,i 最大,电流方向不转变.考向1:正弦交变电流的产生(1)解决此类问题的关键在于把线圈在匀强磁场中的具体位置与转动的时刻对应好,也就是电流的变化规律与线圈在磁场中转动的具体情境对应好.(2)交变电动势的最大值E m =nBSω,与转轴位置无关,与线圈外形无关.[典例1] 如图所示,矩形线圈abcd 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P 1和P 2以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到与磁场方向平行时( )A .线圈绕P 1转动时的电流等于绕P 2转动时的电流B .线圈绕P 1转动时的电动势小于绕P 2转动时的电动势C .线圈绕P 1和P 2转动时电流的方向相同,都是a →b →c →d →aD .线圈绕P 1转动时dc 边受到的安培力大于绕P 2转动时dc 边受到的安培力解析 线圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流,产生的电流、电动势及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关,故A 对,B 、D 错;图示时刻产生电流的方向为a →d →c →b →a ,故C 错.答案 A考向2:交变电流的图象(1)由图象可读出交变电流的电压或电流的最大值,进而利用正弦式交变电流最大值与有效值的关系得到有效值.(2)由图象可读出交变电流的变化周期T ,然后计算得出角速度ω=2πT .(3)依据最大值、角速度等信息可以写出交变电流的瞬时值表达式.[典例2] (2020·湖南衡阳联考)(多选)如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势如图乙中曲线a 、b 所示,则下列说法正确的是( )A .曲线a 表示的交变电动势瞬时值e a =36 sin 25πt VB .曲线b 表示的交变电动势最大值为28.8 VC .t =5×10-2s 时,曲线a 、b 对应的感应电动势大小之比为32∶2D .t =6×10-2 s 时,曲线a 对应线框的磁通量最大,曲线b 对应线框的磁通量为0解析 由图乙可知,E m a =36 V ,ωa =2πTa =2π8×10-2 rad/s =25 π rad/s,则曲线a 表示的交变电动势瞬时值e a =E m a sin ωa t =36 sin 25πt V ,故A 正确;由图乙知曲线a 、b 表示的交变电流的周期之比为T a ∶T b =(8×10-2)∶(12×10-2)=2∶3,由ω=2πT可知ωa ∶ωb =T b ∶T a =3∶2,所以曲线a 、b 表示的交变电动势的最大值之比E m a ∶E m b =NBSωa ∶NBSωb =ωa ∶ωb =3∶2,又知E m a =36 V ,则E m b =24 V ,故B 错误;曲线a 表示的交变电动势瞬时值e a =36 sin 25πt V ,曲线b 表示的交变电动势瞬时值e b =24 sin 2π12×10-2t V ,将t =5×10-2 s 代入,得e a =-18 2 V ,e b =12 V ,|e a |∶e b =32∶2,故C 正确;由图乙知t =6×10-2s 时,a 的电动势最大,对应线框的磁通量为0,b 的电动势为0,对应线框的磁通量最大,故D 错误.答案 AC考向3:交变电流瞬时值的书写 交变电流瞬时值表达式的推导思路 (1)先求电动势的最大值E m =nBSω; (2)求出角速度ω,ω=2πT;(3)明确从哪一位置开头计时,从而确定是正弦函数还是余弦函数; (4)写出瞬时值的表达式.[典例3] 图甲是沟通发电机模型示意图.在磁感应强度为B 的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd 可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO ′转动,由线圈引出的导线ae 和df 分别与两个跟线圈一起绕OO ′转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R 形成闭合电路.图乙是线圈的主视图,导线ab 和cd 分别用它们的横截面来表示.已知ab 长度为L 1,bc 长度为L 2,线圈以恒定角速度ω逆时针转动.(只考虑单匝线圈)(1)线圈平面处于中性面位置时开头计时,试推导t 时刻整个线圈中的感应电动势e 1的表达式; (2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开头计时,如图丙所示,试写出t 时刻整个线圈中的感应电动势e 2的表达式.解析 (1)矩形线圈abcd 在磁场中转动时,ab 、cd 切割磁感线,且转动的半径为r =L22,转动时ab 、cd 的线速度v =ωr =ωL22,且与磁场方向的夹角为ωt ,所以,整个线圈中的感应电动势e 1=2BL 1v sin ωt =BL 1L 2ωsin ωt .(2)当t =0时,线圈平面与中性面的夹角为φ0,则t 时刻时,线圈平面与中性面的夹角为ωt +φ0故此时感应电动势的瞬时值e 2=2BL 1v sin(ωt +φ0)=BL 1L 2ωsin(ωt +φ0)答案 (1)e 1=BL 1L 2ωsin ωt (2)e 2=BL 1L 2ωsin (ωt +φ0)(1)交变电流图象问题的三点留意①只有当线圈从中性面位置开头计时,电流的瞬时值表达式才是正弦形式,其变化规律与线圈的外形及转动轴处于线圈平面内的位置无关.