
①物理觀念:交變電流、中性面;周期、頻率、有效值、相位;理想變壓器;電網(wǎng)供電.②科學(xué)思維:圖像法表示交變電流;等效法定義有效值;有效值與平均值辨析;特殊形式交變電流的有效值計(jì)算;理論法定義理想變壓器;控制變量法在電能輸送中的應(yīng)用.
③科學(xué)探究:探究交變電流瞬時(shí)值的表達(dá)式;探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系;降低輸電損耗的途徑.④科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:交變電流在生活中的應(yīng)用(交流發(fā)電機(jī)等);升、降變壓器的應(yīng)用.
本章重點(diǎn) ①掌握交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律;②知道交變電流的峰值、瞬時(shí)值的含義;③知道描述交變電流的峰值、瞬時(shí)值、平均值、周期、頻率等物理量,并理解這些物理量的意義;④理解互感現(xiàn)象和變壓器的工作原理;⑤掌握理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系及應(yīng)用;⑥知道遠(yuǎn)距離輸電時(shí)決定電能損失的因素,了解高壓輸電的原因.
本章難點(diǎn) ①交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律;②會(huì)根據(jù)有效值的定義求交變電流的有效值;③能根據(jù)正弦式電流的峰值和有效值的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算;④掌握理想變壓器的功率關(guān)系,并導(dǎo)出原、副線圈中的電流關(guān)系及應(yīng)用;⑤知道遠(yuǎn)距離輸電線路的基本構(gòu)成,能夠?qū)?jiǎn)單的遠(yuǎn)距離輸電線路進(jìn)行計(jì)算.
1.交變電流:強(qiáng)弱和方向都隨時(shí)間做__________變化的電流,稱為交變電流(Alternating Current),簡(jiǎn)稱交流(AC).2.直流:________不隨時(shí)間變化的電流稱為直流.強(qiáng)弱和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流.
如圖甲、乙所示的電流中,哪個(gè)是交流電? 【答案】乙所示的電流為交流電.
(多選)如圖所示的圖像中屬于交變電流的是( )【答案】ABC【解析】A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化,故它們屬于交變電流,但不是正弦式交變電流; D中e的方向未變化,故是直流.
1.產(chǎn)生條件:在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,矩形線圈繞______________方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng).2.中性面:線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中,線圈平面與磁場(chǎng)________時(shí)所在的平面.
中性面是任意規(guī)定的嗎?【答案】不是.中性面是一個(gè)客觀存在的平面,即與磁感線垂直的平面.
關(guān)于線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的交變電流,以下說(shuō)法中正確的是( )A.線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次,感應(yīng)電流方向就改變一次,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向不變B.線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電流方向就改變一次C.線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的方向都要改變一次D.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流方向都要改變一次
【答案】C【解析】線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí),線圈平面垂直于磁感線,磁通量最大,但磁通量的變化率、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流均為零,電流方向恰好發(fā)生變化.因此,線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電流時(shí),每經(jīng)過(guò)中性面一次,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的方向都要改變一次,線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,經(jīng)過(guò)中性面兩次,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的方向都改變兩次,C正確.
1.正弦式交變電流:按________規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流,簡(jiǎn)稱________________.2.當(dāng)線圈平面位于中性面時(shí),線圈中的磁通量______,線圈中的電流為_(kāi)_____,且線圈平面經(jīng)過(guò)中性面時(shí),電流方向就發(fā)生______,故線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流方向改變______次.3.從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式:e=__________,Em叫作電動(dòng)勢(shì)的_______.
如何理解線圈平面轉(zhuǎn)到中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,而線圈平面與中性面垂直時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大呢?
1.________轉(zhuǎn)動(dòng),________不動(dòng)的發(fā)電機(jī),叫作旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī).2.________轉(zhuǎn)動(dòng),________不動(dòng),線圈中同樣會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這種發(fā)電機(jī)叫作旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī).3.不論哪種發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)動(dòng)的部分都叫______子,不動(dòng)的部分都叫______子.
交流發(fā)電機(jī)輸出的電流都可以表示為i=Imsin ωt嗎?【答案】不一定.如果線圈從中性面的垂直面開(kāi)始計(jì)時(shí),則輸出的電流表示為i=Imcs ωt.
