物理 高三：高中物理第1輪專題復習全套學案-第10章 第1課時

考點內(nèi)容要求考綱解讀交變電流、交變電流的圖象正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值理想變壓器遠距離輸電實驗傳感器的簡單使用1交變電流的產(chǎn)生及其各物理量的變化規(guī)律，應用交流電的圖象解決問題2利用有效值的定義，對交變電流的有效值進行計算3理想變壓器原、副線圈中電流、電壓、功率之間的關(guān)系應用，變壓器動態(tài)變化的分析方法4遠距離輸電的原理和相關(guān)計算5傳感器的簡單使用，能夠解決與科技、社會緊密結(jié)合的問題第1課時交變電流的產(chǎn)生和描述導學目標1能掌握交變電流的產(chǎn)生和描述，會寫出交變電流的瞬時值表達式2能認識交變電流的圖象和進行有效值、最大值的計算一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律基礎導引關(guān)于線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電，以下說法中正確的是A線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應電流方向就改變一次，感應電動勢方向不變B線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應電流方向就改變一次C線圈在中性面位置時，磁通量最大，磁通量的變化率為零D線圈在與中性面垂直的位置時，磁通量為零，感應電動勢最大知識梳理1交變電流大小和方向都隨時間做_變化的電流如圖1A、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，簡稱正弦式電流，如圖A所示圖12正弦交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律1產(chǎn)生在勻強磁場里，線圈繞_方向的軸勻速轉(zhuǎn)動2中性面定義與磁場方向_的平面特點A線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量_，磁通量的變化率為_，感應電動勢為_B線圈轉(zhuǎn)動一周，_經(jīng)過中性面線圈每經(jīng)過_一次，電流的方向就改變一次3圖象用以描述交流電隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計時，其圖象為_曲線如圖1A所示由正弦交流電的圖象可以得出哪些物理量思考二、描述交變電流的物理量基礎導引我們?nèi)粘Ｉ钣秒姷慕蛔冸妷菏荅220SIN100TV，它是由矩形線圈在勻強磁場中勻2速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的，則下列說法正確的是_交流電的頻率是50HZ交流電壓的有效值是220V當T0時，線圈平面恰好與中性面平行當TS時，E有最大值220V1502電流每秒方向改變50次知識梳理1周期和頻率1周期T交變電流完成_變化線圈轉(zhuǎn)一周所需的時間，單位是秒S公式T22頻率F交變電流在1S內(nèi)完成周期性變化的_，單位是赫茲HZ3周期和頻率的關(guān)系T_或F_2交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值1瞬時值交變電流某一_的值，是時間的函數(shù)2峰值交變電流的電流或電壓所能達到的_3有效值讓交流與恒定電流分別通過_的電阻，如果它們在交流的一個周期內(nèi)產(chǎn)生的_相等，則這個恒定電流I、恒定電壓U就是這個交流的_4正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系I_，U_，E_5平均值是交變電流圖象中波形與橫軸所圍面積跟時間的比值考點一正弦交流電的變化規(guī)律考點解讀1正弦式電流的變化規(guī)律線圈在中性面位置開始計時規(guī)律物理量函數(shù)圖象磁通量MCOSTBSCOST電動勢EEMSINTNBSSINT電壓UUMSINTSINTREMRR電流IIMSINTSINTEMRR2兩個特殊位置的特點1線圈平面與中性面重合時，SB，最大，0，E0，I0，電流方向?qū)l(fā)生改變T2線圈平面與中性面垂直時，SB，0，最大，E最大，I最大，電流方向不改變T3書寫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)已知圖象讀出或由公式EMNBS求出相應峰值2明確線圈的初始位置，找出對應的函數(shù)關(guān)系式如線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則IT圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為IIMSINT線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則IT圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為IIMCOST特別提醒1只要線圈平面在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，就產(chǎn)生正弦式交流電，其變化規(guī)律與線圈的形狀、轉(zhuǎn)動軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān)2T圖象與對應的ET圖象是互余的典例剖析例1如圖2甲所示，矩形線圈ABCD在勻強磁場中逆時針勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生的交流電如圖乙所示，設沿ABCDA方向為電流正方向，則圖3圖4圖2A乙圖中OA時間段對應甲圖中A至B圖的過程B乙圖中C時刻對應甲圖中的C圖C若乙圖中D等于002S，則1S內(nèi)電流的方向改變50次D若乙圖中B等于002S，則交流電的頻率為50HZ例2實驗室里的交流發(fā)電機可簡化為如圖3所示的模型，正方形線圈在水平勻強磁場中，繞垂直于磁感線的OO軸勻速轉(zhuǎn)動今在發(fā)電機的輸出端接一個電阻R和理想電壓表，并讓線圈每秒轉(zhuǎn)25圈，讀出電壓表的示數(shù)為10V已知R10，線圈電阻忽略不計，下列說法正確的是A線圈平面與磁場平行時，線圈中的瞬時電流為零B從線圈平面與磁場平行開始計時，線圈中感應電流瞬時值表達式為ISIN50TA2C流過電阻R的電流每秒鐘方向改變25次D電阻R上的熱功率等于10W跟蹤訓練1矩形線框在勻強磁場內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動過程中，線框輸出的交流電壓隨時間變化的圖象如圖4所示，下列說法中正確的是A交流電壓的有效值為36V2B交流電壓的最大值為36V，頻率為025HZ2C2S末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量最大D1S末