②留意峰值公式E m =nBSω中的S 为有效面积.③在解决有关交变电流的图象问题时,应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来,再依据特殊位置求特征解.(2)瞬时值书写的两关键①确定正弦交变电流的峰值,依据已知图象或由公式E m =nBSω,求出相应峰值. ②明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式.a .线圈从中性面位置开头转动,则i -t 图象为正弦函数图象,函数式为i =I m sin ωt ,图象如图甲所示.b .线圈从垂直中性面位置开头转动,则i -t 图象为余弦函数图象,函数式为i =I m cos ωt .图象如图乙所示.考点二 交变电流有效值的计算 1.公式法 利用E =Em 2、U =Um2、I =Im2计算,只适用于正(余)弦式交变电流. 2.利用有效值的定义计算(非正弦式电流)计算时“相同时间”至少取一个周期或为周期的整数倍. 3.利用能量关系当有电能和其他形式的能转化时,可利用能的转化和守恒定律来求有效值.1.通过一阻值R =100 Ω的电阻的交变电流如图所示,其周期为1 s .电阻两端电压的有效值为( )A .12 VB .410 VC .15 VD .8 5 V解析:选B.由题意结合有效值的定义可得I 2RT =2⎝ ⎛⎭⎪⎫I21R 25T +I22R 110T ,将I 1=0.1 A ,I 2=0.2 A 代入可得流过电阻的电流的有效值I =1025A ,故电阻两端电压的有效值为IR =410 V ,选项B 正确. 2.如图所示为一交变电流随时间变化的图象,则此交变电流的有效值为( )A. 2 A B .2 2 A C. 5 AD .3 A解析:选C.由图象可知此交变电流的周期是2 s .设交变电流的有效值为I ,周期为T ,则I 2RT =⎝⎛⎭⎪⎫222R ·T 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫422R ·T2,解得I = 5 A ,故选C. 3.如图所示为一交变电流的电压随时间变化的图象,正半轴是正弦曲线的一个部分,则此交变电流的电压的有效值是( )A.34 V B .5 V C.522V D .3 V解析:选C.设其有效值为U ,依据交变电流的有效值定义和题图中电流特点可得,在一个周期内有U21Rt 1+U22R t 2=U2Rt ,即⎝⎛⎭⎪⎫3 2 V 22×1R ×0.01 s+(4 V)2×1R ×0.01 s=U 2×1R ×0.02 s,解得U =522 V ,故C 正确.4.如图所示为一个经双可控硅调整后加在电灯上的电压,正弦沟通电的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去,则现在电灯上电压的有效值为( )A .U m B.Um 2C.Um 3D.Um 2解析:选D.由题给图象可知,沟通电压的变化规律具有周期性,用电流热效应的等效法求解.设电灯的阻值为R ,正弦式沟通电压的有效值与峰值的关系是U =Um 2,由于一个周期内半个周期有沟通电压,一周期内沟通电产生的热量为Q =⎝ ⎛⎭⎪⎫Um 22R·T 2=U2m 2R ·T 2,设沟通电压的有效值为U ,由电流热效应得Q =U2m 2R ·T 2=U2R ·T ,所以该沟通电压的有效值U =Um2,D 正确.有效值求解的三点留意(1)计算有效值时要留意依据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解.(2)利用两类公式Q =I 2Rt 和Q =U2Rt 可分别求得电流有效值和电压有效值.(3)若图象部分是正弦(或余弦)沟通电,其中的从零(或最大值)开头的14周期整数倍的部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I m =2I 、U m =2U 求解.考点三 正弦交变电流的“四值”物理含义重要关系 适用状况瞬时值交变电流某一时刻的值e =E m sin ωt i =I m sin ωt 计算线圈某时刻的受力 最大值 最大的瞬时值E m =nBSωI m =Em R +r确定用电器的耐压值,如电容器、晶体管等的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正(余)弦式沟通电:E =Em 2U =Um 2I =Im 2①计算与电流热效应相关的量,如功、功率、热量等;②沟通电表的测量值;③电气设备所标注的额定电压、额定电流;④保险丝的熔断电流平均值交变电流图象中图线与时间轴围成面积与时间的比值E =n ΔΦΔtI =E R +r计算通过电路某一截面的电荷量:q =I ·t1.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e 0,不计线圈电阻,则发电机输出电压( )A .峰值是e 0B .峰值是2e 0C .有效值是22Ne 0 D .有效值是2Ne 0解析:选D.因每匝矩形线圈ab 边和cd 边产生的电动势的最大值都是e 0,每匝中ab 和cd 串联,故每匝线圈产生的电动势的最大值为2e 0.N 匝线圈串联,整个线圈中感应电动势的最大值为2Ne 0,因线圈中产生的是正弦沟通电,则发电机输出电压的有效值E =2Ne 0,故选项D 正确.2.