2013年高中物理得分宝典系列 16专题三 第5章 交变电流

2013年高中物理得分宝典系列 16专题三 第5章 交变电流内容摘要：

1、概述“交变电流”内容包括交流电、正弦交流电的图象、最大值、有效值、周期与频率等基本概念，以及交流发电机及其产生正弦交流电的原理，变压器的原理，电能的输送方法等。 本章涉及到的基本方法有利用空间想象的各种方法；理解正弦交流电的产生原因的物理过程，运用图象法理解并运用它来解决交流电的判断、计算问题。 从能量转化的观点出发来理解交流电的有效值问题。 新课标考纲对“交变电流”的考查都是级要求，对这部分知识的考查一般出现在选择题中，主要考查正弦式交变电流的产生及图像和数学表达式、最大值与有效值、变压器及电能的输送等问题。 预测高考对本部分知识的考查以单独命题占多数，也可以与电磁感应相结合，基本题型是以选择题出现 2、。 难度一般不大。 知识梳理知识点一 交变电流 描述交变电流的物理量电感和电容对交变电流的影响考纲解读考纲内容 要求 名师解读交变电流、交变电流的图象、解交变电流产生的过程；知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系；知道交变电流的周期和频率，以及、峰值和有效值它们之间的关系；知道我国供电线路交变电流的周期和频率；理解电感和电容对交变电流的阻碍作用；知道感抗和容抗的物理意义及影响因素。 变电流的图象。 3. 本节命题的重难点：交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系。 基础巩固1大小和方向都随时间做 性的变化，这种电流叫做交变电流。 当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 转动时，线圈 3、中产生的交变电流是随时间按正弦规律变化的。 即正弦交流。 2交变电流的最大值是指交变电流在一个周期内所能达到的 值，它可以用来表示交变电流的强弱或电压的高低。 交变电流的有效值是根据电流的 效应来定义的，让交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果在相同的时间内产生的 相等，我们就把这一恒定电流的数值叫做这一交变电流的有效值。 3交变电流的瞬时值是指交变电流在某一 所具有的数值。 交变电流的平均值是指在某一段时间内产生的交变电流对时间的 值。 在利用公式 q算 t 时间内通过导体横截面的电量时，公式中的 I 必须代入 值进行计算。 4由于交变电流大小和方向都在发生周期性变化，因而在通过电感线圈时，线圈上会产 4、生 电动势，自感电动势总是 交流电的变化。 自感系数很大的线圈有通直流、阻交流的作用，自感系数较小的线圈有 低频、 高频的作用。 5在电容器两端加上交变电压时，通过电容器的 电，即可实现电流“通过”电容器。 用容抗(X C)来表示电容器 电流作用的大小，容抗的大小与交变电流的 和电容器的电容有关。 自我校对1周期；匀速 2最大；热；热量 3时刻；平均；平均 4自感；阻碍；通；阻 5充放；阻碍；频率23拓展实验矩形线圈在磁场中绕 t 1 时刻转到如图所示位置。 从图示位置开始，线圈转过 900 的时刻为 转过 900 的时刻为 刻线圈又转过了 900。 则在这四个时刻中，线圈中感应电流方向相反的是 个时刻。 5、因为在图示位置，线圈的 向外切割磁感线，向内切割磁感线，此时刻线圈中有感应电流产生。 转过 900 在 刻，向右运动，向左运动都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，且恰在此时，感应电流方向发生改变，同理可讨论，t 3 时刻，线圈中有感应电流，且 ab、条边切割磁感线方向恰好与 刻相反，因此线圈中感应电流方向恰与 刻相反。 同样可知，在 刻，线圈中没有感应电流。 重点突破一、直击考点考点一 交流电的产生过程试题的考查形式灵活，选择题、填空题、计算题都经常出现。 正弦交流电的产生过程，实际上是线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动而产生电磁感应现象的过程，其处理方法就是处理电磁感应问题的有关方法。 【例 1】 6、一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电流 i 随时间 t 变化的图线如图所示，则( )A. 时刻通过线圈的磁通量为零 B. 时刻通过线圈的磁通量绝对值最大C. 时刻通过线圈的磁通量变化率绝对值最大D. 每当 i 变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都最大考点二 交变电流的有效值本部分的知识以单独命题占多数，也可以与电磁感应相结合，基本题型是以选择题或计算题出现。 如以选择题出现难度一般不大，若以实验题和计算题出现，则属于较难的题。 交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的，让交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果在相同的时间内产生的热量相等，我们就把这一恒定电流 7、的数值叫做这一交变电流的有效值。 【例 2】如图表示一交变电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是（ ）A. A B. 5A C. D. 