現(xiàn)代文閱讀Ⅰ把握共性之“新”打通應(yīng)考之“脈”第三章交變電流第一節(jié)認(rèn)識(shí)交變電流[學(xué)習(xí)目標(biāo)]

1．觀察交變電流的圖像，理解交變電流和直流的概念．2．理解交變電流的產(chǎn)生過程，會(huì)分析電動(dòng)勢(shì)和電流方向的變化規(guī)律．3．知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法，知道交變電流的瞬時(shí)值、峰值的物理含義．4．知道交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造．必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備知識(shí)點(diǎn)一交變電流1．恒定電流：____和____都不隨時(shí)間改變的電流．2．交變電流：____和____都隨時(shí)間做____性變化的電流，簡(jiǎn)稱__流(AC)．3．波形圖：____或____隨時(shí)間變化的圖像．4．日常生活和生產(chǎn)中所使用的交變電流是按____規(guī)律變化的交變電流．強(qiáng)弱方向強(qiáng)弱方向周期交電流電壓正弦知識(shí)點(diǎn)二交變電流的產(chǎn)生1．交流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)：____、磁極、滑環(huán)及____．2．過程分析3．中性面(1)定義：線圈平面與磁感線____時(shí)的位置．(2)特點(diǎn)：①穿過線圈的Φ____，但線圈中的感應(yīng)電流為__；②線圈平面每經(jīng)過一次中性面，感應(yīng)電流方向就________．線圈電刷垂直最大零改變一次知識(shí)點(diǎn)三交變電流的變化規(guī)律1．正弦式交變電流定義：按_____規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡(jiǎn)稱正弦式交流電．正弦2．瞬時(shí)值表達(dá)式從中性面開始計(jì)時(shí)，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)：e＝__________瞬時(shí)電壓：u＝__________瞬時(shí)電流：i＝__________注：表達(dá)式中Em、Um、Im分別是電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的____，而e、u、i則是這幾個(gè)量的_______．EmsinωtUmsinωtImsinωt峰值瞬時(shí)值3．幾種不同類型的交變電流1．思考判斷(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”)(1)交變電流是方向隨時(shí)間做周期性變化的電流． (

)(2)只有按正弦規(guī)律變化的電流才是交變電流． (

)(3)交流電源沒有正、負(fù)極之分． (

)(4)只要閉合線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生交變電流． (

)(5)交變電流是矩形線圈繞平行于磁場(chǎng)方向的軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電流． (

)√×

√×

×

2．(多選)如圖所示圖像中屬于交變電流的有(

)√√A

B

CD√ABC

[交變電流是方向隨時(shí)間做周期性變化的電流，所以A、B、C正確；D僅是電流的大小發(fā)生變化而方向不變，故不屬于交變電流，所以D錯(cuò)誤．]3．關(guān)于線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電流，下列說法正確的是(

)A．線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向就改變一次B．線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向不變C．線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向都要改變一次D．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向都要改變一次√C

[當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電流時(shí)，線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向均改變一次，轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向改變兩次．故只有C正確．]關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成(1)探究交變電流的特點(diǎn)如圖所示，把電流表接入到模型發(fā)電機(jī)的輸出端，搖動(dòng)發(fā)電機(jī)的手柄，觀察電流表的指針擺動(dòng)情況是怎樣的？電流表指針的擺動(dòng)情況說明什么問題？提示：隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，電流表的指針不停地在“0”刻度線兩側(cè)左右擺動(dòng)，說明手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流大小、方向都處于變化中．(2)如圖所示，此位置磁通量為多少？是否有感應(yīng)電流？如果有，判斷感應(yīng)電流的方向．提示：此位置磁通量為0，有感應(yīng)電流，且感應(yīng)電流最大，方向?yàn)閍bcd．考點(diǎn)1交流與直流1．直流、交流、恒定電流的特點(diǎn)(1)電流分類：按電流的方向是否變化分直流和交流兩種，方向不變的電流稱為直流，方向隨時(shí)間做周期性變化的電流稱為交流．(2)直流分類：分為恒定電流和脈動(dòng)直流，其中大小、方向都不隨時(shí)間改變的電流叫恒定電流，方向不隨時(shí)間改變而大小隨時(shí)間改變的電流叫脈動(dòng)直流．(3)交流分類：按交流電圖像特點(diǎn)分正弦(或余弦)式交變電流、矩形波交變電流、鋸形波交變電流等．2．交流與直流的本質(zhì)區(qū)別(1)交變電流的大小不一定變化，如矩形波交變電流；直流的大小不一定不變．(2)交變電流與直流的最大區(qū)別在于交變電流的方向發(fā)生周期性變化，而直流的方向不變．【典例1】對(duì)于如圖所示的電流i隨時(shí)間t做周期性變化的圖像，下列描述正確的是(

