步步高2015高三物理（新课标）一轮讲义 10.1交变电流的产生和描述

步步高2015高三物理（新课标）一轮讲义 10.1交变电流的产生和描述内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 、交变电流的图象 正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 理想变压器 远距离输电 实验：传感器的简单使用1交变电流的产生及其各物理量的变化规律，应用交流电的图象解决问题2利用有效值的定义，对交变电流的有效值进行计算3理想变压器原、副线圈中电流、电压、功率之间的关系应用，变压器动态变化的分析方法4远距离输电的原理和相关计算5传感器的简单使用，能够解决与科技、 课时交变电流的产生和描述考纲解读 计算交变电流的有效值1交变电流的产生和变化规律如图 1 甲所示，矩形线圈 匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交变电流如图乙所示，设沿 向为电流正方向，则下列说法 2、正确的是()光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 乙图中 间段对应甲图中 A 至 B 图的过程B乙图中 c 时刻对应甲图中的 C 图C若乙图中 d 等于 s，则 1 s 内电流的方向改变 50 次D若乙图中 b 等于 s，则交流电的频率为 50 2描述交变电流的物理量小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图 2 所示此线圈与一个 R10 的电阻构成闭合电路，电路中的其他电阻不计下列说法正确的是()图 2A交变电流的周期为 变电流的频率为 8 交变电流的有效值为 变电流的最大值为 4 解析由题图可直接获取的信息是：交变电流的周期是 s，A 3、错；感应电动势的最大值为 20 V，线圈中产生的交变电流为正弦式交变电流，从而可推出：交变电流的频率 f B 错；交变电流的最大值 A2 A，D 错；交1T 010变电流的有效值 I A A所以正确选项为 2 23瞬时值表达式的书写方法如图 3 所示，图线 a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线 b 所示，以光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ()图 3A在图中 t0 时刻穿过线圈的磁通量均为零B线圈先、后两次转速之比为 32C交流电 a 的瞬时值表达式为 u105t (V)D交流电 b 的最大值为 5 t0 时刻穿过线圈的磁 4、通量最大，磁通量的变化率为零，故电压为零，图得两次周期之比为 23，由转速 n 得转速与周期成反比，故 B 正2 1图得 a 的最大值为 10 V， 5 s，由交流电感应电动势的瞬时值表达式eE t (V)(从线圈在中性面位置开始计时)得，u10t (V)，故 C 正确交流电的最大值 以根据两次转速的比值可得，交流电 b 的最大值为 10 23V V，故 D 错2034交变电流有效值的计算方法如图 4 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()图 4A. V B5 V D3 解析设其有效值为 U，根据交变电流的有效值定义和题图中电流特点 5、可得，在一个周期内有 t，即( )2 s(4 V)2 sU 2 21R 2R 3 2 R 1R 1 ，解得 U V，故 C 正确522一、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如图 5(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示图 52正弦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)中性面定义：与磁场方向垂直的平面特点a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b线圈转动一周，两次经过中性面线圈每经过中性面一次， 6、电流的方向就改变一次(3)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，其图象为正弦函数曲线二、正弦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，公式 T )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(3)周期和频率的关系：T 或 f 弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (1)电动势 e 随时间变化的规律：eE 2)负载两端的电压 u 随时间变化的规律：uU 3)电流 i 随时间变化的规律：i I 等于线圈转动的角 7、速度，E m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：交变电流的电流或电压所能达到的最大值，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交变电流，其有效值和峰值的关系为：E ，U ，I )平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值考点一正弦式交变电流的产生及变化规律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(2)两个特殊位置的特点：线圈平面与中性面重合时，SB， 最大， 0，e 0，i0，电流方向将发生线圈平面与中性面垂直时，SB，0， 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改3 8、)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次(4)交变电动势的最大值 转轴位置无关，与线圈形状无关2正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式 图象光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 teE tu t it 如图 6 甲所示，一矩形线圈 置在匀强磁场中，并绕过 ab、点的轴 角速度 逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角 45时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自 a 流向 b 时，电流方向为正则下列四幅图中正确的是()图 6解析该题考查交变电流的产生过程t0 时刻，根据题图乙表示的转动方向，由右手定 9、则知，此时 电流方向由 a 到 d，线圈中电流方向为 adcba，与规定的电流正方向相反，电流为负值又因为此时 ad、边的切割速度方向与磁场方向成 45夹角，由 E2 ，可得 E2 此时电流是最大值的 倍，22 22 22由题图乙还能观察到，线圈在接下来 45的转动过程中，ad、边的切割速度 v 越来越小，所以感应电动势应减小，感应电流应减小，故瞬时电流的表达式为光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 I t)，则图象为 D 图象所描述，故 D 项正确4答案如图 7 甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴 速转动，线圈的两端经 10、集流环和电刷与电阻 R10 连接，与电阻 R 并联的交流电压表为理想电压表，示数是 10 V图乙是矩形线圈中磁通量 随时间 t 变化的图象则 ()图 7A电阻 R 上的电动率为 20 WBts 时 R 两端的电压瞬时值为零CR 两端的电压 u 随时间 t 变化的规律是 u00t 过 R 的电流 i 随时间 t 变化的规律是 i0t 解析电阻 R 上的电功率为 P 10 W，选项 A 错误；由题图乙知 ts 时磁 两端的电压瞬时值最大，选项 B 错误；R 两端的电压 u 随时间 u00t V，通过 R 的电流 i 随时间 t 的变化规律是iu/R00 t A，选项 C 正确，D 错误考点二交流电 11、有效值的求解1正弦式交流电的有效值：I ，U ，E 正弦式交流电有效值的求解根据电流的热效应进行计算例 2如图 8 所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过 1 时间，两电阻消耗的电功之比 W 甲 W 乙 为()光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 1 B 122C13 D16解析电功的计算中，I 要用有效值计算，图甲中，由有效值的定义得( )122R2102 0( )2R2102 I R6102 ，得 A；图乙中，I 的值大小12 21 33不变，I 21 A，由 WI 2以得到 W 甲 W 乙 1突破训练 2通过一阻值 R100 的电阻的交变电流如图 9 所示，其周期为 1 s电阻两端电压的有效值为()图 9A12 5 解析由有效值定义可得 1 s(A)2R0.4 s2(A)2R0.1 s2，其100 ，可得 U4 V，B 正确10考点三交变电流“四值”的比较交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 E 大的瞬时值。