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    物理第二节 交变电流复习课件ppt

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    这是一份物理第二节 交变电流复习课件ppt,共60页。PPT课件主要包含了知识梳理·双基自测,核心考点·重点突破,名师讲坛·素养提升,年高考·1年模拟,周期性变化,乙丙丁,Emsinωt,Umsinωt,Imsinωt,角速度等内容,欢迎下载使用。

    第1讲 交变电流的产生及描述
    1.定义:大小和方向都随时间做_______________的电流叫作交变电流。
    2.图像:如图所示,图_____________________所示电流都属于交变电流,图___所示电流属于恒定电流。
    1.产生:如图所示,在匀强磁场里,线圈绕______磁场方向的轴匀速转动时,可产生正弦式交变电流。注意:交变电流的种类有很多,但同时具备这三个条件才会产生正弦式交变电流:匀强磁场;线圈转轴和磁场垂直;匀速转动。
    2.中性面及其特点(1)定义:与磁场方向______的平面。(2)特点:①线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量______,磁通量的变化率为___,感应电动势为___。②线圈转动一周,______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。
    3.图像:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图像为______曲线,如图所示。
    4.变化规律(线圈从中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律:e=______________。(2)电压u随时间变化的规律:u=_________________。(3)电流i随时间变化的规律:i=____________。其中ω是线圈转动的_________,E m=__________。
    1.周期和频率(1)周期(T):交变电流完成____________变化,即线圈________所 需要的时间,单位是_________,公式T=___。(2)频率(f):交变电流在______________________的次数,单位是_____________。(3)周期和频率的关系:_________或_________。
    1 s内完成周期性变化
    2.交变电流的“四值”(1)瞬时值:交变电流____________的值,是时间的函数。(2)峰值:交变电流的电流或电压所能达到的_________。(3)有效值:让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻,如果它们在交变电流的一个周期内_______________相等,则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值。
    思考:如图为交流发电机线圈的平面图,设磁感应强度为B,线圈边长为l,匝数为n,以O1O2为起点、角速度ω匀速转动,经过时间t转至实线位置,试推导此时线圈中感应电动势的表达式。
    一、堵点疏通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.线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时,产生的感应电动势也最大。(   )3.矩形线圈在匀强磁场中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。(   )
    4.交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。(   )5.交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。(   )6.交变电流的峰值总是有效值的倍。(   )
    二、对点激活1.(2023·云南高三月考)在下列几种电流的波形图中,能表示生活、生产用电的是(   )[解析]A图像是直流电,B图像为方波形交流电,C图像为正弦交流电,D图像为脉冲交流电,而生活、生产用电为正弦交流电,故选C。
    A B C D
    3.(2023·浙江高三专题练习)教学用交流发电机示意图如图所示。矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO′匀速转动,某时刻线圈平面与磁感线垂直。下列说法正确的是(   )A.此时产生的感应电流最大B.此时线圈平面处在中性面上C.此时线圈磁通量变化率最大D.此时开始再转半个周期,线圈磁通量变化量为零
    [解析]由图可知,此时线圈平面与磁场方向垂直,穿过线圈的磁通量最大,但此时的磁通量变化率为零,感应电动势为零,感应电流为零,线圈平面处在中性面上,B正确,A、C错误;假设此时线圈的磁通量为Φ0=BS,从此时开始再转半个周期,线圈磁通量变化量为ΔΦ=-BS-BS=-2BS,即线圈磁通量变化量不为零,D错误。
    1.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
    (2022·湖南高三期中)一矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO′匀速转动时,就会在线圈中形成交变电流。下列说法正确的是(   )
    A.线圈经过甲图位置时,穿过线圈的磁通量最大,产生的电流也最大B.线圈经过乙图位置时,穿过线圈的磁通量为零,产生的电流最大C.线圈经过丙图位置时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率也最大D.线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中,穿过线圈的磁通量减小,产生的电动势在减小
    [解析]线圈经过图甲或图丙位置(中性面)时,穿过线圈的磁通量最大,产生的感应电动势为零,感应电流为零,结合法拉第电磁感应定律可知,磁通量变化率为零,A、C错误;线圈经过图乙位置(与中性面垂直)时,穿过线圈的磁通量为零,产生的电流最大,B正确;线圈从图丙位置(中性面)转到题图丁位置(与中性面垂直)的过程中,根据法拉第电磁感应定律可知,穿过线圈的磁通量减小,产生的电动势在增大,D错误。
    〔变式训练1〕 (多选)(2023·四川模拟预测)在匀强磁场中,匝数N=100的矩形线圈绕垂直磁感线的转轴匀速转动,线圈中产生的感应电动势随时间变化规律如图所示,则下列说法正确的是( )A.t=0.5×10-2 s时,线圈平面与中性面重合B.t=1×10-2 s时,线圈中磁通量变化率最大C.穿过每一匝线圈的最大磁通量为1×10-3 WbD.线圈转动的角速度为100π rad/s
    3.几种常用的电流及其有效值
    计算交变电流有效值的方法
    (1)分段计算电热,再求和得出一个周期内产生的总热量。
    交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较
    如图所示,线圈平面与磁感线平行,匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T,边长L=10 cm的正方形线圈共100匝,线圈的总电阻r=1 Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动,角速度ω=2π rad/s,外电路中的电阻R=4 Ω,不计摩擦,π取3.14,求:
    (1)由图示位置计时感应电动势的瞬时表达式;(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势;(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势;(4)交流电压表的示数;(5)线圈转动一周产生的总热量;
    [解析] (1)感应电动势的最大值为Em=nBSω=100×0.5×0.12×2π V≈3.14 V感应电动势瞬时表达式为e=Emcs ωt=3.14 cs 2πt(V)。(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势为e=Emcs 60°=3. 14×0.5 V=1. 57 V。(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势为
    [答案] (1)e=3.14 cs 2πt (V)(2)1.57 V (3)2.6 V (4)1.78 V (5)0.99 J (6)0.087 C (7)0.99 J
    书写交变电流瞬时值表达式的基本思路
    (2)根据公式Em=nBSω求出相应峰值。(3)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式。①开始计时线圈与中性面重合,则i-t函数式为i=Imsin ωt;②开始计时线圈与中性面垂直,则i-t函数式为i=Imcs ωt;③开始计时线圈与中性面夹角为θ,则i-t函数式为i=Imsin(ωt+θ)。
    交变电流规律的“等效”应用有些题目中,产生交变电流的方式与发电机不同,但产生的交变电流相似,可以通过等效应用交变电流规律求解相应的物理量。
    1.(2022·广东卷)图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈,n1>n2,二者轴线在同一平面内且相互垂直,两线圈到其轴线交点O的距离相等,且均连接阻值为R的电阻,转子是中心在O点的条形磁铁,绕O点在该平面内匀速转动时,两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响,下列说法正确的是(   )A.两线圈产生的电动势的有效值相等B.两线圈产生的交变电流频率相等C.两线圈产生的电动势同时达到最大值D.两电阻消耗的电功率相等
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