2025高考物理一轮总复习第13章交变电流电磁振荡和电磁波传感器第31讲交变电流的产生及描述课件
展开一、交变电流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。
二、正弦式交变电流的产生和变化规律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=____________。
三、描述交变电流的物理量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。(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I=______,U=______,E=______。
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。( )
交变电流的产生及变化规律
(基础考点·自主探究)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)
2.正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置
3.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)。
【跟踪训练】 (交变电流的产生和变化规律)为研究交变电流产生的规律,某研究小组把长60 m导线绕制成N=100匝的矩形闭合线圈,如图所示。现把线圈放到磁感应强度大小B=0.1 T、方向水平向右的匀强磁场中,线圈可以绕其对称轴OO′转动。现让线圈从图示位置开始(t=0)以恒定的角速度ω=10π rad/s转动,下列说法正确的有( )A.t=0时,线圈位于中性面位置B.t=0.05 s时,感应电流达到最大值C.当bc=2ab时,感应电动势的表达式为e=2πsin 10πt(V)D.当ab=ad时,感应电动势的有效值最大
(交变电流的图像)(多选)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
(基础考点·自主探究)1.正弦交变电流的有效值的计算
A.10 W B.15 WC.25 W D.30 W
(交变电流的产生和有效值概念的综合应用)一个匝数为100匝、电阻为0.5 Ω的闭合线圈处于某一磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化,已知0~1 s内线圈内的磁通量按正弦规律变化到最大值,π2≈10,则线圈中产生交变电流的有效值为( )
交变电流“四值”的比较
(能力考点·深度研析)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;(7)外力使线圈转动一周所做的功。
[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。
[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
【跟踪训练】 (交变电流最大值的应用)(多选)如图甲所示,标有“220 V 40 W”的灯泡和标有“20 μF 320 V”的电容器并联接到交流电源上, 为交流电压表,交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关。下列判断正确的是( )
(交变电流有效值和平均值的应用)(多选)如图所示,处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中的矩形线框MNPQ,以恒定的角速度ω绕对角线NQ转动。已知MN长为l1,NP长为l2,线框电阻为R。在t=0时刻线框平面与纸面重合,下列说法正确的是( )
(交变电流有效值与力、电知识的综合应用)(多选)(2023·湖南卷)某同学自制了一个手摇交流发电机,如图所示。大轮与小轮通过皮带传动(皮带不打滑),半径之比为4∶1,小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形,共n匝,总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动,带动小轮及线圈绕转轴转动,转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡。
假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是( )
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,但产生的交变电流的规律相似,可以等效应用交变电流规律求解相应的物理量。
A.水平拉力F的最大值为8 NB.拉力F的最大功率为12.8 WC.拉力F要做25.6 J的功才能让线框通过此磁场区D.拉力F要做12.8 J的功才能让线框通过此磁场区
(2023·江苏常州联考)如图1所示为音响中的扬声器,结构图和沿对称轴的截面图如图2所示。当交变电流通过线圈时,圆形线圈在磁场中往复运动从而带动振膜发出声音。已知线圈由粗细均匀的钢丝绕制而成,线圈的半径a=2.5 cm、匝数n=100匝,电阻r=8 Ω。某实验小组扬声器与阻值R=8 Ω的电阻相连,将扬声器充当话筒让振膜振动,带动线圈以速度v=0.2sin 2 000t(m/s)垂直磁场振动。线圈所在处的辐向磁场与线圈平面垂直,磁场磁感应强度大小为B=0.5 T。π取3。求:
(1)线圈受到的安培力的最大值;(2)10 s内电阻R上产生的热量Q。[解析] (1)感应电动势最大值Em=Blvm=2BnπavmEm=1.5 V又Em=I1(R+r)FA=BI1l=2BI1nπa
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