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1、專 題 十 交 變 電 流 考 點 內(nèi) 容 要 求 熱 點 1.交變電流、交變電流的圖象 高考對本章知識的考查主要體現(xiàn)在“三突 出”，一般試題難度不大，且多以選擇題 的形式出現(xiàn) 1.突出考查交變電流的產(chǎn)生過程； 2.突出考查交變電流的圖象和交變電流的 四值； 3.突出考查變壓器，對變壓器原理理解的 同時，還要掌握變壓器的靜態(tài)計算和動 態(tài)分析，遠距離輸電也要重視. 2.正弦交變電流的函數(shù)表達 式、峰值和有效值 3.理想變壓器 4.遠距離輸電 實驗十一：傳感器的簡單使用 第 1講 交 變 電 流 的 產(chǎn) 生 和 描 述 一 、 交 變 電 流1定義：_和_都隨時間周期性變化的電流，簡稱交變電流大小
2、方向 2圖象：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，如圖(a)所示圖 10-1-1 二 、 正 弦 式 交 變 電 流正(余)弦規(guī)律磁場勻速1定義：按_變化的交變電流2產(chǎn)生：閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于_方向的軸，從中性面開始_轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生的電流 (1)中性面：與磁場方向_的平面線圈平面位于中性面時，穿過線圈平面的磁通量_，而磁通量的變化率為_，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為_線圈每經(jīng)過中性面一次，電流方向就改變_，線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次經(jīng)過3兩個重要位置垂直最大零零中性面，所以電流方向改變_一次兩次(2) 與中性面垂直的位置：穿過
3、線圈平面的磁通量為_，磁通量的變化率_，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢_.零最大最大 物理量函數(shù)圖象磁通量BScost電動勢enBSsint電壓uUmsint電流iI msint 4正弦交變電流的瞬時表達式(線圈在中性面位置開始計時) 5.確定交變電流瞬時值表達式的基本思路(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或由公式 EmnBS求出相應(yīng)峰值(2)明確線圈的計時位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動，則 i-t 圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為 iImsint.線圈從垂直中性面開始轉(zhuǎn)動，則 i-t 圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為 iI mcost. 【 基 礎(chǔ) 檢 測 】1(2015年 江 蘇 連 云
4、 港 摸 底 )如 圖 10-1-2 甲所示為一臺小型發(fā)電機的示意圖，單匝線圈逆時針轉(zhuǎn)動若從中性面開始計時，產(chǎn)生的電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為 1.0 ，外接燈泡的電阻為 9.0 .求：圖 10-1-2(1)寫出流經(jīng)燈泡的瞬時電流的表達式(2)轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的最大磁通量 數(shù)，通常用 f 表示，單位是_(3)周期和頻率的關(guān)系：_.(1)周期：交變電流完成一次_變化所需的時間，通常用 T 表示，單位是_(2) 頻率：交變電流在_ 內(nèi)完成周期性變化的次三 、 表 征 交 變 電 流 的 物 理 量1周期和頻率周期性秒赫茲單位時間 2峰值和有效值最大值電流的熱效應(yīng)相同(1)
5、峰值：指交變電流的電動勢、電壓或電流的_(2)有效值：是根據(jù)_來規(guī)定的讓交變電流和恒定電流分別通過_的電阻，使它們在_時間內(nèi)產(chǎn)生的_相等，就把這一直流電的 I、U 值叫做這一交流電的電流、電壓的有效值相等熱量(3) 正弦式交變電流的有效值和最大值之間的關(guān)系：E _，I_，U_. 【 基 礎(chǔ) 檢 測 】2(多 選 ， 2014 年 廣 東 惠 州 一 調(diào) )家庭中用的取暖器，正常工作時所用電壓是按照圖 10-1-3 中正弦規(guī)律變化的交流電，取)暖器正常工作時的電流是 3 A下列表述正確的是(圖 10-1-3 A該交流電電壓的有效值是 220 VB該交流電的周期是 0.01 sC該交流電電壓的瞬時
