高考物理总复习第10章交变电流课件

电能的输送
c 应知识结合出现在计算题中。
考点一 交变电流的产生及描述(－/c)
[基础过关] 一、交变电流产生 1.交变电流
(1)定义：_大__小__和_方__向__都随时间做周期性变化的电流。 (2)图象：如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按 正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，如图(a)所示。
A.乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程
B.乙图中c时刻对应甲图中的C图
C.若乙图中d等于0.02 s，则1 s内电流的方向改变了50次
D.若乙图中b等于0.02 s，则交流电的频率为50 Hz
Em＝nBSω ห้องสมุดไป่ตู้m＝RE＋mr
答案 A
要点二 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较
物理量 物理含义
解析 U＝20V，Rmin＝UI0＝220Ω＝10Ω。
答案 B
2.线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，
当转到如图所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况
是( ) A.磁通量和感应电动势都在变大 B.磁通量和感应电动势都在变小
3.(多选)某小型发电机产生的交变电动势为 e＝50sin 100πt(V)。对此
3.交变电流的瞬时值、峰值、有效值 (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数。 (2)峰值：交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值， 也叫最大值。 (3)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。对正弦式交变电流，其有效值和峰值的关系为： E＝_U_2m_，U＝ _Im_2_，I＝___。
时间，单位是秒(s)，公式T＝ 1 。 f
(2)频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的_次__数__。单位是
赫兹(Hz)。
(3)周期和频率的关系：T＝
1 _T_
或f＝E_m2_
。
2.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) (1)电动势e随时间变化的规律：e＝__E_m_s_in__ω_t_。 (2)负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝ _U__m_si_n__ω_t_。 (3)电流i随时间变化的规律：i＝ __I_m_s_in__ω_t_。其中ω等于线圈转 动的_角__速__度__，Em＝__n_B_S_ω__。
[精练题组]
1.在图所示电路中，A 是熔断电流 I0＝2 A 的保险丝，R 是可变
电阻，S 是交流电源。交流电源的内电阻不计，其电动势随时
间变化的规律是 e＝220 2sin(314t) V。 为了不使保险丝熔断，
可变电阻的阻值应该大于(
)
答案 B A.110 2 Ω
B.110 Ω
C.220 Ω
D.220 2 Ω
重要关系
适用情况及说明
交变电流 瞬时值 某一时刻
的值
从中性面开始计时
e＝Emsin ωt
计算线圈某时刻的 受力情况
i＝Imsin ωt
峰
值
最大的 瞬时值
E＝Em 2
U＝U2 m
I＝
Im 2
讨论电容器的击穿 电压
【例2】一个小型电热器若接在输出电压为10V的直流电源上， (1)计算与电流的热效应
消耗电功率为 P；若把它接在某个正弦式交流电源上，其消 有关的量(如电功、电功
A.t＝0时刻线框平面与磁场平行 B.交流电压的频率为4 Hz C.1 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快 D.2 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大
答案 D
5.如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝
解析 (1)Em＝nBSω＝3.14 V。 (2)由图示位置计时转过 60°角时，瞬时感应电动势
[考纲要求]
知识内容
考试要求 必考 加试
备考方略
交变电流 描述交变电流的 物理量 电感和电容对交 变电流的影响 变压器
c 本章内容只出现在选考中，考查重
c 点有：交变电流的有效值、瞬时值， 变压器的原理及应用，远距离输电
b 等知识。其中针对变压器的原理及 应用的题目出现频率较高，常以选
c 择题的形式考查。也可能与电磁感
0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd E＝Em·cos 60°＝1.57 V。 (3)由图示位置转过 60°角的过程中产生的平均感应电动势
共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂
－E ＝nΔΔΦt ＝100×0.5×0.01π×sin 60°＝2.60 V。 3×2π
直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角 (4)交流电压表测的是有效值，所以其示数 U＝ 2（ERm＋R r）＝1.78 V。
速度ω＝2 π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω。
求：
(1)转动过程中感应电动势的最大值；
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感
应电动势；
(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势；
(4)交流电压表的示数。
【方法总结】 对有效值的理解 (1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值； (2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有 效值； (3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值； (4)没有特别加以说明的，是指有效值； (5)“交流的最大值是有效值的 2倍”仅用于正弦交流电。(但 当讨论电容器的击穿电压时，要用最大值) 答案 (1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.60 V (4)1.78 V
有 跟交变电流的 效 热效应等效的
