2019年度高考物理一轮复习 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一、正弦式交变电流1.产生线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.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.3.电流方向的改变一个周期内线圈中电流的方向改变两次.4.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.5.交变电动势随时间的变化规律e＝nBSωsinωt.自测1　(多选)关于中性面，下列说法正确的是(　　)

2、A.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零B.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大C.线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次D.线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次答案　AC二、描述交变电流的物理量1.周期和频率(1)周期T：交变电流完成1次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s).表达式为T＝＝(n为转速).(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

3、：T＝或f＝.2.交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数.(2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值.(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值.(4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系I＝，U＝，E＝.(5)交变电流的平均值：＝n，＝.自测2　(多选)图1甲为交流发电机的原理图，正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，电流表为

4、理想交流电表，线圈中产生的交变电流随时间的变化如图乙所示，则(　　)图1A.电流表的示数为10AB.线圈转动的角速度为50rad/sC.0.01s时线圈平面和磁场平行D.0.01s时通过线圈的磁通量变化率为0答案　AD命题点一　交变电流的产生及变化规律1.交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)　规律物理量函数表达式图象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝sinωt电流i＝Imsinωt＝sinωt2.交变电流瞬时值表达式的书写(

5、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.如：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＝Imsinωt.②线圈从垂直于中性面的位置开始转动，则i－t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcosωt.例1　(多选)(2016·全国卷Ⅲ·21)如图2，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强

6、磁场，磁场方向垂直于纸面.现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则(　　)图2A.两导线框中均会产生正弦交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在t＝时，两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等答案　BC解析　两导线框进入磁场过程中，匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变，选项A错误；导线框的转动周期为T，则感应电流的周期也为T，选项B正确；在t＝时，切割磁感线的有效长度相同，两导线

7、框中产生的感应电动势相等，选项C正确；M导线框中一直有感应电流，N导线框中只有一半时间内有感应电流，所以两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值不相等，选项D错误.变式1　(多选)一只闭合的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化图象如图3所示，则下列说法正确的是(　　)图3A.t＝0时刻线圈平面与中性面重合B.t＝0.1s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大C.t＝0.2s时刻，线圈中有最大感应电动势D.若转动周期减小一半，则电动势也减小一半答案　AB解析　矩形线圈在匀

8、强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，若以线圈通过中性面时为计时起点，感应电动势瞬时值表达式为e＝Emsinωt，由题图可知Φ＝Φmcosωt，当Φ最大时，＝0，即e＝0，线圈平面与中性面重合；当Φ＝0时，为最大，即e＝Em，所以A、B正确，C错误；由Em＝nBSω可知，周期减半时角速度增大一倍，则电动势就增大一倍，故D错误.变式2　如图4甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