2011屆高考物理基礎(chǔ)知識要點(diǎn)復(fù)習(xí) 交變電流的產(chǎn)生與描述

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1、★精品文檔★ 2011屆高考物理基礎(chǔ)知識要點(diǎn)復(fù)習(xí) 交變電流的產(chǎn)生與描述 2011屆高三物理一輪復(fù)習(xí)全案：5.1交變電流的產(chǎn)生與描述（選修3-2） 【考綱知識梳理】 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(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流電。 2、正弦式電流；隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流叫做正弦式電流，正弦式電流的圖象是正弦曲線，我國市用的交變電流都是正弦式電流 3、中性面：中性面的特點(diǎn)是，線圈位于中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢為零；線圈經(jīng)過中性面時(shí)，內(nèi)部的電流方向要發(fā)生改

2、變。 4、正弦式交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律 （1）產(chǎn)生過程 （2）規(guī)律 函數(shù)形式：N匝面積為S的線圈以角速率ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從某次經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，則e=NBSωsinωt，用E表示峰值NBSω，則e=Esinωt，電流。 二、描述交變電流的物理量 1、周期和頻率 交變電流的周期和頻率都是描述交變電流變化快慢的物理量。 （1）周期T：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，單位是秒（S），周期越大，交變電流變化越慢，在一個(gè)周期內(nèi)，交變電流的方向變化2次。 （2）頻率f:交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)

3、，單位是赫茲，符號為Hz，頻率越大，交變電流變化越快。 （3）關(guān)系： 2、瞬時(shí)值、最大值、有效值和平均值 （1）感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式： 若從中性面開始，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式： （伏）。 感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式：（安） 若從線圈平面與磁力線平行開始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式為： （伏）。 感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式：（安） 在計(jì)算通電導(dǎo)體或線圈所受的安培力時(shí)，應(yīng)用瞬時(shí)值。 （2）交變電流的最大值（以交變電動(dòng)勢為例）。 ——交變電動(dòng)勢最大值：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到穿過線圈的磁通量為0的位置

4、時(shí)，取得此值。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出的是，與線形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，其表達(dá)式為。在考慮交流電路中電容器耐壓值時(shí)，應(yīng)采用最大值。 （3）交變電流的有效值 ①有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，在周期的整數(shù)倍時(shí)間內(nèi)（一般交變電流周期較短，如市電周期僅為0，02s，因而對于我們所考察的較長時(shí)間來說，基本上均可視為周期的整數(shù)倍），如果交變電流與某恒定電流流過相同電阻時(shí)其熱效應(yīng)相同，則將該恒定電流的數(shù)值叫做該交變電流的有效值。注意：這是在三個(gè)相同下的等效。 ②正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系為：。 上述關(guān)系式只適用于線圈在勻強(qiáng)磁場中相對做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的正弦交變電流，對

5、于用其他方式產(chǎn)生的其他交變電流，其有效值與最大值間的關(guān)系一般與此不同，其它形式的交流電按熱效應(yīng)相同進(jìn)行計(jì)算，利用分階段計(jì)算效變電流一個(gè)周期內(nèi)在某電阻上產(chǎn)生的熱量，然后令其與直流電在相同時(shí)間內(nèi)在同一電阻上產(chǎn)生的熱量相等，此時(shí)直流電的值為交變電流的有效值。這是根據(jù)有效值的定義作具體分析。 ③一般交變電流表直接測出的是交變電流的有效值，一般用電器銘牌上直接標(biāo)出的是交變電流的有效值，一般不作任何說明而指出的交變電流的數(shù)值都是指有效值。 （4）交變電流的平均值 ①交變電流圖象中圖象與t軸所圍成的面積與時(shí)間的比值叫做交變電流的平均值， ②平均值是利用來進(jìn)行計(jì)算的，計(jì)

6、算電量時(shí)只能用平均值， 【要點(diǎn)名師精解】 一、正弦式電流的變化規(guī)律 1、正弦式電流的變化規(guī)律（線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)） 【例1】處在勻強(qiáng)磁場中的矩形線圈abcd,以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng),磁場方向平行于紙面并與ab垂直，在t=0時(shí)刻,線圈平面與紙面重合(如圖),線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動(dòng)，若規(guī)定a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正,則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線是(c) 二、對交變電流的四值比較 1．交流電的最大值：ε＝BωS當(dāng)為N匝時(shí) (1)ω是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，其單位

