2019年高考物理第十一章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述学案

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1、第1讲　交变电流的产生和描述板块一　主干梳理·夯实基础　【知识点1】　交变电流、交变电流的图象　Ⅰ1．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叫做交变电流。(2)图象：图(a)、(b)、(c)、(d)所示电流都属于交变电流，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。2．正弦式交变电流的产生和变化规律(1)产生：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动产生的电流是正弦式交变电流。(2)中性面①中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置称为中性面。②中性面的特点以及与峰

2、值面(中性面的垂面)的比较(3)正弦式交流电的图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果从线圈位于中性面位置时开始计时，其图象为正弦曲线。如图甲、乙所示。(4)变化规律正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置时开始计时)①电动势e随时间变化的规律：e＝Emsinωt，其中ω表示线圈转动的角速度，Em＝nBSω。②负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝Umsinωt。③电流i随时间变化的规律：i＝Imsinωt。【知识点2】　描述交变电流的物理量　Ⅰ1．周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一

3、次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝。(2)频率(f)：交变电流在1s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＝或f＝。2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流的电动势、电流或电压在某一时刻的值，是时间的函数。(2)峰值：交变电流的电动势、电流或电压所能达到的最大值。(3)有效值①定义：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。②有效值和峰值的关系：E＝

4、，U＝，I＝。(适用于正弦式交流电)(4)平均值：交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值。板块二　考点细研·悟法培优考点1正弦式电流的变化规律及应用[拓展延伸]1．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置时开始计时)2．两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝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，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。例1　图1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

5、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2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

6、3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)(1)导线切割磁感线产生的感应电动势的表达式是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示：E＝Blvsinθ(θ为B与v方向

7、间的夹角)(2)焦耳定律是________________________________________________________________________。提示：Q＝I2RT尝试解答　(1)e1＝BL1L2ωsinωt(2)e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0)(3)πRω2。(1)矩形线圈abcd转动过程中，只有ab和cd导线切割磁感线，设ab和cd导线转动的线速度为v，则v＝ω·在t时刻，导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为E1＝BL1vy由图可知vy＝vsinωt则

8、整个线圈的感应电动势为e1＝2E1＝BL1L2ωsinωt。(2)当线圈由图3位置开始转动时，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＝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＝πRω2。总结升华解决交变电流图象问题的四点注意(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＝nBS