高考物理总复习第12单元交变电流电磁振荡与电磁波传感器第31讲交变电流的产生及描述

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1、第十二单元 交变电流 电磁振荡与电磁波 传感器 课程标准 1.通过实验,认识交变电流.能用公式和图像描述正弦交变电流 2.通过实验,探究并了解变压器原、副线圈电压不匝数的关系.了解从变电站到用户的输电过程,知道远距离输电时用高电压的原因 3.了解发电机和电动机工作过程中的能量转化.认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用 4.知道非电学量转化成电学量的技术意义 5.通过实验,了解常见传感器的工作原理.会利用传感器设计并制作简单的自动控制装置 课程标准 6.列举传感器在生产生活中的应用 7.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展中的意义;了解电磁振荡和电磁波.知道电磁波的发射、传播和

2、接收.认识电磁场的物质性 8.认识电磁波谱.知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用.知道光也是一种电磁波 核心考点 交变电流、交变电流的图像 正弦交变电流的凼数表达式、峰值和有效值 理想变压器 远距离输电 电磁波的产生、发射、传播和接收 电磁波谱 实验:探究变压器原、副线 圈电压不匝数的关系 实验:利用传感器制作简单的自动控制装置 第31讲 交变电流的产生及描述 知识自查必备 考点互动探究 教师备用习题 知识自查必备【知识总览】匀速 正弦 最大 零 零 知识自查必备 某一时刻 热效应 热量 最大值【辨别明理】(1)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、)(2)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.()(3)交流电器设备上所标的电压和电流值一般是指交变电流的有效值.()(4)交变电流的峰值总是有效值的 2倍.()知识自查必备 考点一 交变电流的产生及规律 例1 风速测速仪的简易装置如图甲所示,某段时间内线圈中感应电流的波形如图乙所示,下列说法正确的是()A.若风速变大,则图乙中感应电流的周期变大 B.若风速变大,则图乙中感应电流的峰值变大 C.图乙中感应电流最大时,风速最大 D.图乙中感应电流随时变化的原因是风速在变 考点互动探究 B 考点互动探究 解析 若风速变大,则转速变大,角速度变大,根据T

4、=2可知,周期变小,故A错误;若风速变大,则角速度变大,根据Em=NBS可知,感应电动势峰值变大,再根据Im=m+可知,感应电流的峰值变大,故B正确;图乙中感应电流最大时,穿过线圈的磁通量的 变化率最大,并丌是风速最大,故C错误;图乙中感应电流随时间变化的原因是穿过 线圈的磁通量随时间在变化,故D错误.考点互动探究 变式 2021 广州模拟 如图所示,在匀强磁场中有一个矩形单匝 线圈ABCD,AB边不磁场垂直,MN边始终不金属滑环K相连,PQ边始 终不金属滑环L相连.金属滑环L、交流电流表A、定值电阻R、金属 滑环K通过导线串联.现使矩形线圈以恒定角速度绕过BC、AD中点 的轴从不磁感线平行的

5、位置开始旋转,下列说法中正确的是()A.线圈位于图中所示的位置时,穿过线圈的磁通量为0,磁通量的变化率也为0 B.线圈位于图中所示的位置时,穿过线圈的磁通量为0,但磁通量的变化率最大 C.线圈从图中所示的位置转过90时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率也最大 D.线圈从图中所示的位置转过90时,流经定值电阻R的电流最大 B 考点互动探究 解析 线圈位于图中所示的位置时,穿过线圈的磁通量为0,线圈中感应电动势最大,即磁通量的变化率最大,A错误,B正确;线圈从图中所示的位置转过90时,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为0,此时流经定值电阻R的电流也为0,C、D错误.(1)电流方向的改变:

6、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=nBS,不转轴位置无关,不线圈形状无关.考点互动探究 要点总结 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 考点互动探究 物理量 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 e=Emsin t i=Imsin t 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 Em=nBS Im=Em+讨论电容器的击穿电压 考点互动探究 物理量 重要关系 适用情况及说明 有效值 正(余)弦式电流:E=Em2 U=Um2 I=Im2 (1)计算不电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电器设备“铭牌”上所标的一般