【解析】交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。 可选择一个周期（间），根据焦耳定律，有： 解之可得： ，即应选 B 项。 【答案】【点评】正确的思路应为：严格按照有效值的定义，交变电流的有效值的大小等于在热效应方面与之等效（在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相等）的直流的电流值。 考点三 交变电流的变化规律常与电场和磁场知识综合，该类题目一般过程复杂、难度大、能力要求高。 交变电流的变化规律要从函数表达式与图象两方面结合起来理解，取线圈在中性面位置时为计时起 8、点，线圈中产生的电动势、闭合时线圈两端点间的电压以及电路中电流变化规律为： ， ，。 【例 3】小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图 6 所示。 此线圈与一个R=10 的电阻构成闭合电路。 不计电路的其他电阻，下列说法正确的是 （ ）A交变电流的周期为 B交变电流的频率为 8变电流的有效值为 A D交变电流的最大2值为 4交变电流的应用本考点内容的命题形式倾向于应用型、综合型和能力型，易与生产、生活、军事科技、工农业生产等紧密联系，还可以以力、电综合题形式出现主要题型为选择题、解答题，其中解答题多为中等或较难题。 在交变电流电路中，电流表、电 9、压表、功率表等仪表测量的示数均为有效值。 在没有特别指明的情况下，所给出的交变电流的数值都是指有效值。 【例 4】如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置 P 使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示。 此时接在电热丝两端的交流电压表的读数0e/t/（ ） 电容对交流电的作用本专题常一选择题形式考查，但也有综合性计算题。 电容器对交变电流有阻碍作用:在电容器两端加上交变电压时，通过电容器的充放电，即可实现电流“通过”电容器。 这样，电容器对交变电流的阻碍作用就不是无限大了，而是有一定的大小，用容抗(X C)来表示电容器阻碍电流作用的大小，容抗的大小与交变电流的频率和电容器的电容有 10、关，由于电容大的电容器对频率高的交流电流有很好的通过作用，因而可以做成高频旁路电容器，通高频、阻低频；利用电容器对直流的阻止作用，可以做成隔直电容器，通交流、阻直流。 【例 5】如图所示，线圈的自感系数 L 和电容器的电容 C 都很小，此电路的重要作用是（ ）A 阻直流通交流，输出交流B 阻交流通直流，输出直流C 阻低频通高频，输出高频电流D 阻高频通低频，输出低频和直流【解析】线圈具有通直流和阻交流以及通低频和阻高频的作用，将线圈串联在电路中，如果自感系数很小，那么它的主要功能就是通直流通低频阻高频。 ，将电容器并联在 L 之后的电路中。 将电流中的高频成分通过 C，而直流或低频成份被阻止或阻碍， 11、这样输出端就只有直流或低频电流了。 【答案】D【点评】电容器对交变电流有阻碍作用: 通交流、隔直流；通高频、阻低频。 考点六 电感对交流电的作用试题的考查形式灵活，选择题、填空题、计算题都经常出现。 电感对交变电流有阻碍作用:由于交变电流大小和方向都在发生周期性变化，因而在通过电感线圈时，线圈上会产生自感电动势，自感电动势总是阻碍交流电的变化。 又因为自感电动势的大小与自感系数(L)和电流的变化率有关，所以自感系数的大小和交变电流频率的高低决定了感抗的大小。 自感系数很大的线圈有通直流、阻交流的作用，自感系数较小的线圈有通低频、阻高频的作用。 二、走出误区误区一 不理解交变电流的图象【例 1】一台小型发 12、电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示。 已知发电机线圈内阻为 则外接一只电阻为 灯泡，如图乙所示，则 （ ） 0 84w 不理解交变电流的有关值【例 2】如图所示，矩形线圈 磁感强度 B=2T 的匀强磁场中绕轴 角速度=10s 匀速转动，线圈共 10 匝， . 3m，0. 6m，负载电阻 R= 45。 求（l）电阻 R 在 所发出的热量；（ 2）流过的电量（设线圈从垂直中性面开始转动）：（l）求电流的有效值，用有效值来计算热量。 电动势的最大值为 m=2020=）电流的有效值所以 R 上发出的热量 Q=）（2）根据有效值求通过 R 上的电量，由题意 通过 R 的电流方向不变q6）错解二：（l）求平均电流，用平均电流计算热量。 巩固复习1一矩形线框在匀强磁场内绕垂直于磁场的轴匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图象如图 1 所示，下列说法中正确的是（ ）At=0 时刻线圈平面与磁场平行t/1 2 3 40交流电压的频率为 1s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快D2s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大1示：由 ut 图象可知， t=0 时刻瞬时电压为零，线圈处于中性面，频率f= = s=选项 A 错误、B 正确；由图可知， 1s 末交变电压最大，通过线框的时线圈与磁场。