(多选)如图所示,面积为S 的矩形线圈共N 匝,线圈总电阻为R ,在磁感应强度为B 、方向垂直纸面对里的匀强磁场中以竖直线OO ′为轴,以角速度ω匀速旋转,图示位置C 与纸面共面,位置A 与位置C 成45°角.线圈从位置A 转过90°到达位置B 的过程中,下列说法正确的是( )A .平均电动势为22πNBSωB .通过线圈某一截面的电荷量q =22NBSRC .在此转动过程中,外界对线圈做的总功为N2B2S2πω4RD .在此转动过程中,电流方向会发生转变解析:选AC.线圈从位置A 转过90°到达位置B 的过程中,ΔΦ=2BS cos 45°=2BS ,Δt =π2ω,依据E =N ΔΦΔt ,得E =22πNBSω,故A 正确.依据E =N ΔΦΔt ,q =E R Δt =N ΔΦR =2BSNR ,故B 错误.产生电动势的峰值E m =NBSω,则有效值E =Em2=NBS ω2,则W =Q =E2R Δt =N2B2S2πω4R ,故C 正确.线圈每经过中性面一次,电流方向转变,线圈从位置A 转过90°到达位置B 的过程中,电流方向不变,故D 错误.3.将阻值为100 Ω的电阻丝绕成一个110匝的闭合矩形线圈,让其在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生的感应电动势如图乙所示.则可以推断( )A .t =0时刻线圈应转到图甲所示的位置B .该线圈的转速为100π r/sC .穿过线圈的磁通量的最大值为150π WbD .线圈转一周所产生的电热为9.68 J解析:选D.t =0时刻产生的电动势为零,所以线圈应处于中性面即线圈与磁场垂直的位置,故A 错误;据图乙可知,T =0.02 s ,据T =2πω可得ω=100π rad/s,所以转速为50 r/s ,故B 错误;据E m =nBSω可知,BS =311110×100π Wb =9×10-3Wb ,故C 错误;据峰值可知,E =0.707E m =220 V ,据焦耳定律可知,线圈转一周产生的热量Q =E2R·T =9.68 J ,故D 正确. 4. 如图所示,N =50匝的矩形线圈abcd ,ab 边长l 1=20 cm ,ad 边长l 2=25 cm ,放在磁感应强度B =0.4 T 的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO ′轴以n =3 000 r/min 的转速匀速转动,线圈电阻r =1 Ω,外电路电阻R =9 Ω,t =0时线圈平面与磁感线平行,ab 边正转出纸外、cd 边转入纸里.求:(1)t =0时感应电流的方向; (2)感应电动势的瞬时值表达式; (3)线圈转一圈外力做的功;(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R 的电荷量. 解析:(1)依据右手定则,线圈感应电流方向为adcba . (2)线圈的角速度ω=2πn =100π rad/s图示位置的感应电动势最大,其大小为E m =NBl 1l 2ω代入数据得E m =314 V 感应电动势的瞬时值表达式e =E m cos ωt =314cos(100πt ) V.(3)电动势的有效值E =Em 2线圈匀速转动的周期T =2πω=0.02 s 线圈匀速转动一圈,外力做功大小等于电功的大小,即W =I 2(R +r )T =E2R +r·T 代入数据得W =98.6 J.(4)从t =0起转过90°过程中,Δt 内流过R 的电荷量:q =N ΔΦR +r Δt Δt =NB ΔS R +r =NBl1l2R +r代入数据得q =0.1 C.答案:(1)感应电流方向沿adcba (2)e =314cos (100πt ) V (3)98.6 J (4)0.1 C交变电流“四值”应用的几点提示(1)在解答有关交变电流的问题时,要留意电路结构.(2)留意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值,最大值是瞬时值中的最大值,有效值是以电流的热效应来等效定义的.(3)与电磁感应问题一样,求解与电能、电热相关的问题时,肯定要用有效值;而求解通过导体某横截面的电荷量时,肯定要用平均值.课时规范训练 [基础巩固题组]1.(多选)关于中性面,下列说法正确的是( )A .线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零B .线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大C .线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就转变一次D .线圈每转动一周经过中性面一次,所以线圈每转动一周,感应电流的方向就转变一次解析:选AC.中性面是线圈平面与磁感线垂直的位置,线圈经过该位置时,穿过线圈的磁通量最大,各边都不切割磁感线,不产生感应电动势,所以磁通量的变化率为零,A 项正确,B 项错误;线圈每经过一次中性面,感应电流的方向转变一次,但线圈每转一周时要经过中性面两次,所以每转一周,感应电流方向就转变两次,C 项正确,D 项错误.2.某小型旋转电枢式发电机所产生的沟通电电动势为110 V 、频率为60 Hz ,要使它产生的电动势变为220 V 、频率变为50 Hz ,需要调整线圈的转速n 、匝数N 或磁感应强度的大小B .下列调整合适的是( )A .使n 变为原来的1.2倍,B 变为原来的2倍,N 变为原来的1.2倍 B .