7、一定為弧度／秒，nad/s (2)最大值對應(yīng)的位置與中性面垂直,即線框面與磁感應(yīng)強(qiáng)度B在同一直線上． (3)最大值對應(yīng)圖12－3中的t1、t3時(shí)刻，每周中出現(xiàn)兩次． 2．瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值，瞬時(shí)值是時(shí)間的函數(shù)，不同時(shí)刻，瞬時(shí)值不同e=εsinωt，i＝Isinωt代入時(shí)間即可求出．過寫瞬時(shí)值時(shí)，不要忘記寫單位，如ε=220V,ω=100π,則e=220sin100πtV,不可忘記寫伏,電流同樣如此． 3．有效值：為了度量交流電做功情況人們引入有效值，它是根據(jù)電流的熱效應(yīng)而定的．就是分別用交流電，直流電通過相同阻值的電阻，在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相同

8、，則直流電的值為交流電的有效值． (1)有效值跟最大值的關(guān)系ε=U有效，I=I有效 (2)伏特表與安培表讀數(shù)為有效值． (3)用電器銘牌上標(biāo)明的電壓、電流值是指有效值． 4.平均值：交變電流的平均值是交變電流圖象中波形與橫軸(t軸)所圍的面積跟時(shí)間的比值．其數(shù)值可以用計(jì)算． 某段時(shí)間內(nèi)的交變電流的平均值不等于這段時(shí)間始、終時(shí)刻瞬時(shí)值的算術(shù)平均值．例在0～內(nèi)，． 注：如何應(yīng)用交變電流的四值？ ①在研究電容器的耐壓值時(shí)只能用峰值． ②在研究交變電流做功、電功率及產(chǎn)生熱量時(shí)，只能用有效值． ③在研究交變電流通過

9、導(dǎo)體截面電量時(shí)，只能用平均值． ④在研究某一時(shí)刻線圈受到的電磁力矩時(shí)，只能用瞬時(shí)值． 另外，各種交流電表指示的電壓、電流和交流電器上標(biāo)注的額定電流、額定電壓，指的都是有效值．與熱效應(yīng)有關(guān)的計(jì)算，如保險(xiǎn)絲的熔斷電流等都必須用有效值．要搞清正(余)弦交流電有效值與最大值的關(guān)系，另外對特殊交流電(如方波交流電)的有效值與最大值的關(guān)系能根據(jù)有效值的定義進(jìn)行計(jì)算．在交流電路中歐姆定律同樣適用． 【例2】（09年福建卷）16.一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示。已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0，則外接一只電阻為95.0的燈泡，如圖乙所示，則 A.

10、電壓表○v的示數(shù)為220V B.電路中的電流方向每秒鐘改變50次 c.燈泡實(shí)際消耗的功率為484W D.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2j 解析：A選項(xiàng)：電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值,由圖像知電動(dòng)勢的最大值E=V，有效值E=220V，燈泡兩端電壓，A錯(cuò) B選項(xiàng)：由圖像知T=0.02S，一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次，可知1s內(nèi)電流方向變化100次，B錯(cuò) c選項(xiàng)：燈泡的實(shí)際功率,c錯(cuò) D選項(xiàng)：電流的有效值，發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為，D對。 答案：D 名師點(diǎn)評：此題不僅考查了交流電四值的應(yīng)

11、用，還考查了交變電流的產(chǎn)生過程，這些都是基本知識同學(xué)們一定要夯實(shí)基礎(chǔ)。 【感悟高考真題】 1、（2010?廣東卷）19.圖7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 B.最大值是311V c.有效值是220V D.表達(dá)式為U=220sin100πt（V） 答案：Bc 解析：交流電考察 由圖知：最大值U=311V有效值周期T=0.02s表達(dá)式選Bc。 2.（09?天津?9）（1）如圖所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中，線

