2020版高考物理一轮复习教师用书：11 第十一章　交变电流　传感器 (4份打包)

考点要求 高考命题热点分析 交变电流、交变电流的图象 Ⅰ 　　虽然2017年高考对该部分知识点考查不多，主要是动量和原子物理部分出了两道选择题的原因，但交变电流仍是选择题中的命题热点. 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、交变电流图象及表述(峰值、有效值、瞬时值)、理想变压器原理及远距离输电，理想变压器电路中原、副线圈各物理量之间的制约关系是复习重点. 正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 Ⅰ 理想变压器 Ⅱ 远距离输电 Ⅰ 第一节　交变电流的产生和描述 【基础梳理】 【自我诊断】 判一判 (1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化．(　　) (2)大小变化而方向不变的电流也叫交变电流．(　　) (3)线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，经过中性面时产生的感应电动势最大．(　　) (4)在一个周期内，正弦交流电的方向改变两次．(　　) (5)交变电压的有效值与峰值之间的关系是U＝.(　　) (6)交流电压表及交流电流表的读数均为瞬时值．(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)× 做一做 如图所示为一交变电流随时间变化的图象，此交流电的有效值是(　　) A．5 A　 B．5 A C．3.5 A D．3.5 A 提示：大小方向　周期性变化　正弦式　锯齿形　正弦式交变电流　一次周期性变化　1 s内　T＝　在某一时刻 　最大值　在相同的时间内产生的热量相等　平均值 提示：选B.选择一个周期(0.02 s)的时间，根据交流电有效值的定义和焦耳定律，有：I2R×0.02 s＝(4 A)2R×0.01 s解得：I＝5 A，即B项正确． A)2R×0.01 s＋(3 　交变电流的产生和变化规律 【知识提炼】 1．正弦式交变电流的变化规律(线圈从中性面位置开始计时) 函数 图象 磁通量 Φ＝Φmcos ωt ＝BScos ωt 电动势 e＝Emsin ωt ＝nBSωsin ωt 电压 u＝Umsin ωt ＝sin ωt 电流 i＝Imsin ωt ＝sin ωt 2.两个特殊位置及其特点 两个特殊位置 示意图 特点 中性面 Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，交变电流方向发生改变 与中性面垂直的位置 Φ＝0，最大，e最大， i最大，交变电流方向不改变 3.书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 (1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω、Im＝求出相应峰值． (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式． ①线圈从中性面位置开始转动，则i－t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsin ωt. ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i－t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcos ωt. 【典题例析】 　图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)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)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，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； (3)若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热．(其他电阻均不计) [审题指导]　从线圈平面经过中性面开始计时，则线圈在时间t内转过角度ωt，瞬时感应电动势e＝Em·sin ωt，其中Em＝NBSω.线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，要注意此时线圈的初相位．计算线圈转动一周电阻R上产生的焦耳热，要用有效值进行计算． [解析]　(1)矩形线圈abcd转动过程中，只有ab和cd切割磁感线，设ab和cd的转动速度为v，则 v＝ω· 在t时刻，ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为E1＝BL1v⊥ 由图可知v⊥＝vsin ωt 则整个线圈的感应电动势为 e1＝2E1＝BL1L2ωsin ωt. (2)当线圈由题图丙位置开始运动时，在t时刻整个线圈的感应电动势为 e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0)． (3)由闭合电路欧姆定律可知 I＝ 这里E为线圈产生的感应电动势的有效值 E＝＝ 则线圈转动一周在R上产生的焦耳热为 QR＝I2RT 其中T＝ 于是QR＝πRω.