)

A．電流的大小變化，方向也變化，是交流電B．電流的大小變化，方向不變，不是交流電C．電流的大小不變，方向不變，是直流電D．以上說法都不正確√B

[由i-t圖像可知，電流的大小變化，但電流方向一直為正，故電流方向不變，根據(jù)交變電流、直流的定義可知，該電流是直流，B正確．]規(guī)律方法

識(shí)別交變電流的兩點(diǎn)技巧(1)只要電流的方向發(fā)生周期性變化即為交變電流．(2)在i-t或u-t圖像中，正負(fù)表示方向，在讀圖時(shí)不僅要注意圖像中的坐標(biāo)原點(diǎn)是否為0，還要觀察i(u)的值有無正負(fù)變化．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．下圖中不屬于交變電流的是(

)√D

[大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫交變電流，則A、B、C三項(xiàng)都是交變電流，故A、B、C正確，不符合題意；D項(xiàng)中電流的方向不變，不是交變電流，故D錯(cuò)誤，符合題意．故選D．]考點(diǎn)2交變電流的產(chǎn)生比較內(nèi)容中性面中性面的垂直面位置線圈平面與磁場(chǎng)垂直線圈平面與磁場(chǎng)平行圖示

磁通量最大零比較內(nèi)容中性面中性面的垂直面磁通量變化率零最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)零最大感應(yīng)電流零最大電流方向改變不變【典例2】

(多選)圖甲是交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極之間的磁場(chǎng)可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，金屬線圈ABCD繞轉(zhuǎn)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．G為電流傳感器(與計(jì)算機(jī)相連)，R為定值電阻，線圈電阻為r，其余電阻不計(jì)．圖乙為計(jì)算機(jī)上顯示的電流數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的圖像，下列說法正確的是(

)A．金屬線圈恰好處于圖甲所示的位置時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，對(duì)應(yīng)圖乙中t1或t3時(shí)刻B．金屬線圈恰好處于圖甲所示的位置時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，對(duì)應(yīng)圖乙中t2或t4時(shí)刻C．t1、t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大，磁通量變化率最小D．t2、t4時(shí)刻穿過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大，磁通量變化率最小√√AC

[金屬線圈恰好處于題圖甲所示的位置時(shí)，磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，此時(shí)瞬時(shí)電流為0，對(duì)應(yīng)題圖乙中t1或t3時(shí)刻，A正確，B錯(cuò)誤；t1、t3時(shí)刻電流為0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，此時(shí)線圈平面處于中性面，穿過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大，磁通量變化率最小，C正確；t2、t4時(shí)刻電流最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，此時(shí)線圈平面與磁感線平行，穿過線圈的磁通量為0，磁通量變化率最大，D錯(cuò)誤．]

[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．交流發(fā)電機(jī)發(fā)電示意圖如圖所示，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，下列說法正確的是(

)A．轉(zhuǎn)到圖甲位置時(shí)，通過線圈的磁通量變化率最大B．轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C．轉(zhuǎn)到圖丙位置時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大D．轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí)，AB邊感應(yīng)電流方向?yàn)锳→B√D

[轉(zhuǎn)到題圖甲位置時(shí)，線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，但磁通量變化率為零，A錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到題圖乙位置時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，B錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到題圖丙位置時(shí)，線圈位于中性面位置，此時(shí)感應(yīng)電流最小，C錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到題圖丁位置時(shí)，根據(jù)楞次定律可知AB邊感應(yīng)電流方向?yàn)锳→B，D正確．]

2．峰值(1)由e＝NBSωsinωt可知，電動(dòng)勢(shì)的峰值Em＝NBSω．(2)交變電動(dòng)勢(shì)的最大值，由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω及線圈面積S決定，與線圈的形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)，但轉(zhuǎn)軸必須垂直于磁場(chǎng)，因此如圖所示幾種情況，若N、B、S、ω相同，則電動(dòng)勢(shì)的最大值相同．