使n 变为原来的56,B 变为原来的56,N 变为原来的2倍C .使n 变为原来的56,N 变为原来的2倍,B 不变D .使n 变为原来的56,N 变为原来的2.4倍,B 不变解析:选D.由于发电机产生的沟通电电动势110 V 指的是有效值,故其最大值为E m1=110 2 V ,调整后为E m2=220 2 V ,即Em1Em2=12,依据E m =NBSω和ω=2πn ,可知,选项A 中,E m2=1.2N ×2B ×S ×1.2×2πn =2.88E m1,故选项A 错误;B 、C 、D 三个选项中的调整使频率均变为原来的56,即50 Hz ,只有D 项中的调整可使最大感应电动势增大到原来的2倍,故选项B 、C 错误,D 正确.3.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示,则下列说法正确的是( )A .t =0时刻,线圈平面与中性面垂直B .t =0.01 s 时刻,Φ的变化率最大C .t =0.02 s 时刻,沟通电动势达到最大D .该线圈产生的沟通电动势的图象如图乙所示解析:选B.由Φ-t 图知,t =0时,Φ最大,即线圈处于中性面位置,此时e =0,故A 、D 两项错误;由图知T =0.04 s ,在t =0.01 s 时,Φ=0,ΔΦΔt 最大,e 最大,则B 项正确;在t =0.02 s 时,Φ最大,ΔΦΔt=0,e =0,则C 项错误. 4.(多选)如图,M 为半圆形导线框,圆心为O M ;N 是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为O N ;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线O M O N 的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面.现使线框M 、N 在t =0时从图示位置开头,分别绕垂直于纸面、且过O M 和O N 的轴,以相同的周期T 逆时针匀速转动,则( )A .两导线框中均会产生正弦沟通电B .两导线框中感应电流的周期都等于TC .在t =T8时,两导线框中产生的感应电动势相等D .两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等解析:选BC.两导线框匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变,选项A 错误;导线框的转动周期为T ,则感应电流的周期也为T ,选项B 正确;在t =T8时,切割磁感线的有效长度相同,两导线框中产生的感应电动势相等,选项C 正确;M 导线框中始终有感应电流,N 导线框中只有一半时间内有感应电流,所以两导线框的电阻相等时,感应电流的有效值不相等,选项D 错误.5.(多选)图甲是小型沟通发电机的示意图,两磁极N 、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,○A 为沟通电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO ′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开头计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示.以下推断正确的是( )A .电流表的示数为10 AB .线圈转动的角速度为50π rad/sC .0.01 s 时线圈平面与磁场方向平行D .0.02 s 时电阻R 中电流的方向自右向左 解析:选AC.由题图乙知I m =10 2 A ,I =Im2=10 A ,A 正确.T =2×10-2s ,ω=2πT =100π rad/s,B 错误.t =0.01 s 时,i =I m ,此时线圈平面与磁场方向平行,C 正确.由右手定则判定0.02 s 时电阻R 中电流方向自左向右,D 错误.6.A 、B 是两个完全相同的电热器,A 通以图甲所示的方波交变电流,B 通以图乙所示的正弦交变电流,则两电热器的电功率之比P A ∶P B 等于( )A .5∶4B .3∶2 C.2∶1D .2∶1解析:选A.对甲有P A =I20R ·T 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫I022R ·T 2T =58I 20R ,对乙有P B =⎝ ⎛⎭⎪⎫I022R =12I 20R ,则P A ∶P B =5∶4,A 正确,B 、C 、D 错误.7.如图所示为一正弦沟通发电机和沟通电路模型.图中电流表的示数为1 A ,电阻R 的阻值为2 Ω,线圈转动角速度ω=100π rad/s.则从图示位置开头计时,电阻R 两端交变电压的瞬时值表达式为( )A .u =2sin100πt (V)B .u =2cos100πt (V)C .u =22sin100πt (V)D .u =22cos100πt (V)解析:选D.图示位置为线圈平面与中性面垂直的位置,因此线圈产生的电流的瞬时值表达式为i =I m cos ωt =2cos100πt (A),则电阻R 两端的瞬时电压为u =iR =22cos100πt (V),D 项正确.8.