6、表達式為 u311sin100t (V)D取暖器正常工作時的功率是 660 W答 案 ： AD 考 點 1 正 弦 交 變 電 流 的 產(chǎn) 生 及 圖 象 重 點 歸 納交流電的產(chǎn)生及圖象問題的分析方法分析要點：一看、二變、三判一看：看“軸”、看“點”、看“斜率”，并理解其物理意義二變：掌握“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系三判：在此基礎(chǔ)上進行正確的分析和判斷 【 考 點 練 透 】1(多 選 ， 2013年 山 東 卷 )如圖10-1-4甲所示是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極 N、S 間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，為交流電流表線圈繞垂直于磁場方向的水平軸 OO沿逆時針方向勻速
7、轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電)流隨時間變化的圖象如圖乙所示，以下判斷正確的是(圖 10-1-4 A電流表的示數(shù)為 10 AB線圈轉(zhuǎn)動的角速度為 50 rad/sC0.01 s 時線圈平面與磁場方向平行D0.02 s 時電阻 R 中電流的方向自右向左答 案 ： AC 2(多 選 ， 2014 年 廣 東 深 圳 二 模 )一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 e 隨時間 t 變)化的規(guī)律如圖 10-1-5 所示，下列說法正確的有(圖 10-1-5At 1 時刻線圈位于中性面Bt2 時刻通過線圈的磁通量最大C電動勢的有效值為D一個周期內(nèi)交變電流的方向改變一次答
8、 案 ： AC 物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值從中性面開始計時eEmsintiImsint計算線圈某時刻的受力情況峰 值最大的瞬時值EmnBS討論電容器的擊穿電壓 考 點 2 正 弦 交 變 電 流 的 四 值 問 題 重 點 歸 納正弦式交變電流四值的計算及應(yīng)用 物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值(1)計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量 (如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標的一般是指有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值(4)交流電壓表和電流表的讀數(shù)為有效值 (5)計算有效值時，時間一般取一 個周期或取周期的
9、整數(shù)倍平均值某段時間內(nèi)感應(yīng)電動勢或電 流的平均值 計算通過電路截面的電荷量 （續(xù)表）(只適用于正弦式交變電流) 典 例 剖 析例 1： (多 選 ， 2014 年 天 津 卷 )如圖10-1-6甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢圖象如圖乙中曲線a、b所示，則( ) 圖 10-1-6 A兩次 t0 時刻線圈平面均與中性面重合B曲線 a、b 對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為 2 3C曲線 a 表示的交變電動勢頻率為 25 HzD曲線 b 表示的交變電動勢有效值為 10 V思 維 點 撥 ： 由 圖 乙 可 以 看 出 ， a、 b 均 為 正
10、 弦 式 交 變 電 流 ，由 二 者 的 周 期 關(guān) 系 可 求 出 二 者 的 角 速 度 關(guān) 系 ， 進 而 求 兩 者 峰 值的 關(guān) 系 ， 再 確 定 b 的 有 效 值 答 案 ： AC 【 考 點 練 透 】3(多 選 ， 2015 年 河 北 聯(lián) 考 調(diào) 研 )如圖10-1-7所示，有一矩形線圈，面積為 S，匝數(shù)為 N，內(nèi)阻為 r，繞垂直磁感線的對稱軸OO以角度速勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置轉(zhuǎn)90的過程中，下列說法正確的是( ) 圖 10-1-7 答 案 ： BC 4(多 選 ， 2015年 河 北 滄 州 五 校 聯(lián) 考 )如圖10-1-8所示，一個單匝矩形導(dǎo)線圈在勻強磁場中繞垂直于
