届二轮复习交变电流的产生及描述 教案.docx
《届二轮复习交变电流的产生及描述 教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届二轮复习交变电流的产生及描述 教案.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
届二轮复习交变电流的产生及描述教案
交变电流的产生及描述
核心填空
一、交变电流、交变电流的图像
1．交变电流
（1）定义：
____________随时间做周期性变化的电流．
（2）图像：
如图25 1（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，如图（a）所示．
图25 1
2．正弦交变电流的产生和图像
（1）产生：
在匀强磁场里，线圈绕________________方向的轴匀速转动．
（2）中性面：
与磁场方向________的平面，线圈通过中性面时，感应电流________．
（3）正弦式交变电流变化规律：
（从线圈位于中性面开始计时）
①电动势（e）：
e＝________；②电压（u）：
u＝________；③电流（i）：
i＝________．
（4）正弦式交变电流变化图像：
（从线圈位于中性面开始计时）
图25 2
二、描述交变电流的物理量
1．峰值：
Em＝________（N：
线圈的匝数；S：
线圈处于磁场中的有效面积；ω：
线圈转动的角速度）．
2．瞬时值：
反映某一时刻交变电流的________和________．
3．有效值：
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值，即让交流电和直流电通过相同阻值的电阻，如果在相同时间内产生的________相等，则直流电的数值就是交流电的有效值．
（1）正弦交流电有效值和峰值之间的关系：
E＝________Em、U＝________Um、I＝________Im.
（2）非正弦交流电的有效值应根据电流的热效应计算，计算时“相同时间”至少取一个周期．
4．平均值：
用法拉第电磁感应定律E＝________求解．
5．周期和频率
（1）周期：
完成一次周期性变化所需要的________；
（2）频率：
每秒钟完成周期性变化的________；
（3）周期和频率的关系：
T＝
，ω＝
＝2πf.
易错判断
（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）矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴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．（ ）
（3）交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值．（ ）
（4）交变电流的峰值总是有效值的
倍．（ ）
（5）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．（ ）
（6）可以用平均值计算交变电流产生的热量．（ ）
考点一 交变电流的产生和描述
1.正弦交变电流的各物理量规律及对应图像（线圈从中性面位置开始计时）
物理量
函数关系
图像
磁通量
Φ＝Φmcosωt＝BScosωt
电动势
e＝Emsinωt＝NBSωsinωt
电压
u＝Umsinωt＝
sinωt
电流
i＝Imsinωt＝
sinωt
2.线圈从垂直中性面位置开始转动，Φt函数式：
Φ＝Φmsinωt＝BSsinωt；et函数式：
e＝Emcosωt＝NBSωcosωt.
12015·怀化三模]在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图25 3甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则（ ）
图25 3
A．t＝0.005s时线圈平面与磁场方向平行B．t＝0.01s时线圈的磁通量变化率最大
C．线圈产生的交变电动势的频率为100HzD．线圈产生的交变电动势的有效值为311V
式题（多选）2015·南京盐城模拟]如图25 4所示，甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间按正弦规律变化，其et图像如图乙所示．发电机线圈内阻为1Ω，外接灯泡的电阻为9Ω.则（ ）
图25 4
A．电压表的示数为6V
B．发电机的输出功率为4W
C．在1.0×10－2s时刻，穿过线圈的磁通量最大
D．在0.5×10－2s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大
■注意事项
1．两个特殊位置的特点：
①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，
＝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，
最大，e最大，i最大，电流方向不改变．
2．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．
3．交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关．
考点二 交变电流“四值”的应用
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
e＝Emsinωt
i＝Imsinωt
计算线圈某时刻的受力情况
峰值
最大的瞬时值
Em＝NBSω
Im＝
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值
用于正（余）
弦式电流：
E＝
U＝
I＝
（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”上所标的一般是有效值
（3）保险丝的熔断电流为有效值
平均值
交变电流图像中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值
E＝n
I＝
计算通过电路截面的电荷量
2（多选）2015·保定联考]如图25 5所示，有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，内阻为r，绕垂直磁感线的对称轴OO′以角度速ω匀速转动，从图示位置转90°的过程中，下列说法正确的是（ ）
图25 5
A．通过电阻R的电荷量q＝
B．通过电阻R的电荷量q＝
C．外力做功平均功率P＝
D．从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为e＝NBSωsinωt
式题（多选）如图25 6所示，某玩具电磁驱动发电机可简化为在匀强磁场中的一匝闭合金属线圈，线圈平面与磁场方向垂直，磁场的磁感应强度大小为B，线圈面积为S，电阻为R.当线圈以右边为轴，以恒定的角速度ω匀速转动时，下列叙述中正确的是（ ）
图25 6
A．产生的感应电流的有效值为
B．转过30°时，线圈中的电流方向为逆时针
C．转过90°的过程中，通过线圈导线某一横截面的电荷量为
D．线圈转动一周产生的热量为
■注意事项
（1）明确交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的意义，有效值是与交变电流的热效应等效的恒定电流值，一般情况下交流电的电压、电流及电功率指的都是有效值，电容器的击穿电压应大于交流电的峰值；
（2）计算线圈某时刻的受力情况时应使用电流的瞬时值；计算电功、电功率、电热等与电流的热效应有关的量时应使用有效值，保险丝的熔断电流为有效值；计算通过导线横截面的电荷量时应使用电流在一段时间内的平均值．
考点三 特殊交变电流的有效值的计算物理题根
3图25 7为交变电流随时间变化的图像，则交变电流有效值为（ ）
图25 7
A.5
AB.5AC.