(多选)100匝的线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势为e =1002sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫100πt +π3V ,下列说法正确的是( )A .交变电动势有效值为100 VB .交变电动势有效值为100 2 VC .穿过线圈的最大磁通量为2πWb D .穿过线圈的最大磁通量为2100πWb解析:选AD.由沟通电的表达式可知,该交变电压的最大电动势为100 2 V ,故电动势的有效值为100 V ,选项A 正确;角速度ω=100π,而E m =nBSω=nΦm ω,所以Φm =Em n ω=2100πWb ,选项D 正确.[综合应用题组]9.如图所示,正方形单匝线框abcd 的边长为L ,每边电阻均为r ,线框在磁感应强度为B 的匀强磁场中以角速度ω绕cd 轴从图示位置开头匀速转动,转轴与磁感线垂直.一抱负电压表用电刷接在线框的c 、d 两点上,下列说法中正确的是( )A .电压表读数为22BωL 2 B .电压表读数为28BωL 2 C .从图示位置开头计时,流过线框电流的瞬时值表达式为i =B ωL24r sin ωtD .线框从图示位置转过π2的过程中,流过cd 边的电荷量为q =BL2r解析:选B.线框在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势的最大值为E m =BL 2ω,对应有效值为E =22E m =22BL 2ω,电压表读数为E 4=28BL 2ω,B 正确,A 错误;图示位置线框磁通量为零,产生的感应电动势为最大值,则感应电流瞬时表达式为i =B ωL24r cos ωt ,C 错误;线框从题图所示位置处转过π2的过程中,流过cd 的电荷量为q =ΔΦR =BL24r,D 错误.10.图甲是一台小型发电机的构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势e 随时间t 变化的正弦规律图象如图乙所示.发电机线圈的内阻不计,外接灯泡的电阻为12 Ω.则( )A .在t =0.01 s 时刻,穿过线圈的磁通量为零B .电压表的示数为6 2 VC .灯泡消耗的电功率为3 WD .若其他条件不变,仅将线圈的转速提高一倍,则线圈电动势的表达式e =12 2sin 100πt (V) 解析:选C.在t =0.01 s 的时刻,电动势为0,则线圈位于中性面,穿过线圈的磁通量最大,选项A 错误;电动势的最大值为E m =6 2 V ,电压表测量的为有效值,故示数为6 22 V =6 V ,选项B 错误;灯泡消耗的电功率P =E2R =6212W =3 W ,选项C 正确;周期为0.02 s ,则瞬时电动势的表达式为e =E m sin⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT t =6 2sin 100πt (V),转速提高一倍后,最大值变成12 2 V ,ω=2πn ,故角速度变为原来的2倍,表达式应为e =12 2sin 200πt (V),选项D 错误.11.如图是某学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电试验”的示意图.他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动,铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏沟通电流计相连.摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场(可视为匀强磁场)垂直.摇动时,铜芯线所围成半圆周的面积S =2 m 2,转动角速度ω=10 2 rad/s ,用电流计测得电路中电流I =40 μA,电路总电阻R =10 Ω,g 取10 m/s 2,π2=2.25.(1)求该处地磁场的磁感应强度B ;(2)从铜芯线所在平面与该处地磁场平行开头计时,求其转过四分之一周的过程中,通过电流计的电荷量q ;(3)求铜芯线转动一周的过程中,电路产生的焦耳热Q . 解析:(1)铜芯线中产生的是正弦沟通电,则I m =2I , E m =I m R , E m =BSω,解得B =2×10-5T.(2)从铜芯线与地面平行开头至铜芯线转动四分之一周的过程中,E =ΔΦ/t , E =IR , q =It ,解得q =4×10-6C.(3)铜芯线转动一周,电路中产生的焦耳热Q =I 2RT , 解得Q =7.2×10-9J.答案:(1)2×10-5T (2)4×10-6C (3)7.2×10-9J12.如图所示,交变电流发电机的矩形框ab =dc =0.40 m ,bc =ad =0.20 m ,共有50匝线圈,其电阻r =1.0 Ω,在磁感应强度B =0.20 T 的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的对称轴OO ′以100π r/s 的转速匀速转动,向R =9.0 Ω的电阻供电,求:(1)发电机产生的电动势的最大值; (2)交变电流电压表和电流表的示数; (3)此发电机的功率.解析:(1)线圈面积S =ab ·ad =0.4×0.2 m 2=0.08 m 2线圈旋转角速度ω=2πn =100×2ππrad/s =200 rad/s E m =NB ωS =50×0.2×200×0.08 V=160 V(2)电压表示数(即路端电压示数)U =E R +r ·R =162×9.0 V=72 2 V 电流表示数I =Im2=162A =8 2 A (3)发电机的功率P =UI =E2R +r =⎝ ⎛⎭⎪⎫160229.0+1.0W =1 280 W 答案:(1)160 V(2)U =72 2 V I =8 2 A (3)P =1 280 W第2节 变压器 远距离输电一、变压器原理1.