2019年高三物理一轮复习学案设计 第十章-第一讲-交变电流的产生和描述-复习课-第一课时-刘岩(无

编号008 一轮复习学案3-2 备课组长：王相思编写：刘岩课题第十章交变电流、传感器第一讲交变电流的产生和描述
考纲要求交变电流的图像、峰值和有效值Ⅰ理想变压器Ⅱ远距离输电Ⅰ
学习目标 1.理解交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的表达式.
2.理解描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值．
学习重点理解交变电流的产生过程，描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值．
学习难点理解交变电流的产生过程，会计算交变电流的有效值．
课堂探究
【高考连接】
1、（四川理综）小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示。

矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压（）
A．峰值是e0 B．峰值是2e0
C．有效值是 D．有效值是
【知识回顾】
（一）交变电流的产生和变化规律
1．交变电流：大小和方向随时间做________变化的电流．
2．正弦交流电
(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕_______________方向的轴匀速转动．
(2)中性面①定义：与磁场方向_________的平面．
②特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．
(3)图象：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，其图象为______曲线．
（二）描述交变电流的物理量
1．正弦交变电流的函数表达式(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)负载两端的电压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等于线圈转动的_________，Em＝_________．
2．正弦交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值
(1)瞬时值：交变电流某一_________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：①定义：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的_____相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的__________．
【考点突击】
考点一：交变电流变化规律
【典例1】 (多选)(天津理综)如图甲所示，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乙中曲线a、b所示，则( )
A．两次t＝0时刻线圈平面与中性面重合
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25 Hz
D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
【总结提升】解决交变电流图象问题的三点注意
(1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关．(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积．
(3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流图象与线圈转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解．能力提升1、图甲是一台小型发电机的构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈的内电阻不计，外接灯泡的电阻为12 Ω.则( )
A．在t=0.01s时刻，穿过线圈的磁通量为零
B．电压表的示数为62V C．灯泡消耗的电功率为3W
D．若其它条件不变，仅将线圈的转速提高一倍，
则线圈电动势的表达式e=122sin 100πt（V）
考点二：交流电有效值的理解
【典例2】如图所示为一交流电压随时间变化的图象．每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定．根据图中数据可得，此交流电压的有效值为？
能力提升2、(四川理综)小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示．矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e 0，不计线圈电阻，则发电机输出电压的峰值和有效值？
考点三：交变电流的四值的计算
【典例3】电机转子是边长为0.2m的正方形，线圈匝数为100匝，内阻8Ω，初始位置如图所示，以ad、bc中点连线为轴用600转/分的转速在特斯拉的匀强磁场中转动，灯泡电阻为24Ω，则：
（1）从图示位置开始计时，写出感应电动势的瞬时值表达式．
（2）灯泡的实际消耗功率为多大？
（3）线圈从图示位置转过的过程中外力做的功．
（4）线圈从图示位置转过的过程中通过线圈某截面的电量q．
能力提升3、如图甲所示，标有“220 V 40 W”的灯泡和标有“20 μF 300 V”的电容器并联到交流电源上，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( )
T时刻，电压表V的示数为零
A．t＝
2
B．灯泡恰好正常发光
C．电容器不可能被击穿
D．电压表V的示数保持1102V不变
考点四、物理模型——电动机、发电机模型
“电动机”模型和“发电机”模型是高考题中时常出现的两种物理模型，凡在安培力作用下在磁场中运动的通电导体均可看做电动机模型，在外力作用下在磁场中做切割磁感线运动的导体均可看做发电机模型，此模型综合考查了磁场力的作用、电磁感应、恒定电流、交流电、能量转化与守恒等知识.
【典例4】如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，一个半径r＝0.10 m、匝数n＝20的线圈套在永久磁铁槽中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)．在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B＝0.20 T，线圈的电阻为R1＝0.50 Ω，它的引出线接有R2＝9.5 Ω的小电珠L.外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠．当线圈向右的位移x随时间t变化的规律如图丙所示时(x取向右为正)．求：
（1）线圈运动时产生的感应电动势E的大小；
（2）线圈运动时产生的感应电流I的大小，并在图丁中画出感应电流随时间变化的图象，至少画出0—0.4s的图象（在图甲中取电流由C向上通过电珠L到D为正）；
（3）每一次推动线圈运动过程中作用力F的大小；
（4）该发电机的输出功率P．
能力提升4、某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示．在磁极与圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α4π，磁场均沿半径方向，匝数为N的矩形线圈．abcd的边长ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l.线圈以角速度ω绕中均为
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心轴匀速转动、bc和ad边同时进入磁场，在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两条边的运动方向垂直，线圈的总电阻为r，外接电阻为R.
求：(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小E m；
(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；
(3)外接电阻上电流的有效值I.。