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量變化最快考點二交變電流“四值”的比較與理解考點解讀交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較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EEMSINTIIMSINT計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值EMNBSIMEMRR討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值EEM2UUM2IIM2適用于正余弦式電流1計算與電流的熱效應有關(guān)的量如電功、電功率、電熱等2電氣設備“銘牌”上所標的一般是有效值3保險絲的熔斷電流為有效值圖5圖6平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值BLEVNETIERR計算通過電路截面的電荷量典例剖析例3一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比N1N2115，原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓U如圖5所示副線圈僅接入一個10的電阻則A流過電阻的電流是20AB與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100V2C經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6103JD變壓器的輸入功率是1103W例4如圖6所示，線圈ABCD的面積是005M2，共100匝，線圈電阻為1，外接電阻R9，勻強磁場的磁感應強度BT，當線圈以300R/MIN的1轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時問1若從線圈處于中性面開始計時，寫出線圈中感應電動勢的瞬時值表達式；2線圈轉(zhuǎn)過S時電動勢的瞬時值多大1303電路中，電壓表和電流表的示數(shù)各是多少4從中性面開始計時，經(jīng)S通過電阻R的電荷量是多少130思維突破有效值是交流電中最重要的物理量，必須會求，特別是正弦交流電的有效值，應記住公式求交變電流有效值的方法有1利用I，U，E計算，只適用于正余弦式交流電IM2UM2EM22利用有效值的定義計算非正弦式交流電在計算有效值時“相同時間”至少取一個周期或周期的整數(shù)倍3利用能量關(guān)系求解當有電能和其他形式的能轉(zhuǎn)化時，可利用能量守恒定律來求有效值跟蹤訓練2一正弦交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖7所示由圖可知圖7圖9A該交流電的電壓瞬時值的表達式為U100SIN25TVB該交流電的頻率為25HZC該交流電的電壓的有效值為100V2D若將該交流電壓加在阻值為R100的電阻兩端，則電阻消耗的功率是50W14對交變電流圖象的意義認識不清例5如圖8甲所示，一矩形線圈ABCD放置在勻強磁場中，并繞過AB、CD中點的軸OO以角速度逆時針勻速轉(zhuǎn)動若以線圈平面與磁場夾角45時如圖乙為計時起點，并規(guī)定當電流自A流向B時，電流方向為正則下列四幅圖中正確的是圖8誤區(qū)警示不能將交變電流的產(chǎn)生原理與圖象正確結(jié)合，或判斷初始時刻的電流方向錯誤而錯選C正確解析從乙圖可看出初始時刻線圈平面與中性面的夾角為，又由楞次定律可判斷，初始時刻電流方向為從B到A與正方向相反，故瞬時電流的表達式為IIMCOST，圖象D符合題意答案D正本清源對于交變電流的圖象問題，關(guān)鍵在于把線圈在勻強磁場中的具體位置與圖象上的時刻對應好，也就是把交變電流的變化規(guī)律與線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的具體情景對應好跟蹤訓練3如圖9所示，在垂直紙面向里的有界勻強磁場中放置矩形線圈ABCD線圈CD邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合線圈平面與磁場方向垂直從T0時刻起，線圈以恒定角速度繞CD邊2T沿圖示方向轉(zhuǎn)動，規(guī)定線圈中電流沿ABCDA方向為正方向，則從T0圖11到TT時間內(nèi)，線圈中的電流I隨時間T的變化關(guān)系圖象為下圖中的15忽視交變電流“四值”的區(qū)別，造成運用時的錯誤例6一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖10甲所示已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為50，現(xiàn)外接一只電阻為950的燈泡，如圖乙所示，則圖10A電壓表的示數(shù)為220VB電路中的電流方向每秒鐘改變50次C燈泡實際消耗的功率為484WD發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為242J誤區(qū)警示錯解1不能正確區(qū)分電源電動勢和路端電壓，易錯選A錯解2認為在一個周期內(nèi)電流的方向改變1次，則會錯選B正確解析電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值，由圖象知電動勢的最大值EM2202V，有效值E220V，燈泡兩端電壓U209V，A錯；由圖象知T002S，一個周RERR期內(nèi)電流方向改變兩次，可知1S內(nèi)電流方向改變100次，B錯；燈泡消耗的實際功率PW4598W，C錯；電流的有效值I22A，發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生U2R2092950ERR的焦耳熱為QI2RT222501J242J，D對答案D正本清源在解答有關(guān)交變電流問題時，除要注意電路結(jié)構(gòu)外，還要區(qū)分交變電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值，最大值是瞬時值中的最大量值，有效值是以電流的熱效應來等效定義的，與電磁感應問題一樣，求解與電能、電熱相關(guān)問題時，一定要使用有效值，而求解通過導體截面的電荷量時一定要用平均值跟蹤訓練4某交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應電動勢與時間的關(guān)系如圖11所示如果此線圈和一個R100的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的其他電阻，下列敘述正確的是A交變電流的周期為002S圖12圖13B交變電流的最大值為1AC交變電流的有效值為1AD電阻R兩端的最大電壓為141VA組交變電流的產(chǎn)生與圖象1如圖12所示，圖線A是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦交流電的圖象，當