构造和原理(如图所示)(1)主要构造:由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成. (2)工作原理:电磁感应的互感现象. 2.理解变压器的基本关系式 (1)功率关系:P 入=P 出.(2)电压关系:U1U2=n1n2,若n 1>n 2,为降压变压器,若n 1<n 2,为升压变压器.(3)电流关系:只有一个副线圈时,I1I2=n2n1;有多个副线圈时,U 1I 1=U 2I 2+U 3I 3+…+U n I n .二、远距离输电 1.电路损失(1)功率损失:设输电电流为I ,输电线的电阻为R ,则功率损失为ΔP =I 2R . (2)电压损失:ΔU =IR .减小功率损失和电压损失,都要求提高输电电压,减小输电电流. 2.降低损耗的两个途径(1)一个途径是减小输电线的电阻.由电阻定律R =ρlS 可知,在输电距离肯定的状况下,为减小电阻,应当用电阻率小的金属材料制造输电线.此外,还要尽可能增加导线的横截面积.(2)另一个途径是减小输电导线中的电流,由P =IU 可知,当输送功率肯定时,提高电压可以减小输电电流.[自我诊断] 1.推断正误(1)变压器不但可以转变沟通电压,也可以转变直流电压.(×) (2)变压器只能使交变电流的电压减小.(×) (3)高压输电的目的是增大输电的电流.(×)(4)在输送电压肯定时,输送的电功率越大,输送过程中损失的功率越小.(×)。
【5份】新课标2018年高考物理总复习教案第十一章交变电流传感器目录第63课时交变电流的产生与描述(双基落实课) (1)第64课时变压器(重点突破课) .................................................................................... 11 第65课时电能的输送(重点突破课) ................................................................................ 25 第66课时传感器的简单使用(实验提能课) (34)阶段综合评估 (47)考纲要求考情分析交变电流、交变电流的图像Ⅰ 1.命题规律近几年高考对本章内容常以选择题的形式考查:交变电流的有效值、瞬时值,变压器的原理及应用,远距离输电等知识。
其中与变压器有关的题目出现频率较高。
2.考查热点预计2018年高考对交变电流的考查仍会集中于变压器的原理及应用,还可能综合图像考查有效值、瞬时值或远距离输电等知识。
正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ理想变压器Ⅱ远距离输电Ⅰ实验十二:传感器的简单使用第63课时交变电流的产生与描述(双基落实课)[命题者说]本课时内容是交变电流的基础知识,包括交变电流的产生与变化规律、交变电流的有效值、交变电流的“四值”的应用等,其中交变电流的有效值、图像等是高考的热点,虽然很少单独考查,但在相关类型的题目中经常涉及。
一、交变电流的产生与变化规律1.正弦式交变电流的产生和图像(1)产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)图像:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图像为正弦曲线。
如图甲、乙所示。
2.周期和频率(1)周期(T):交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s),公式T=2πω。
(2)频率(f):交变电流在 1 s内完成周期性变化的次数。
基础课1交变电流的产生和描述知识点一、交变电流、交变电流的图象1.交变电流(1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
(2)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流。
2.正弦式交变电流的产生和图象(1)产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)图象:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图象为正弦曲线。
如图甲、乙、丙所示。
知识点二、正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值1.周期和频率(1)周期(T):交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s),公式T=2πω。
(2)频率(f):交变电流在1 s内完成周期性变化的次数。
单位是赫兹(Hz)。
(3)周期和频率的关系:T=1f或f=1T。
2.正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律:e=E m sin__ωt。
(2)负载两端的电压u随时间变化的规律:u=U m sin__ωt。
(3)电流i随时间变化的规律:i=I m sin__ωt。