【典例3】如圖所示，一邊長(zhǎng)為l的正方形線圈abcd繞對(duì)稱軸OO′在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n＝120轉(zhuǎn)/分，若已知邊長(zhǎng)l＝20cm，匝數(shù)N＝20匝，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2T，求：(1)轉(zhuǎn)動(dòng)中的最大電動(dòng)勢(shì)及位置；(2)從中性面位置開始計(jì)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式；(3)從圖示位置轉(zhuǎn)過90°過程中的平均電動(dòng)勢(shì)．

[答案]

(1)2.0V線圈平面與磁場(chǎng)平行(2)e＝2sin4πt(V)

(3)1.28V規(guī)律方法

求解交變電流的瞬時(shí)值問題的答題模型

[答案]

(1)e＝100sin20πt(V)

(2)86.6V學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)1．甲、乙兩電路中電流與時(shí)間關(guān)系如圖所示，屬于交變電流的是(

)A．甲、乙都是 B．甲是，乙不是C．乙是，甲不是 D．甲、乙都不是√B

[題圖甲中電流大小不變、方向變化，是交流，題圖乙中電流大小變化、方向不變，是直流，故選B．]2．交流發(fā)電機(jī)發(fā)電過程示意圖如圖所示，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，下列說法正確的是(

)A．轉(zhuǎn)到圖甲位置時(shí)，線圈位于中性面位置B．轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí)，線圈中電流方向發(fā)生改變C．轉(zhuǎn)到圖丙位置時(shí)，CD邊感應(yīng)電流方向?yàn)镈→CD．轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí)，線圈中的磁通量變化率最大√B

[轉(zhuǎn)到題圖甲位置時(shí)，線圈位于中性面垂直的位置，故A錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到題圖乙位置時(shí)，即線圈位于中性面位置，此時(shí)線圈中電流方向發(fā)生改變，故B正確；轉(zhuǎn)到題圖丙位置時(shí)，由右手定則可得，CD邊感應(yīng)電流方向?yàn)镃→D，故C錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到題圖丁位置時(shí)，線圈中的磁通量最大，磁通量變化率為零，故D錯(cuò)誤．]3．閉合矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的某一固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是(

)A．t1時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流為零B．t2時(shí)刻線圈位于中性面C．t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量變化率最大D．t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小√A

[t1時(shí)刻線圈位于中性面，線圈中感應(yīng)電流為零，A正確；t2時(shí)刻線圈在與磁感線平行位置，即垂直于中性面位置，B錯(cuò)誤；t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量最大，變化率為零，C錯(cuò)誤；t4時(shí)刻磁通量為零，磁通量變化率最大，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，D錯(cuò)誤．]提示：區(qū)分直流和交流的最根本一點(diǎn)是看電流方向是否變化．回歸本節(jié)內(nèi)容，自我完成以下問題：1．交流與直流的本質(zhì)區(qū)別是什么？2．線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流的條件是什么？提示：(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．提示：線圈轉(zhuǎn)至中性面位置時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，磁通量變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零．3．線圈轉(zhuǎn)至中性面位置的特點(diǎn)是什么？題時(shí)分層作業(yè)(九)認(rèn)識(shí)交變電流

題組一交變電流和直流1．(多選)如圖所示，其中的線圈能產(chǎn)生交流的是(

)√√A

B

C

DBD

[當(dāng)線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，磁通量發(fā)生變化，才能產(chǎn)生交流，B、D項(xiàng)中的線圈能產(chǎn)生交流，A、C項(xiàng)中線圈的磁通量不發(fā)生變化，故不能產(chǎn)生交變電流．]題/p>

題組二交變電流的產(chǎn)生2．(多選)某款伸展運(yùn)動(dòng)傳感器的原理圖如圖甲所示，它由一電極和可伸縮柱極體組成，可在非接觸狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)力—電轉(zhuǎn)換．電極通過電阻接地處理，當(dāng)帶負(fù)電的柱極體靠近電極時(shí)，從地面引出的電荷在電極上產(chǎn)生．當(dāng)復(fù)合柱極體拉伸時(shí)，彈性體和柱極體粒子發(fā)生形變，改變了電極上的感應(yīng)電荷量，并通過電阻器產(chǎn)生電流(電子移動(dòng)方向如圖乙中箭頭所示)．下列說法正確的是(