當(dāng)搖動(dòng)如圖所示的手搖交流發(fā)電機(jī)時(shí),發(fā)現(xiàn)小燈泡閃爍.此時(shí)流過(guò)小燈泡的電流是( )A.交流電B.直流電C.恒定電流D.渦流
【答案】A【解析】交流電是指方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的電流,直流電的方向不變,而恒定電流是指大小與方向均不變的電流,渦流是感應(yīng)電流.手搖交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的是交流電,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤.
1.交變電流產(chǎn)生過(guò)程的示意圖
2.兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)
3.正弦式交變電流的產(chǎn)生條件(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng).(2)線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng).(3)線圈的轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng)方向.
例1 (多選)如圖所示,矩形線框置于豎直向下的磁場(chǎng)中,通過(guò)導(dǎo)線與靈敏電流表相連,線框在磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),圖中線框處于豎直面內(nèi),下述說(shuō)法正確的是( )
A.因?yàn)榫€框中產(chǎn)生的是交變電流,所以電流表示數(shù)始終為零B.線框通過(guò)圖中位置瞬間,穿過(guò)線框的磁通量最大C.線框通過(guò)圖中位置瞬間,通過(guò)電流表的電流瞬時(shí)值最大D.若使線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大一倍,那么通過(guò)電流表電流的峰值也增大一倍【答案】CD
變式1 (多選)如圖所示為交流發(fā)電機(jī)示意圖,線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上,CD邊連在金屬滑環(huán)L上,兩個(gè)電刷E、F分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接.關(guān)于其工作原理,下列分析正確的是( )
A.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,穿過(guò)線圈的磁通量最大B.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,線圈中的感應(yīng)電流最大C.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,穿過(guò)線圈的磁通量最小D.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,線圈中的感應(yīng)電流最小【答案】AC【解析】當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,穿過(guò)線圈的磁通量最大,磁通量變化率為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,線圈中的感應(yīng)電流為零,故A正確,B錯(cuò)誤;當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,穿過(guò)線圈的磁通量最小,磁通量變化率最大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,線圈中的感應(yīng)電流最大, C正確,D錯(cuò)誤.
產(chǎn)生正弦式交變電流的條件是線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),與線圈的形狀和轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān). 線圈在中性面位置時(shí)磁通量最大,電流為零.線圈在垂直于中性面位置時(shí),磁通量為零,電流最大.
1.恒定電流的大小和方向都不隨時(shí)間變化.2.交變電流的方向變化,而直流的方向不變化.3.交變電流經(jīng)過(guò)電子電路的處理,也能變成直流.4.交變電流圖像初認(rèn)識(shí).
例2 關(guān)于交變電流和直流電的說(shuō)法,正確的是( )A.如果電流大小做周期性變化,則一定是交變電流B.直流電的大小可以變化,但方向不一定變化C.交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的D.交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性的變化【答案】D【解析】直流電的特征是電流方向不變,交流電的特征是電流方向改變,另外交變電流不一定都是正弦交流電或余弦交流電,D正確.
變式2 如圖所示,線圈中不能產(chǎn)生交變電流的是( )
【答案】A【解析】B、C、D中線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向均發(fā)生變化,故能產(chǎn)生交變電流,A中不產(chǎn)生交變電流.
1.發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、換向器、端蓋及軸承等部件構(gòu)成.定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成.2.轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成.轉(zhuǎn)子的功用是產(chǎn)生磁場(chǎng).安裝在定子里邊.3.原理由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子,轉(zhuǎn)子連接組裝起來(lái),使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn),做切割磁感線的運(yùn)動(dòng),從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),通過(guò)接線端子引出,接在回路中,便產(chǎn)生了電流.