11、磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動周期為T0.線圈產(chǎn)生的電動勢的最大值為Em，則( ) 圖 10-1-8C線圈轉(zhuǎn)動過程中磁通量變化率的最大值為 E mD經(jīng)過 2T0 的時間，通過線圈電流的方向改變 2次答 案 ： BC 方 法 等 效 替 代 法1等效法是在保證某種效果相同的前提下，將實際的、復(fù)雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程來研究和處理的方法 2運用等效法處理問題的一般步驟為：(1)分析原事物(需研究求解的物理問題)的本質(zhì)特性和非本質(zhì)特性(2)尋找適當?shù)奶娲?，以保留原事物的本質(zhì)特性，拋棄非本質(zhì)特性(3)研究替代物的特性及規(guī)律(4)將替代物的規(guī)律遷移到原事物
12、中去(5)利用替代物遵循的規(guī)律、方法求解，得出結(jié)論 例 2： (2013 年 海 南 卷 )通過一阻值 R 100 的電阻的交變電流如圖10-1-9 所示，其周期為1 s電阻兩端電壓的有效值為( ) 圖 10-1-9 審 題 突 破 ： 選 定 一 個 周 期 ， 在 一 個 周 期 內(nèi) 用 熱 效 應(yīng) 相 同 來求 解 答 案 ： B題 外 拓 展 ： 高 中 物 理 中 常 用 等 效 替 代 的 思 想 進 行 解 題 ， 如 ：(1)力 的 等 效 ， 合 力 與 分 力 之 間 的 等 效 ； (2)運 動 的 等 效 ， 合 運 動和 分 運 動 的 等 效 ； (3)模 型 的
13、等 效 ， 如 碰 撞 各 類 模 型 的 等 效 【 觸 類 旁 通 】(2015 年 河 北 唐 山 模 擬 )一個U形金屬線框在勻強磁場中繞OO軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動，通過導(dǎo)線給同一電阻 R 供電，如圖10-1-10 甲、乙所示其中甲圖中OO軸右側(cè)有磁場，乙圖中整個空間均有磁場，兩磁場磁感應(yīng)強度相同則甲、乙兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為( )圖 10-1-10 圖 D50答 案 ： A 易 錯 點 四 值 問 題 的 計 算例 3： (2015 年 四 川 卷 )小型手搖發(fā)電機線圈共 N 匝，每匝可簡化為矩形線圈abcd，磁極間的磁場視為勻強磁場，方向垂直于線圈中心軸 OO，線圈繞 OO
14、勻速轉(zhuǎn)動，如圖10-1-11所示矩形線圈 ab 邊和 cd 邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值都為) 圖 10-1-11e 0，不計線圈電阻，則發(fā)電機輸出電壓( 答 案 ： D 【 觸 類 旁 通 】(2015 年 北 京 海 淀 區(qū) 聯(lián) 考 )如圖10-1-12甲所示，長、寬分別為 L1、L2 的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi)，其匝數(shù)為 n，總電阻為 r，可繞其豎直中心軸 O1O2 轉(zhuǎn)動線框的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán) C、D(集流環(huán))焊接在一起，并通過電刷和定值電阻 R 相連線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場，磁感應(yīng)強度 B 的大小隨時間 t 的變化關(guān)系如圖乙所示，其中B0、B 1 和 t1 均為已知在0t1的時間內(nèi)，線框保持靜止，且線框平面和磁場垂直；t1 時刻后線框在外力的驅(qū)動下開始繞其豎直中心軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動求： 圖 10-1-12(1)0t1 時間內(nèi)通過電阻 R 的電流大小(2)線框勻速轉(zhuǎn)動后，在轉(zhuǎn)動一周的過程中電流通過電阻 R產(chǎn)生的熱量(3)線框勻速轉(zhuǎn)動后，從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過 90的過程中，通過電阻 R 的電荷量 nL1L2(B1 B0)I解 ： (1)0 t1 時 間 內(nèi) ， 線 框 中 的 感 應(yīng) 電 動 勢E n t t1根 據(jù) 閉 合 電 路 歐 姆 定 律 可 知 ， 通 過 電 阻 R 的 電 流ER r nL1L2(B1 B0)(R r)t1 .
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