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第11单元 交变电流 传感器
2017年 高考基础要求Ⅰ Ⅱ Ⅲ 及冷点统计 正弦交变电流交变电流、的函数表达交变电流的Ⅰ 21 16 16 19 式、峰值和有图像(Ⅰ) 效值 远距离输电理想变压器 Ⅱ 21 16 16 19 (Ⅰ) 1.交变电流是电磁感应现象的应用,高考着重考查的知识点有:交 变电流的产生、交变电流的图像及表述(峰值、有效值、瞬时交变电流、值)、理想变压器原理及远距离输电,理想变压器电路中原、副线交变电流的考情分析 圈各物理量之间的制约关系是复习重点. 图像属于基2.高考对本单元的考查一般以生产、生活实际及近代科技问题为本要求,远背景,考查理想变压器的应用、含变压器电路动态分析及远距离输距离输电是电问题. 高考冷点. 高考热点统计 要求
第28讲 交变电流的产生及描述
一、交变电流
1.定义: 随时间做周期性变化的电流.
2.图像:如图28-1(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.
2014年 Ⅰ Ⅱ 2015年 Ⅰ Ⅱ 2016年 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
图28-1
二、描述交变电流的物理量
1.峰值:Em= (n:线圈的匝数;S:线圈处于磁场中的有效面积;ω:线圈转动的角速度;B:磁场的磁感应强度).
2.瞬时值:反映某一时刻交变电流的 和 .
3.有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流值,即让交流电和直流电通过相同阻值的电阻,如果在相同时间内产生的 相等,则直流电的数值就是交流电的有效值. 4.平均值:用法拉第电磁感应定律E= 求解. 5.周期和频率
(1)周期:完成一次周期性变化所需要的 . (2)频率:每秒钟完成周期性变化的 .
(3)周期、角速度和频率的关系:T=,ω==2πf. 【思维辨析】
(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)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴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.( )
(3)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值. ( ) (4)交变电流的峰值总是有效值的倍. ( )
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(5)线圈经过垂直于中性面的位置时,磁通量为0,磁通量的变化率为0. (6)可以用平均值计算交变电流产生的热量. ( )
( )
考点一 交变电流的产生及规律
正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
规律 函数表达式 物理量 磁通量 图像 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt 电动势 e=Emsin ωt=nBSωsin ωt 电压 u=Umsin ωt=ωt i=Imsin 电流 sin ωt=
sin ωt 1 (多选)[2017·长沙雅礼中学月考] 如图28-2甲所示,一个矩形导线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.线圈内磁通量随时间t的变化规律如图乙所示,则下列说法中正确的是 ( )
图28-2
A.t1时刻线圈中的感应电动势最大
B.t2时刻ab的运动方向与磁场方向垂直 C.t3时刻线圈平面与中性面重合
D.t4、t5时刻线圈中感应电流的方向相同
式题 一矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场且位于线圈平面内的固定轴转动.线圈中的感应电动势e随时间t的变化关系如图28-3所示.下列说法正确的是 ( )
图28-3
A.t1时刻穿过线圈的磁通量为零 B.t2时刻穿过线圈的磁通量最大
C.t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率最大
D.每当e变换方向时,穿过线圈的磁通量都最大 ■ 要点总结
(1)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次.
(2)交变电动势的最大值Em=nBSω,与转轴位置无关,与线圈形状无关.
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考点二 交变电流“四值”的理解和应用
物理物理含义 量 瞬时 交变电流某一值 时刻的值 重要关系 适用情况及说明 e=Emsin ωt 计算线圈某时刻的受力 i=Imsin ωt 情况 Em=nBSω 峰值 最大的瞬时值 讨论电容器的击穿电压 Im= 用于正(余)弦式电流: (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)保险丝的熔断电流为有效值 跟交变电流的 有效热效应等效的恒值 定电流值 E= U= I= 交变电流图像平均中图线与时间轴值 所夹的面积与时间的比值 E=n I= 计算通过导线截面的电荷量
考向一 交变电流瞬时表达式的书写
2 图28-4甲是交流发电机模型示意图.在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO'转动,由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO'转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路.图乙是线圈的主视图,导线ab和cd分别用它们的横截面来表示.已知ab长度为L1,bc长度为L2,线圈以恒定角速度ω逆时针转动.(只考虑单匝线圈)
(1)从线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式;
(2)从线圈平面处于与中性面成φ0角位置时开始计时,如图丙所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式.
图28-4
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