其中ω等于线圈转动的角速度,E m=nBSω。
3.交变电流的瞬时值、峰值、有效值(1)瞬时值:交变电流某一时刻的值,是时间的函数。
(2)峰值:交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值,也叫最大值。
(3)有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值。
对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系为:E=E m2,U=U m2,I=I m2。
[思考判断](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)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。
()(3)交变电流的峰值总是有效值的2倍。
()(4)线圈在磁场中每转动一周,感应电动势和感应电流的方向都改变一次。
() 答案(1)×(2)×(3)×(4)×正弦交变电流的产生及变化规律1.交流电产生过程中的两个特殊位置图示概念中性面位置与中性面垂直的位置特点B⊥S B∥SΦ=BS,最大Φ=0,最小e=nΔΦΔt=0,最小e=nΔΦΔt=nBSω,最大感应电流为零,方向改变感应电流最大,方向不变2.正弦式交变电流的变化规律磁通量:Φ=Φm cos ωt;电动势:e=E m sin ωt;电流:i=I m sin ωt。
1.[交变电流的产生]如图1所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到与磁场方向平行时()图1A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d→aD.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力解析线圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流,产生的电流、电动势及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关,故A对,B、D错;图示时刻产生电流的方向为a→d→c→b→a,故C错。
答案 A2.[交变电流的图象](多选)如图2甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表。
线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。
以下判断正确的是()图2A.电流表的示数为10 AB .线圈转动的角速度为50π rad/sC .0.01 s 时线圈平面与磁场方向平行D .0.02 s 时电阻R 中电流的方向自右向左解析 电流表的示数为交变电流的有效值10 A ,A 项正确;由ω=2πT 可得,线圈转动的角速度为ω=100π rad/s ,B 项错;0.01 s 时,电路中电流最大,故该时刻通过线圈的磁通量最小,即该时刻线圈平面与磁场平行,C 项正确;根据楞次定律可得,0.02 s 时电阻R 中电流的方向自左向右,D 项错。
答案 AC3.[交变电流的瞬时表达式]边长为a 的N 匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动,转速为n ,线圈所围面积内的磁通量Φ随时间t 变化的规律如图3所示,图象中Φ0为已知。
则下列说法正确的是( )图3A .t 1时刻线圈中感应电动势最大B .t 2时刻线圈中感应电流为零C .匀强磁场的磁感应强度大小为Φ0Na 2D .线圈中瞬时感应电动势的表达式为e =2N πΦ0n cos 2πnt解析 t 1时刻线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为0,根据法拉第电磁感应定律可知此时线圈中感应电动势为0,A 项错误;t 2时刻线圈的磁通量为零,但磁通量的变化率最大,根据法拉第电磁感应定律可知此时线圈中感应电流为最大值,B 项错误;磁通量与线圈匝数无关,根据磁通量的定义可得Φ0=Ba 2,B =Φ0a 2,C 项错误;线圈中瞬时感应电动势的表达式为e =NBSωcos ωt =2N πΦ0n cos 2πnt ,D 项正确。
答案 D 规律方法交变电流图象的“五个”确定(1)确定交变电流的最大值(峰值);(2)确定不同时刻交变电流的瞬时值;(3)确定周期T(频率f=1 T);(4)确定中性面对应的时刻;(5)确定交变电流方向改变时对应的时刻。
有效值的理解与计算1.公式法利用E=E m2、U=U m2、I=I m2计算,只适用于正(余)弦式交变电流。
2.利用有效值的定义计算(非正弦式电流)计算时“相同时间”至少取一个周期或为周期的整数倍。
3.利用能量关系当有电能和其他形式的能转化时,可利用能的转化和守恒定律来求有效值。
1.[公式法求有效值](多选)电阻R1、R2与交流电源按照图4甲所示方式连接,R1=10 Ω,R2=20 Ω。
合上开关S后,通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t 变化的情况如图乙所示。