耗的电功率为P2。如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电 压的最大值为( )
率、电热等)
(2)电气设备“铭牌”上 所标的一般是指有效值
值 恒定电流的值 A.5V B.52V C.10V D.10 2 V (3)保险丝的熔断电流为
(只适用于正弦 有效值 式交变电流) (4)交流电压表和电流表 的读数为有效值
电动势，下列表述正确的是( )
A.最大值是 50 2 V
B.频率是 100 Hz
C.有效值是 25 2 V
D.周期是 0.02 s
C.磁通量在变小，感应电动势在变大
D.磁通量在变大，感应电动势在变小
解析 由题图可知，Φ＝Φmcos θ，e＝Emsin θ，所以磁通量变 大，感应电动势变小。
答案 D
解析 从中性面开始计时，交变电动势的表达式为 e＝Emsin ωt， 因 e＝50sin 100πt(V)，所以最大值 Em＝50 V，A 错误；由 ω＝2πf
解析 根据 P＝UR2，对直流电有 P＝1R02，对正弦式交流电有P2＝UR′2， 所以正弦式交流电的有效值为 U′＝ P2R＝5 2 V，故交流电源 输出电压的最大值 Um′＝ 2U′＝10 V，故选项 C 正确，选项 A、 B、D 错误。
要点三 交变电流瞬时值表达式的求法 1.先求电动势的最大值 Em＝nBSω； 2.求出角速度 ω＝2Tπ； 3.明确从哪一位置开始计时，从而确定是正弦函数还是余弦函数； 4.写出瞬时值的表达式。 答案 C
跟最大值的关系得到电压最大值为 Em＝220 2 V，电流有效值 I＝
40 220
A＝0.18 A，电流最大值约为 0.18
2
A＝0.26 A，故 B 项正确。
答案 C
2.(2016·浙江余杭期末)一个白炽灯泡上标有“220 V 40 W”， 那么为了使它正常发光，所使用的正弦交变电压是( ) A.电压最大值为220 V，电流最大值约为0.18 A B.电压最大值为311 V，电流最大值约为0.26 A C.电压有效值为220 V，电流有效值约为0.26 A D.电压有效值为311 V，电流有效值约为0.18 A
考点二 电感和电容对交变电流的影响(－/b)
1.电感器对交变电流的阻碍作用
(1)感抗：电感器对交变电流_____作用阻的碍大小。
(2)影响因素：线圈的自感系数越___，交流的频率越___，感抗越大。
(3)感抗的应用
大
高
类型
区别 自感系数 感抗大小 作用
低频扼流圈
＝100π rad/s 得 f＝50 Hz，B 错误；有效值 E＝Em2＝25 2 V，
C 正确；T＝1f＝0.02 s，D 正确。
答案 CD
4.一矩形线框在匀强磁场内绕垂直于磁场的轴匀速转动的过程中，
线框输出的交流电压随时间变化的图象如图所示，下列说法中
正确的是( )
解析 由 u－t 图象可知，t＝0 时刻瞬时电压为零，线框处于中性 面，频率 f＝T1＝0.25 Hz，故选项 A、B 错误；由图象可知，1 s 末 交变电压最大，通过线框的磁通量变化率最大，此时线框与磁场 方向平行，而 2 s 末交变电压为零，此时线框经过中性面与磁场垂 直，穿过线框的磁通量最大，故选项 C 错误，D 正确。
中，正确的是( )
A.线圈两端电压的平均值为10 V
B.电压表连接在线圈两端时，其示数为20 V
C.在0.01 s时，线圈平面与磁场垂直
D.当接外电路时，线圈内的电流方向1 s内改变50 次
解析 白炽灯泡上标有“220 V 40 W”，灯泡额定电压为 220 V，
是指有效值，所以电压有效值为 220 V，根据正弦式交流电有效值
【例1】 如图甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转
动时，线圈中产生的交变电流如图乙所示，设沿abcda方向为电
流正方向，则( )
解析 由交变电流的产生原理可知，甲图中的 A、C 两图中线圈所 在的平面为中性面，线圈在中性面时电流为零，再经过1 4个周期电 流达到最大值，再由楞次定律判断出电流的方向，因此甲图中 A 至 B 图的过程电流为正，且从零逐渐增大到最大值，A 对；甲图 中的 C 图对应的电流为零，B 错；每经过中性面一次线圈中的电 流方向就要改变一次，所以一个周期内电流方向要改变两次，所 以在乙图中对应 Od 段等于交变电流的一个周期，若已知 d 等于 0.02 s，则频率为 50 Hz，1 s 内电流的方向将改变 100 次，C 错； 若乙图中 b 等于 0.02 s，则交流电的频率应该为 25 Hz，D 错。
【例 3】 (2016·浙江金华期末)一正弦交变电流的电压随时间变
化的规律如图所示。由图可知该交变电流(
)
A.周期为 0.125 s B.电压的有效值为 10 2 V C.电压的最大值为 20 2 V D.电压瞬时值的表达式为 u＝10 2sin 8πt(V)
解析 由图象可知，交变电流的周期为 0.250 s，A 错误；电压 的有效值 U＝202 V＝10 2 V，B 正确；电压的最大值为 20 V， C 错误；电压瞬时值的表达式为 u＝20sin 8πt(V)，D 错误。
2.正弦交变电流的产生和图象 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕__垂__直__于__磁__场___方向的轴匀速 转动。 (2)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，其图象为正弦曲线。如图(e)、(f)、(g)所示。
2π ω
二、交变电流的描述 1.周期和频率
(1)周期(T)：交变电流完成_一__次__周__期__性__变化(线圈转一周)所需的
【过关演练】
1.阻值不计的矩形线圈在匀强磁场中，绕垂 直于磁感线的轴匀速转动，线圈两端的电 压随时间的变化规律如图所示。下列说法
解析 线圈两端电压平均值可看成 E－t 图线与 t 轴包围面积与时 间的比值，故平均值应大于 10 V，A 项错误；由 E－t 图象知，Um ＝20 V，故有 U 有＝10 2 V＝14 V，即电压表读数为 14 V，B 项错 误；t＝0.01 s 时，U＝0，线圈位于中性面位置，故 C 项正确；由 T ＝0.02 s，知 f＝50 Hz，一个周期内电流方向改变两次，故线圈中 电流方向每秒变化 100 次，D 项错误。
[要点突破] 要点一 交变电流产生 1.两个特殊位置的特点
(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ 最大，Δ ΔΦt ＝0，e＝0， i＝0，电流方向将发生改变。 (2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΔΦ t 最大，e 最大， i 最大，电流方向不改变。
答案 B
2.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，应先把交变电流的图象 与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解。