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線B所示，以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法正確的是A在圖中T0時刻穿過線圈的磁通量均為零B線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為32C交流電A的瞬時值表達式為U10SIN5TVD交流電B的最大值為5V2如圖13所示，N50匝的矩形線圈ABCD，AB邊長L120CM，AD邊長L225CM，放在磁感應強度B04T的勻強磁場中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO軸以N3000R/MIN的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，線圈電阻R1，外電路電阻R9，T0時，線圈平面與磁感線平行，AB邊正轉(zhuǎn)出紙外、CD邊轉(zhuǎn)入紙里1在圖中標出T0時感應電流的方向2寫出線圈感應電動勢的瞬時值表達式3線圈轉(zhuǎn)一圈外力做功多大4從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中流過電阻R的電荷量是多大B組交變電流的“四值”3在如圖14甲所示的電路中，電阻R的阻值為50，在AB間加上圖乙所示的正弦交流電，則下面說法中正確的是圖14A交流電壓的有效值為100VB電流表示數(shù)為2A圖15C產(chǎn)生該交流電的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度為314RAD/SD在1分鐘內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為12104J4如圖15所示，交流發(fā)電機線圈的面積為005M2，共100匝該線圈在磁感應強度為T的勻強磁場中，以10RAD/S的角速度勻速1轉(zhuǎn)動，電阻R1和R2的阻值均為50，線圈的內(nèi)阻忽略不計，若從圖示位置開始計時，則A線圈中的電動勢為E50SIN10TVB電流表的示數(shù)為A2C電壓表的示數(shù)為50V2DR1上消耗的電功率為50W圖1圖2課時規(guī)范訓練限時45分鐘一、選擇題1下面關(guān)于交變電流的說法中正確的是A交流電器設備上所標的電壓和電流值是交流的最大值B用交變電流表和交變電壓表測定的讀數(shù)值是交流的瞬時值C給定的交流數(shù)值，在沒有特別說明的情況下都是指有效值D對同一電阻且時間相同，則跟交流有相同的熱效應的直流的數(shù)值是交流的有效值2某線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的圖象如圖1所示，由圖中信息可以判斷A在A和C時刻線圈處于中性面位置B在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C從AD線圈轉(zhuǎn)過的角度為2D若從OD歷時002S，則在1S內(nèi)交變電流的方向改變100次3如圖所示，面積均為S的單匝線圈繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度勻速轉(zhuǎn)動，能產(chǎn)生正弦交變電動勢EBSSINT的圖是42011四川理綜20如圖2所示，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的矩形線圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場方向，線圈電阻為2從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈轉(zhuǎn)過60時的感應電流為1A那么A線圈消耗的電功率為4WB線圈中感應電流的有效值為2AC任意時刻線圈中的感應電動勢為E4COST2T圖3圖5D任意時刻穿過線圈的磁通量為SINTT2T5如圖3所示，矩形線圈ABCD在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動，當線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向平行時A線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動時的電流B線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電動勢小于繞P2轉(zhuǎn)動時的電動勢C線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動時電流的方向相同，都是ABCDD線圈繞P1轉(zhuǎn)動時DC邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動時DC邊受到的安培力6圖4中甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化下列說法正確的是甲乙圖4A圖甲表示交流電，圖乙表示直流電B兩種電壓的有效值相等C圖甲所示電壓的瞬時值表達式為U311SIN100TVD圖甲所示電壓經(jīng)匝數(shù)比為101的變壓器變壓后，頻率變?yōu)樵瓉淼?107小型交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應電動勢與時間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖5所示此線圈與一個R10的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的其他電阻下列說法正確的是A交變電流的周期為0125SB交變電流的頻率為8HZC交變電流的有效值為A2D交變電流的最大值為4A8一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖6甲所示，則下列說法中正確的是圖7圖8圖9圖6AT0時刻線圈平面與中性面垂直BT001S時刻，的變化率最大CT002S時刻，感應電動勢達到最大D該線圈相應的感應電動勢圖象如圖乙所示9如圖7所示的正方形線框ABCD邊長為L，每邊電阻均為R，在磁感應強度為B的勻強磁場中繞CD軸以角速度轉(zhuǎn)動，C、D兩點與外電路相連，外電路電阻也為R，則下列說法中正確的是AS斷開時，電壓表讀數(shù)為BL222BS斷開時，電壓表讀數(shù)為BL228CS閉合時，電流表讀數(shù)為BL2210RDS閉合時，線框從圖示位置轉(zhuǎn)過過程中流過電流表的電荷量為2BL27R10如圖8所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為R，在磁感應強度為B的勻強磁場中繞OO軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，外電路電阻為R，當線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60的過程中，下列