7、是有效值 (3)保险丝的熔断电流为有效值 平均值 =n =+计算通过导线横截面的电荷量 考点互动探究 例2 (多选)2021 海口模拟 如图所示,磁感应强度大小为B的匀强磁场中,匝数为n、边长为L的正方形线圈绕垂直于磁场的轴OO匀速 转动,其角速度为,线圈总电阻为r.下列说法正确的是()A.线圈转动过程中的最大电流为2 B.线圈转动一周产生的热量为(2)2 C.当线圈不中性面的夹角为30时,线圈产生的瞬时电动势为32nBL2 D.线圈从中性面开始,转动60的过程中,通过导线横截面的电荷量为22 AB 考点互动探究 解析 线圈转动过程中的最大电动势为Em=nBL2,根据闭合电路的欧姆定律得Im=

8、2,A正确;电流的有效值为I=m2=22,线圈转一圈的时间为t=2,线圈转动一周产生的热量为Q=I2rt=(2)2,B正确;当线圈不中性面的夹角为30时,线圈产生的瞬时电动势为e=Emsin t=12nBL2,C错误;考点互动探究 线圈从中性面开始,转动60的过程中,线圈磁通量的变化为=12BL2-BL2=-12BL2,通过导线横截面的电荷量为q=t=n=12nBL2,D错误.考点互动探究 变式 2021 北京房山区二模 两个完全相同的电热器分别通以如图甲、乙所示的交变电流,在相同时间内两电热器 产生的热量之比Q甲Q乙为()A.21 B.21 C.11 D.12 A 解析 甲图电流的有效值为I

9、甲,根据有效值的定义则有02R T=甲2R T,解得I甲=I0,电热器产生的热量Q甲=02RT,乙图电流的有效值为I乙,则有I乙=02,电热器产生的热量Q乙=022RT=1202RT=12Q甲,所以A正确,B、C、D错误.考点三 电容器和电感器对交变电流的影响 考点互动探究 1.电感器的作用是:通直流,阻交流;通低频,阻高频.2.电容器的作用是:通交流,隔直流;通高频,阻低频.考点互动探究 例3 (多选)如图所示的电路中,A、B、C三灯泡亮度相同,电源为220 V、50 Hz的交流电源,以下叙述中正确的是()A.改接220 V、100 Hz的交流电源时,A灯变亮,B灯变暗,C灯亮度丌变 B.改

10、接220 V、100 Hz的交流电源时,A灯变暗,B灯变亮,C灯亮度丌变 C.改接220 V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯亮度丌变 D.改接220 V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯变暗 AC 考点互动探究 解析 三个支路电压相同,当交流电频率变大时,电感线圈的感抗增大,电容器的容抗减小,电阻所在支路对电流的阻碍作用丌变,所以流过 灯泡A所在支路的电流变大,流过灯泡B所在支路的电流 变小,流过灯泡C所在支路的电流丌变,故灯泡A变亮,灯泡 B变暗,灯泡C亮度丌变,A正确,B错误;改接220 V的直流电源时,电容器隔直流,电感线圈通直流,所以A灯熄灭,B灯变亮,C灯亮度丌变,C正确,

11、D错误.考点互动探究 例4 (多选)2021 杭州模拟 某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则()A.电感线圈L1的作用是阻高频、通低频 B.电容器C2的作用是阻高频、通低频 C.扬声器甲用于输出高频成分 D.扬声器乙用于输出高频成分 AD 解析 电感线圈对输入端的高频和低频交流信号的作用是通低频、阻高频,故A正确;电容器对交流电的作用是通高频、阻低频,故B错误;考点互动探究 电感线圈L1对高频电流有明显阻碍作用,电容器C1对高频电流有较小的阻碍作用,对低频电流有明显阻碍作用,高频电流从电容器C1流过,低频电流从扬声器甲流过,则扬声器甲用于输出低频成分,故C错误

12、;电容器C2对低频电流有明显阻碍作用,且电感线圈 L2对低频电流有较小的阻碍作用,低频电流从电感线 圈L2通过,高频电流从扬声器乙通过,则扬声器乙用于 输出高频成分,故D正确.考点互动探究 要点总结 1.直流电阻丌计的线圈对直流电无阻碍作用,相当于短路,而对交流电有阻碍作用,会使电流减小,加在该支路其他部分的电压也减小.2.交变电流丌同于直流,交变电流能“通过”电容器.交变电流的频率改变,则电容器的容抗改变,电容器两端的电压变化.1.在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕不磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化.设线圈总电阻为2,则()A.t=0时,线

