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1、专题十二 交变电流高考物理（课标专用）考点一 交变电流的产生及描述考点清单考向基础1.交变电流大小和方向都随时间①做周期性变化的电流叫做交变电流。如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按②正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流,如图(a)所示。2.正弦式交变电流的产生和变化规律(1)产生:在匀强磁场里,绕垂直于磁场方向的轴③匀速转动的线圈里产生的是正弦式交变电流。(2)规律a.函数形式:若N匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,磁感应强度为B,从中性面开始计时,其函数形式为e=④NBSω
2、sinωt,用Em=⑤NBSω表示电动势的最大值,则有e=Emsinωt。其电流大小为i==sinωt=⑥Imsinωt。b.图像:用以描述正弦交流电电流随时间变化的规律,如图(a)所示。3.表征交变电流的物理量(1)瞬时值:交变电流某一时刻的值。(2)最大值:即最大的瞬时值。(3)有效值:跟交变电流的⑦热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值。(4)周期和频率:交变电流完成⑧一次周期性变化所用的时间叫周期;1s内完成周期性变化的次数叫频率。它们和角速度间的关系为ω==2πf。考向突破考向一 交变电流的产生正弦式交
3、变电流磁通量和电动势的关系计时起点物理量函数图像从S⊥B(中性面)开始计时磁通量Φ=Φmcosωt电动势e=Emsinωt从S∥B(磁通量为零)开始计时磁通量Φ=Φmsinωt电动势e=Emcosωt说明Φm=BS;Em=NBSω例1(2014天津理综,7,6分)如图1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像如图2中曲线a、b所示,则( )A.两次t=0时刻线圈平面均与中性面重合B.曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3C.曲线a表示的交变电动势频率为25HzD
4、.曲线b表示的交变电动势有效值为10V解析由图2知t=0时两次转动产生的瞬时电动势都等于零,故A正确。由图2知两次转动所产生的交变电动势的周期之比Ta∶Tb=2∶3,再由周期与转速的关系n=得na∶nb=3∶2,故B错误。因Ta=4×10-2s,故fa==25Hz,C正确。因Ema=15V,而Em=NBSω=,故Emb=Ema=10V,Eb==5V,D错误。答案 AC考向二 交变电流的描述一、正弦式交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明交变电流某一时刻的值e=Emsinω
5、ti=Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况的瞬时值峰值最大的瞬时值Em=NBSωEm=NΦmωIm=讨论电容器的击穿电压跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正弦式交变电流有:E=Em/U=Um/I=Im/(1)计算与电流热效应有关的量(如功、功率、热量等)(2)电器设备“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平均值交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值=BL=n=计算一段时间内通过导体横截面的电荷量二、有效值和平均值的计算1.有效值(1)各种交流电器设备上所标的额定电压和额定电流,一般交变电流表
6、、电压表测量的值均为有效值。(2)求电功、电功率、焦耳热以及确定保险丝的熔断电流等物理量时,要用有效值计算。(3)有效值的计算方法①正弦式交变电流的有效值U=Um;②非正弦式交变电流的有效值由有效值定义计算。例2(2014课标Ⅱ,21,6分)如图,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd,则( )A.Uab∶Ucd=n1∶
7、n2B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd越大D.将二极管短路,电流表的读数加倍解析a、b端的电压为正弦式交变电压,故电压表测得的电压Uab=。副线圈两端电压也为正弦式交变电压,但由于二极管的单向导电特性,从而使c、d两端的电压成为脉动直流电,由有效值定义可得T=×,即Ucd=,故Uab∶Ucd==n1∶n2,A错误。因R增大时消耗的功率P=减小,原线圈输入功率减小,故U1不变时I1减小,B正确。由Uab∶Ucd=n1∶n2可知Ucd与负载的阻值无关,C错误。将二极管短路时R两端
8、电压成为正弦式交变电压,其有效值Ucd'=,故此时R消耗的功率P'=为原来的2倍,原线圈中的电流也变为原来的2倍,故D正确。答案 BD2.平均值(1)求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值。q=·t,=(2)的计算:①=n;②=BL(导体切割磁感线),其中=(s为切割部分的位