12、框面積為S，電阻為R。線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電流的有效值I=。線框從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q=。 答案：（1）， 解析：本題考查交變流電的產(chǎn)生和最大值、有效值、平均值的關(guān)系及交變電流中有關(guān)電荷量的計(jì)算等知識。 電動(dòng)勢的最大值，電動(dòng)勢的有效值，電流的有效值；。 3.（09?福建?16）一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示。已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0，則外接一只電阻為95.0的燈泡，如圖乙所示，則（D） A.電壓表○v的示數(shù)為220v B.電

13、路中的電流方向每秒鐘改變50次 c.燈泡實(shí)際消耗的功率為484w D.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2j 解析：電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值,由圖像知電動(dòng)勢的最大值E=V，有效值E=220V，燈泡兩端電壓，A錯(cuò)；由圖像知T=0.02S，一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次，可知1s內(nèi)電流方向變化100次，B錯(cuò)；燈泡的實(shí)際功率,c錯(cuò)；電流的有效值，發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為，D對。 【考點(diǎn)精題精練】 1.（2010?北京市西城區(qū)二模）如圖1所示，一閉合金屬圓環(huán)處在垂直圓環(huán)平面的勻強(qiáng)磁場中。若磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按如圖2所示的。規(guī)律變化

14、，設(shè)圖中磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直紙面向里的方向?yàn)椤Ｕ较?，環(huán)中感應(yīng)電流沿順時(shí)針方向?yàn)檎较?，則環(huán)中電流隨時(shí)間變化的圖象是（B） 2.．如圖所示，兩條柔軟的導(dǎo)線與兩根金屬棒相連，組成閉合電路，且上端金屬棒固定，下端金屬棒自由懸垂．如果穿過回路的磁場逐漸增強(qiáng)，下面金屬棒可能的運(yùn)動(dòng)情況是(c) A．向左擺動(dòng)B．向右擺動(dòng) c．向上運(yùn)動(dòng)D．不動(dòng) 3.如圖甲所示，光滑的水平桌面上固定著一根絕緣的長直導(dǎo)線，可以自由移動(dòng)的矩形導(dǎo)線框abcd靠近長直導(dǎo)線靜止放在桌面上．當(dāng)長直導(dǎo)線中的電流按圖乙所示的規(guī)律變化時(shí)(圖甲中電流所示的方向?yàn)檎较?，則(BD)

15、 A、在t2時(shí)刻，線框內(nèi)沒有電流，線框不受力 B、t1到t2時(shí)間內(nèi)，線框內(nèi)電流的方向?yàn)閍bcda c、t1到t2時(shí)問內(nèi)，線框向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng) D、t1到t2時(shí)間內(nèi)，線框克服磁場力做功 4．一個(gè)阻值為2Ω的線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢為e=10sin20ptV，當(dāng)該線圈與一阻值為8Ω的電阻組成閉合回路時(shí)，下列說法正確的是：（A） A．t=0時(shí)，線圈平面位于中性面B．t=0時(shí)，穿過線圈的磁通量為0 c．電阻的熱功率為16WD．用電壓表測路端電壓時(shí)讀數(shù)為11.3V 5.圖甲、圖乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示

16、電壓按正弦規(guī)律變化，下列說法正確的是(D) A．圖甲表示交流電，圖乙表示直流電 B．兩種電壓的有效值都是311V c．圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝220sin100πt（V） D．圖甲所示電壓經(jīng)原、副線圈匝數(shù)比為10:1的理想變壓器變壓后，功率比為1：1 6．如圖，一根通有交流電i=Isinωt的長直導(dǎo)線oo/（規(guī)定電流從o流向o/為電流的正方向），與一個(gè)斷開的圓形線圈處在同一平面內(nèi)，已知某時(shí)刻線圈的端的電勢高于N端的，則交流電可能處于每個(gè)周期內(nèi)的(A) A．第一個(gè)1/4周期內(nèi)B．第二個(gè)1/4周期內(nèi) c．前1

17、/2周期內(nèi)D．后1/2周期內(nèi) 7．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說法正確的是（A） A．在中性面時(shí)，通過線圈的磁通量最大； B．在中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最大； c．穿過線圈的磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢也為零； D．線圈每通過中性面兩次，電流方向改變一次。 8．一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，周期為T.從中性面開始計(jì)時(shí)，當(dāng)t＝112T時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為2V，則此交變電動(dòng)勢的有效值為(　　) A．22VB．2Vc.2VD.22V 解析：根據(jù)交流電電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝Esi

18、nωt，當(dāng)t＝T12時(shí)，E＝4V，則E有＝22E. 答案：A 9.如圖所示，面積為S、匝數(shù)為N、電阻為r的線圈固定在圖示位置，線圈與阻值為R的電阻構(gòu)成閉合電路，理想交流電壓表并聯(lián)在電阻R的兩端；U形磁鐵以線圈的中心軸線oo′為軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，已知U形磁鐵兩極間的磁場為勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，取磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示位置的時(shí)刻t＝0.則(　　) A．在t＝0時(shí)刻，線圈處于中性面，流過電阻R的電流為0 B．1s內(nèi)流過電阻R的電流方向改變?chǔ)卅写? c．線圈匝數(shù)減少為原來的一半，磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)角速度增大到原來2倍，電壓表讀數(shù)不變 D．在電

19、阻R的兩端再并聯(lián)一只阻值為R的電阻后，電壓表的讀數(shù)不變 解析：在t＝0時(shí)刻，線圈中的磁通量最小，線圈處于垂直于中性面的位置，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，流過電阻R的電流為最大值，A錯(cuò)；由于一個(gè)周期內(nèi)電流的方向改變兩次，1s內(nèi)流過電阻R的電流方向改變的次數(shù)為n＝2f＝ωπ，B正確；線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值E＝NBSω，線圈匝數(shù)減少為原來的一半，磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)角速度增大到原來2倍，E不變，由于產(chǎn)生的交變電流為正弦交變電流，因此其有效值為E＝E2也不變，因匝數(shù)減半，內(nèi)阻也減半，外電阻不變．所以路端電壓增加，即電壓讀數(shù)變大，所以c不正確．當(dāng)并聯(lián)一個(gè)電阻R后，外電阻內(nèi)電阻不變，所以路端電壓減小，即電壓讀數(shù)減

20、小，所以D錯(cuò)． 答案：B 9．某交流發(fā)電機(jī)給燈泡供電，產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象如圖所示，下列說法中正確的是(　　) A．交變電流的頻率為0.02Hz B．交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i＝5cos50πt(A) c．在t＝0.01s時(shí)，穿過交流發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大 D．若發(fā)電機(jī)線圈電阻為0.4Ω，則其產(chǎn)生的熱功率為5W 解析：由圖象知，交流電的周期為0.02s，故頻率為50Hz，A項(xiàng)錯(cuò)；轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝2πT＝100π，故電流瞬時(shí)表達(dá)式為i＝5cos100πt(A)，B錯(cuò)；t＝0.01s時(shí)，電流最大，此時(shí)線圈磁通量應(yīng)為

21、0，c錯(cuò)；交流電電流的有效值I＝I2＝52A，故P＝I2R＝522×0.4W＝5W，故D正確． 答案：D 10.如圖是一種自行車上照明用的車頭燈發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)軸的一端裝有一對隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磁極，另一端裝有摩擦小輪。電樞線圈繞在固定的U形鐵芯上，自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過摩擦小輪帶動(dòng)磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈中產(chǎn)生正弦交流電，給車頭燈供電。 已知自行車車輪半徑r=35c，摩擦小輪半徑r0=1.00c，線圈有n=800匝，線圈橫截面積s=20c2，總電阻R1=40Ω，旋轉(zhuǎn)磁極的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.010T，車頭燈電阻R2＝10Ω。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝8rad/s時(shí)。

22、求： （1）發(fā)電機(jī)磁極轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。 （2）車頭燈中電流的有效值。 解：（1）磁極與摩擦小輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相等，由于自行車車輪與摩擦小輪與摩擦小輪之間無相對滑動(dòng)，故有 　?、? 　　?、? （2）摩擦小輪帶動(dòng)磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為 ③ 感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值 　　?、? 通過電流的有效值 ?、? 2016全新精品資料-全新公文范文-全程指導(dǎo)寫作 –獨(dú)家原創(chuàng) 14 / 14