)題．在拉伸復(fù)合柱極體的過程中，電流自左向右流經(jīng)電阻RB．在拉伸復(fù)合柱極體的過程中，柱極體內(nèi)電荷相互作用的電勢(shì)能減小C．在拉伸復(fù)合柱極體的過程中，電極上的電勢(shì)將升高D．周期性拉伸復(fù)合柱極體，將有交變電流流經(jīng)電阻R題√BD

[電流方向規(guī)定為正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向，由題圖乙中電荷移動(dòng)方向可知電流自右向左流經(jīng)電阻R，故A錯(cuò)誤；在拉伸復(fù)合柱極體的過程中，柱極體內(nèi)電荷距離增大，電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功，相互作用的電勢(shì)能減小，故B正確；電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相反，根據(jù)電流從高電勢(shì)流向低電勢(shì)這一原理可知，在拉伸復(fù)合柱極體的過程中，電極上的電勢(shì)降低，故C錯(cuò)誤；周期性拉伸復(fù)合柱極體，則電流將往返通過電阻R，故將有交變電流流經(jīng)電阻R，故D正確．故選BD．]題3．交流發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示，當(dāng)線圈ABCD繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是(

)A．圖示位置磁通量最大，磁通量的變化率最大B．圖示位置電流最大，方向?yàn)锳→BC．從圖示位置開始轉(zhuǎn)過90°時(shí)，電流方向?qū)l(fā)生改變D．從圖示位置開始轉(zhuǎn)過90°時(shí)，電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值題

[題圖所示位置線圈平面與磁感線的方向垂直，穿過線圈的磁通量最大，磁通量變化率為零，感應(yīng)電流為零，每經(jīng)過一次題圖所示位置(中性面)，電流方向就改變一次，A、B、C錯(cuò)誤；從題圖所示位置開始轉(zhuǎn)過90°時(shí)，線圈平面與磁感線的方向平行，穿過線圈的磁通量為零，磁通量變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值，D正確．故選D．]題4．一矩形線圈繞與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的中心軸OO′沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，引出線的兩端各與互相絕緣的半圓銅環(huán)連接，兩個(gè)半圓銅環(huán)分別與固定電刷A、B滑動(dòng)接觸，電刷間接有電阻R，如圖所示，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，通過R的電流(

)A．大小和方向都不斷變化B．大小和方向都不變C．大小不斷變化，方向是A→R→BD．大小不斷變化，方向是B→R→A題

[線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的是交變電流，大小不斷變化，但由于通過換向器和電刷，流過R的方向一直是A→R→B，故C正確．]√

題AB

[由電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式可知計(jì)時(shí)是從線圈位于中性面時(shí)開始，即t＝0時(shí)，e＝0，此時(shí)線圈平面位于中性面，磁通量最大，線圈速度方向與磁感線平行，切割磁感線的有效速率為0，A、B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)t＝0.4s時(shí)，代入式中得e＝10sin20πt(V)＝10×sin(20π×0.4)(V)＝0，D錯(cuò)誤．]題號(hào)135246879106．如圖所示為交流發(fā)電機(jī)的模型圖，下列說法正確的是(

)A．僅對(duì)調(diào)磁極N和S，發(fā)電機(jī)將輸出直流電B．僅增加線圈匝數(shù)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)將增大C．僅提高線圈轉(zhuǎn)速，輸出電流頻率不變D．僅換用更粗的導(dǎo)線制作的線圈，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)將更大題B

[集電環(huán)的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，但通過磁極的對(duì)調(diào)只是實(shí)現(xiàn)了電流的方向改變，故A錯(cuò)誤；旋轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)峰值為E＝NBSω，增加匝數(shù)N，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)會(huì)增大，故B正確；由于ω＝2πn，提高線圈的轉(zhuǎn)速會(huì)使產(chǎn)生的交變電流頻率增大，故C錯(cuò)誤；用更粗的導(dǎo)線制作的線圈能夠減小線圈內(nèi)阻，可以提高輸出電壓，但不影響電動(dòng)勢(shì)，故D錯(cuò)誤．故選B．]題號(hào)135246879107．如圖所示，單匝矩形線圈電阻為R，邊長(zhǎng)分別是l1和l2．在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)