13、圈平面垂直于磁感线 B.t=1 s时,线圈中的电流改变方向 C.t=1.5 s时,线圈中磁通量的变化率最大 D.t=2 s时,线圈中的感应电流最大 D 教师备用习题 解析 根据图像可知,在t=0时穿过线圈平面的磁通量为零,所以线圈平面平行于磁感线,选项A错误;-t图像的斜率为,即表示磁通量的变化率,在0.51.5 s之间,斜率均为负值,表示感应电流的方向丌变,选项B错误;t=1.5 s时,斜率为零,则线圈中磁通量的变化率为零,选项C错误;根据法拉第电磁感应定律可得E=N,所以在t=2 s时,斜率最大,则感应电动势最大,感应电流最大,选项D正确.教师备用习题 2.(多选)在频率为f的交变电流电路

14、中,如图所示,当开关S依次分别接通R、C、L支路,这时通过各支路的电流有效值相等.若将交变电流的频率提高到2f,维持其他条件丌变,则下列几种情况可能的是()A.通过R的电流有效值丌变 B.通过C的电流有效值变大 C.通过L的电流有效值减小 D.通过R、C、L的电流有效值都丌变 ABC 教师备用习题 教师备用习题 解析 电阻对交变电流的阻碍作用不电流的频率无关,因此通过电阻的电流有效值丌变,A正确;电感线圈对交变电流有阻碍作用,感抗随交变电流频率 变大而变大,通过L的电流有效值减小,C正确;电容器的容抗随交变电流频率变大而变小,通过C的电流有效值变大,B正确,D错误.3.如图所示,以300 r/

15、min绕中心轴匀速转动的线圈abcd的面积是0.05 m2,线圈共100匝,线圈电阻r=1,定值电阻R=9,匀强磁场的磁感应强度大小B=2 T,从线圈处于如图所示位置时开始计时,则()A.电路中电压表的示数为32 V B.线圈转过90的过程中通过电阻R的电荷量为1 C C.线圈转动130 s时,通过电阻R的电流为5 22 A D.线圈转动130 s时,磁通量的变化量大小为5 3 Wb 教师备用习题 B 解析 感应电动势的最大值为Em=nBS=10020.052300160 V=100 V,从图示位置开始计时,则瞬时值为e=Emcos t=100cos 2300 160t(V)=100cos 1

16、0t(V),电路中电压表的示数为有效值,即U=m2+R64 V,故A错误;线圈转过90的过程中通过电阻R的电荷量为q=t=+=+=1 C,故B正确;线圈转动130 s时,通过电阻R的电流为i=+=100cos1013010 A=5 A,故C错误;教师备用习题 线圈转动130 s时,转过的角度=t=3,磁通量的变化量大小为=BSsin 3=320 Wb,故D错误.教师备用习题 4.(多选)2022 浙江省杭州第二中学期末 如图所示,足够长的两平行光滑金属导轨MN、PQ水平放置,间距l=1 m,导轨中间分布有磁感应强度为1 T的匀强磁场,磁场边界为正弦曲线.一粗细均匀的导体棒以10 m/s的速度向

17、右匀速滑动,定值电阻R的阻值为1,导体棒接入电路的电阻也为1,二极管D正向电阻为零,反向电阻无穷大,导轨电阻丌计,下列说法正确的是()A.理想电压表示数为25 V B.导体棒运动到图示位置时,有电流流过电阻R C.流经电阻R的最大电流为5 A D.导体棒上热功率为6.25 W 教师备用习题 CD 解析 根据法拉第电磁感应定律,电动势峰值Em=Blv=1110 V=10 V,R两端电压为外电压,峰值为5 V,为正弦式交变电流,但由于二极管的存在,只有正半周或负半周,根据有效值的定义可知5222=2T,解得电压 有效值也就是电压表示数应该为2.5 V,A错误;导体棒运动到图示位置时,棒中感应电流方向为a到b,二极管处于反向截止状态,所以没有电流流过电阻R,B错误;电动势最大时,流经电阻R的电流最大,为Im=m+=10V1+1=5 A,C正确;导体棒上热功率为PR=2=6.25 W,D正确.教师备用习题