例3 大型發(fā)電機(jī)幾乎都是旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī),下圖為其原理簡(jiǎn)圖.豎直平面內(nèi)閉合線圈abcd固定不動(dòng),磁鐵繞圖中的虛線旋轉(zhuǎn),線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.若條形磁鐵以10π rad/s 的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),且圖示時(shí)刻N(yùn)極正在向里轉(zhuǎn).現(xiàn)以圖示時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn),則下列推斷正確的是( )A.該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電頻率是10 HzB.t=0時(shí)線圈中的電流方向?yàn)閍bcdaC.t=0.5 s時(shí)線圈中的電流方向發(fā)生變化D.t=5 s時(shí)線圈中的電流最小
變式3 如圖所示,甲→乙→丙→丁→甲過(guò)程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖,線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上,cd邊連在金屬滑環(huán)L上,用導(dǎo)體制成的兩個(gè)電刷分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上,線圈在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路連接.已知線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω,轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中電路中的最大電流為Im.下列選項(xiàng)正確的是( )
A.在圖甲位置時(shí),線圈中的磁通量最大,感應(yīng)電流為零B.從圖乙位置開(kāi)始計(jì)時(shí),線圈中電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系式為i=Imsin ωtC.在圖丙位置時(shí),線圈中的磁通量最大,磁通量的變化率也最大D.在圖丁位置時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,cd邊電流方向?yàn)閏→d【答案】A
【解析】在圖甲位置時(shí),線圈中的磁通量最大,感應(yīng)電流為零,A正確;從圖乙位置開(kāi)始計(jì)時(shí),線圈中電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系式為i=Imcs ωt,B錯(cuò)誤;在圖丙位置時(shí),線圈中的磁通量最大,磁通量的變化率最小,感應(yīng)電流為0,C錯(cuò)誤;在圖丁位置時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,由右手定則可知,cd邊電流方向?yàn)閐→c,D錯(cuò)誤.
(1)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能;(2)發(fā)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成,旋轉(zhuǎn)的可以是線圈,也可以是磁體. 交流發(fā)電機(jī)線圈中產(chǎn)生交流電,輸送到外電路也是交流電;在交流發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中,并不是線圈的每一條邊都切割磁感線.
正弦式交變電流的瞬時(shí)值和峰值
解交變電流的瞬時(shí)值問(wèn)題的模型
1.如圖所示,屬于交變電流的是( )【答案】C【解析】方向隨時(shí)間做周期性變化是交變電流最重要的特征.A、B、D三項(xiàng)所示的電流大小隨時(shí)間做周期性變化,但其方向不變,不是交變電流,它們所表示的是直流電.C中電流的方向隨時(shí)間做周期性變化,故選C.
2.如圖所示為交流發(fā)電機(jī)示意圖,線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上,CD邊連在滑環(huán)L上,兩個(gè)電刷E、F分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接.下列說(shuō)法正確的是( )
A.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,穿過(guò)線圈的磁通量最小B.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,穿過(guò)線圈的磁通量最小C.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,線圈中的感應(yīng)電流最大D.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,線圈中的感應(yīng)電流最小
【答案】B【解析】當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,線圈平面與磁場(chǎng)垂直,穿過(guò)線圈的磁通量最大,但磁通量的變化率最小,且為零,故感應(yīng)電流為零,A、C錯(cuò)誤;當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,線圈平面與磁場(chǎng)平行,穿過(guò)線圈的磁通量最小,且為零,但磁通量的變化率最大,故感應(yīng)電流最大,B正確,D錯(cuò)誤.
3.如圖所示的四個(gè)裝置中,與發(fā)電機(jī)工作原理相同的是( )
【答案】B【解析】發(fā)電機(jī)工作原理為閉合回路部分導(dǎo)線切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電流,B圖符合,A圖為電動(dòng)機(jī)原理,C圖為表示通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng),D圖為通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng),B符合題意,A、C、D不符合題意.
4.(2022年肇慶期末)如圖甲所示是目前市面上流行的手搖手機(jī)充電器,它體型小,攜帶方便,可以在緊急狀態(tài)下給手機(jī)臨時(shí)充電.若某人搖動(dòng)手柄給手機(jī)充電時(shí),其內(nèi)部線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙所示位置時(shí),下列說(shuō)法正確的是( )A.線圈中無(wú)電流B.電流方向?qū)l(fā)生改變C.線圈中的電流最大D.穿過(guò)線圈磁通量的變化率為0
【答案】C【解析】當(dāng)線圈繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生正弦式交流電.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙所示位置時(shí),線圈中電流最大,A錯(cuò)誤,C正確;線圈轉(zhuǎn)到中性面時(shí),電流方向發(fā)生改變,B錯(cuò)誤;圖乙所示位置為中性面的垂面,磁通量為零,但穿過(guò)線圈磁通量的變化率最大,D錯(cuò)誤.
5.(多選)如圖所示,矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到圖示與磁場(chǎng)方向平行時(shí)( )A.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流
B.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)C.線圈分別繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流的方向相同,都是a→d→c→bD.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力
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