则()图4A.通过R1的电流有效值是1.2 AB.R1两端的电压有效值是6 VC.通过R2的电流有效值是1.2 2 AD.R2两端的电压最大值是12 2 V解析首先从交流电图象中找出交变电流的最大值即通过R2的电流最大值为0.6 2 A,由正弦式交变电流最大值与有效值的关系I m=2I可知其有效值为0.6 A,由于R1与R2串联,所以通过R1的电流有效值也是0.6 A,选项A、C错;R 1两端电压有效值为U 1=IR 1=6 V ,选项B 对;R 2两端电压最大值为U 2m =I m R 2=0.62×20 V =12 2 V ,选项D 对。
答案 BD2.[利用有效值的定义计算]如图5所示,表示一交流电的电流随时间而变化的图象,此交流电的有效值是( )图5A .5 2 AB .3.5 2 AC .3.5 AD .5 A解析 设交流电的有效值为I ,令该交变电流通过一阻值为R 的纯电阻,在一个周期内有:I 2RT =I 21R T 2+I 22R T2。
所以该交流电的有效值为I =I 21+I 222=5 A 。
答案 D3.[有效值的计算和法拉第电磁感应定律的综合]一个边长为6 cm 的正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,电阻为0.36 Ω。
磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图6所示,则线框中感应电流的有效值为( )图6A.2×10-5AB.6×10-5AC.22×10-5 A D.322×10-5 A解析 由法拉第电磁感应定律和欧姆定律得 E =ΔΦΔt =S ·ΔB Δt ,I =E R =S R ·ΔB Δt 结合题图可得在0~3 s 内,I 1=(6×10-2)20.36×6×10-3-03A =2×10-5A在3~5 s 内,I 2=(6×10-2)20.36×0-6×10-32A =-3×10-5A故可作出I随时间变化的图象,如图所示。
由交变电流有效值的定义可得I21Rt1+I22Rt2=I2Rt代入数据可解得I =6×10-5 A,故选项B正确。
答案 B交变电流“四值”的应用交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较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从中性面开始计时e=E m sin ωti=I m sin ωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值E m=nBSωI m=E mR+r讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值E=E m2U=U m2I=I m2(只适用于正弦式交变电流)(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”上所标的一般是指有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)交流电压表和电流表的读数为有效值平均值某段时间内感应电动势或电流的平均值E-=BL v-计算通过电路截面的电荷量E -=n ΔΦΔtI -=E -R +r1.[对交变电流“四值”的理解]如图7甲所示,标有“220 V 40 W ”的灯泡和标有“20 μF 300 V ”的电容器并联到交流电源上,为交流电压表,交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关。
下列判断正确的是( )图7A .t =T2时刻,的示数为零 B .灯泡恰好正常发光 C .电容器不可能被击穿 D.的示数保持110 2 V 不变 解析的示数应是电压的有效值220 V ,故A 、D 错误;电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压,灯泡正常发光,B 正确;电压的峰值U m =220 2 V ≈311 V ,大于电容器的额定电压,故有可能被击穿,C 错误。
答案 B2.[交变电流“四值”的计算](多选)边长为L 的正方形线框在匀强磁场B 中以角速度ω匀速转动,产生的感应电流的最大值为I m ,设灯泡的电阻为R ,其他电阻不计。
从如图8所示位置开始计时,则( )图8A .电路中电流的最大值I m =BL 2ωRB.电路中电流的瞬时表达式为i=I m sin ωtC.电流表的读数为I m 2D.灯泡的电功率为I2m 2R解析感应电动势的最大值E m=BL2ω,则电流的最大值I m=E mR=BL2ωR,选项A正确;由线圈电流为最大值时开始计时,故电路中电流的瞬时表达式应为i=I m cosωt,选项B错误;电流表的读数为有效值,为I=22I m,选项C错误;灯泡的电功率P=I2R=12I2mR,选项D正确。
答案AD3.[由图象求交变电流的“四值”]一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图9所示,由图可知()图9A.该交变电流的电压的瞬时值表达式为u=100sin (25t) VB.该交变电流的频率为4 HzC.该交变电流的电压的有效值为100 VD.若将该交变电压加在阻值为R=100 Ω的电阻两端,则电阻消耗的功率是50 W解析由题图可知,该交变电压的周期T=4×10-2s,则频率f=1T=25 Hz,电压的最大值U m=100 V,则有效值U=U m2=50 2 V,瞬时值表达式u=U m sin2πTt=100sin 50πt(V),选项A、B、C错误;将该交变电压加在R=100 Ω的电阻两端时,电阻消耗的功率P=U2R=50 W,选项D正确。