高考物理二轮复习【专题11】交变流电(讲)(原卷版).pdf
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1、2015 年高三二轮复习讲测练之讲案【新课标版物理】 专题 11 交变流电 考向 01 交变电流的产生和描述 1. 讲高考 (1)考纲要求 能掌握交变电流的产生和描述,会写出交变电流的瞬时值表达式;能认识交变电流的图象和 进行有效值、最大值的计算 (2)命题规律 交变电流的产生及描述(e、u、i的瞬时值表达式、最大值、有效值、周期、频率) ,特别是有 效值的计算是考查的热点。 案例 1 (多选)【 2014天津卷】如图1 所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不 同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图象如图2 中曲线 a、b 所示, 则() A两次 t=0 是时刻线圈平
2、面均与中性面重合 B曲线 a、b 对应的线圈转速之比为2:3 C曲线 a 表示的交变电动势频率为25Hz D曲线 b 表示的交变电动势有效值为10V 案例 2 ( 2013 海南卷) 通过一阻值R=100 的电阻的交变电流如图所示,其周期为1s。电阻 两端电压的有效值为() A12V B410V C15V D85V 案例 3 (多选)( 2013 山东卷) 图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视 为水平方向的匀强磁场, A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO 沿逆时针方 向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示,以下判 断正确的是()
3、A电流表的示数为10A B线圈转动的角速度为50 rad/s C0.01s时线圈平面与磁场方向平行 D0.02s 时电阻 R 中电流的方向自右向左 2. 讲基础 (1) 正弦交流电的产生和图象 产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 中性面:与磁场方向垂直的平面; 中性面的特点:(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,电流的方向就改 变一次 图象:用以描述交流电随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图象为正 弦函数曲线 (2)正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值
4、正弦式交变电流的函数表达式( 线圈在中性面位置开始计时)( 其中 等于线圈转动的角 速度,EmnBS) (a) 电动势e随时间变化的规律:eEmsin_ t. (b) 负载两端的电压u随时间变化的规律:uUmsin t. (c) 电流i随时间变化的规律:iImsin t. 交变电流的瞬时值、峰值、有效值 (a) 瞬时值:交变电流某一时刻的值,是时间的函数 (b) 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 (c) 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流电, 其有效值和峰值的关系为: 2 m E E, 2 m U U, 2 m I I. (d)
5、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 3. 讲典例 案例 1 (多选)【2015? 玉溪一中高三上学期期中考试】在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与 磁感线垂直的转动轴匀速转动,如图甲所示。产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所 示。则下列说法正确的是() A0.01ts时穿过线框的磁通量最小 B该交变电动势的有效值为11 2V C该交变电动势的瞬时值表达式为22 2 sin(100)Vet D电动势瞬时值为22V时,线圈平面与中性面的夹角为45 【趁热打铁】【2013 河北省唐山市高三期末考试】一边长为 L 的正方形单匝线框绕垂直于匀 强磁场的固定轴转动,线框中产生的感应电动
6、势e 随时间 t 的变化情况如图所示。已知匀强磁 场的磁感应强度为B,则结合图中所给信息可判定() At1时刻穿过线框的磁通量为 BL2 Bt2时刻穿过线框的磁通量为零 Ct3时刻穿过线框的磁通量变化率为零 D线框转动的角速度为 2 m E BL 案例 2 【2014?重庆一中下期第一次月考】如题3 图所示,N匝矩形导线框以角速度在 磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO匀速转动,线框面积为S,线框的电阻为r,电感不 计,外电路接电阻R、理想交流电流表 A。下列说法正确的是() A图示位置线圈的感应电动势为NBSB交流电流表的示数 2() NBS I Rr C一个周期内通过R的电荷量 2BS q
7、R DR两端电压的有效值 2 UNBS 【趁热打铁】【2014?北京市东城区高三第二学期综合练习】A、B 是两个完全相同的电热器, A 通以图甲所示的方波交变电流,B 通以图乙所示的正弦交变电流,则两电热器的电功率之比 PA:PB等于( ) A5:4 B3:2 C2:1 D2:1 4. 讲方法 (1) 求交变电流瞬时值表达式的基本思路 确定正弦交变电流的峰值,根据已知图象读出或由公式EmnBS求出相应峰值 明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式:线圈从中性面位置开始转动,则it图 象为正弦函数图象,函数式为iImsin t;线圈从垂直中性面位置开始转动,则it图象 为余弦函数图象,函数式为i
8、Imcost. (2)交变电流的“四值”的比较与理解 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 eEmsin t iImsin t 计算线圈某时刻的受 力情况 峰值 最 大 的 瞬 时 值 EmnBS rR E I m m 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 流的值 2 m E E, 2 m U U, 2 m I I适用 于正 ( 余) 弦式交变电流 (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
9、为有效值 平均值 交 变 电 流 图 象 中 图 线 与 时 间 轴 所 夹 的 面 积 与 时 间的比值 t nE rR E I 计算通过电路截面的 电荷量 (3)交变电流有效值的计算方法 正 ( 余) 弦式交变电流的有效值的计算方法 2 m E E, 2 m U U, 2 m I I 非正弦交流电有效值的计算方法: 在高中阶段能计算有效值的非正弦交流问题主要有以下两类: (a) 各段时间内电流的大小有各自不变的值,且有周期性 (b) 某段时间电流按正弦规律变化,且这段时间内电流完成整数个由零到最大值的变化,且这 种变化情况有周期性 以上两类问题计算有效值的方法是:取一个周期的时间,先分段计
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