AD.3.5A
■题根分析
此题为矩形波交变电流，可以根据定义计算，在一个周期内交变电流产热等于恒定电流产热．
常见的交变电流的有效值计算方法
1．公式法
利用E＝
、U＝
、I＝
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”取一个周期或周期的整数倍．
3．利用能量关系
当有电能和其他形式的能转化时，可利用能量守恒定律求有效值．
■变式网络
式题1家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，比过去用变压器调压方便且体积小．电压经电子调光灯调整后波形如图25 8所示，求灯泡两端的电压的有效值．
图25 8
式题22015·太原期中]图25 9为某一交变电流图像，在第1个周期内，0～1×10－2s电流恒为1A，1×10－2～2×10－2s的电流波形为正弦式交变电流的后半周期波形，求该交变电流的有效值．
图25 9
式题32015·郑州模拟]某研究小组成员设计了一个如图25 10所示的电路，与定值电阻R并联的电表是一个理想交流电压表，D是理想二极管（它的导电特点是正向电阻为零，反向电阻为无穷大）．在A、B间加一交流电压，瞬时值的表达式为u＝20
sin100πt（V），则交流电压表示数为（ ）
图25 10
A．10VB．20VC．15VD．14.1V
第25讲 交变电流的产生及描述参考答案及解析
【教材知识梳理】
核心填空
一、1.
（1）大小和方向都 2.
（1）垂直于磁场
（2）垂直 为零 （3）①Emsinωt ②Umsinωt ③Imsinωt
二、1.NBSω 2.大小 方向 3.热量
（1）
4.n
5.
（1）时间
（2）次数
易错判断
（1）（×）线圈在匀强磁场中绕不平行于磁场方向的轴匀速转动时才会产生正弦式交变电流．
（2）（√）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零，电流改变方向．
（3）（×）交流电压表和电流表测量的都是交流电的有效值．
（4）（×）只有正弦交变电流的峰值才是有效值的
倍．
（5）（×）线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，所以，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两次．
（6）（×）计算交变电流通过电阻产生的热量应根据有效值进行计算．
【考点互动探究】
考点一 交变电流的产生和描述
例1 A
【解析】由图乙知t＝0.005s时电动势最大，则此时线圈平面与磁场方向平行，选项A正确；t＝0.01s时电动势为零，则线圈的磁通量变化率为零，选项B错误；由图乙可知周期为T＝0.02s，则频率f＝
＝50Hz，选项C错误；线圈产生的交变电动势的峰值Em＝311V，则有效值E＝
＝
＝220V，选项D错误．
变式题 CD
【解析】由乙图知交变电动势的有效值为E＝6V，电流有效值I＝
＝0.6A，则电压表读数U＝IR＝5.4V，选项A错误；发电机输出功率P＝UI＝3.24W，选项B错误；由电动势图像，t＝1.0×10－2s时刻感应电动势瞬时值为零，说明此时线圈位于中性面，则穿过线圈的磁通量最大，选项C正确；t＝0.5×10－2s时刻线圈的电动势最大，此时穿过线圈的磁通量变化率最大，选项D正确．
考点二 交变电流“四值”的应用
例2 BC
【解析】从图示位置转90°的过程中，磁通量变化量ΔΦ＝BS，通过电阻R的电荷量q＝IΔt＝
·Δt＝N
＝
，选项A错误，B正确；矩形线圈绕垂直磁感线的对称轴OO′以角速度ω匀速转动，产生的感应电动势最大值Em＝NBSω，感应电流有效值为I＝
，外力做功平均功率P＝
EmI＝I2（R＋r）＝
，选项C正确；从图示位置开始计时，感应电动势随时间变化的规律为e＝NBSωsinωt＋
＝NBSωcosωt，选项D错误．
变式题 AC
【解析】线圈中产生的感应电动势最大值为Em＝BSω，电动势有效值为E＝
Em＝
BSω，则电流的有效值为I＝
＝
，选项A正确；据楞次定律可知转过30°时，线圈中感应电流方向为顺时针，选项B错误；由E＝
，I＝
，q＝IΔt，解得电荷量q＝
＝
，故选项C正确；线圈转一周的过程中，产生的热量为Q＝I2Rt＝
，选项D错误．
考点三 特殊交变电流的有效值的计算
例3 B
变式题1
【解析】从ut图像看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为U1＝
；后半周期电压为零．根据有效值的定义，
T＝
·
＋0，解得U＝
.
升级会员 