第十一章交变电流、传感器.doc

第1节　交变电流的产生及描述 一、交变电流的产生和变化规律 1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流． 2．正弦交流电 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． (2)中性面 定义：与磁场垂直的平面． 特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次． (3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时) 电动势(e)：e＝Emsin ωt. 电压(u)：u＝Umsin_ωt. 电流(i)：i＝Imsin_ωt. (4)图象(如图所示) 二、描述交变电流的物理量 1．交变电流的周期和频率的关系：T＝. 2．峰值和有效值 (1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的最大值． (2)有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值． (3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I＝，U＝，E＝. 3．平均值：＝n. [自我诊断] 1．判断正误 (1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化．(√) (2)大小变化而方向不变的电流也叫交变电流．(×) (3)线圈经过中性面时产生的感应电动势最大．(×) (4)在一个周期内，正弦交流电的方向改变两次．(√) (5)最大值和有效值之间的倍关系只适用于正弦(余弦)交流电．(√) (6)交流电压表及交流电流表的读数均为峰值．(×) 2．矩形线圈的面积为S，匝数为n，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动．当转到线圈平面与磁场垂直的图示位置时(　　) A．线圈中的电动势为nBSω B．线圈中的电动势为0 C．穿过线圈的磁通量为0 D．穿过线圈的磁通量变化率最大 解析：选B.图示时刻线框的四边都不切割磁感线，不产生感应电动势，即线圈中的电动势为0，故选项A错误，选项B正确；图示时刻线框与磁场垂直，磁通量最大，为Φ＝BS，故选项C错误；图示位置线圈中的电动势为0，根据法拉第电磁感应定律E＝n可知穿过线圈的磁通量变化率为0，故选项D错误． 3．(多选)某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin 100πt(V)．对此电动势，下列表述正确的有(　　) A．最大值是50 V　B．频率是100 Hz C．有效值是25 V D．周期是0.02 s 解析：选CD.由e＝Emsin ωt＝50sin 100 πt(V)可知，Em＝50 V，E有效＝＝25 V，ω＝100π rad/s，T＝＝0.02 s，f＝50 Hz，C、D正确． 4．一个小型电热器若接在输出电压为10 V的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为.如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为(　　) A．5 V B．5 V C．10 V D．10 V 解析：选C.电热器接到直流电源上，由功率表达式P＝可知，P＝＝.当其接到交流电源时，有＝，则U2＝U1，U2为正弦交流电的有效值，则此交流电的最大值Um＝U2＝10 V，C正确． 5．某手摇交流发电机，其线圈绕垂直于匀强磁场方向的轴(位于线圈平面内)匀速转动，产生的交变电流i随时间t变化的图象如图，由图象可知(　　) A．该交变电流频率是0.4 Hz B．该交变电流有效值是0.8 A C．该交变电流瞬时值表达式是i＝0.8sin(5πt)A D．t＝0.1 s时穿过线圈平面的磁通量最大 解析：选C.根据电流随时间变化的图象知，交流电的周期为0.4 s，故交流电的频率为2.5 Hz，A错误；交变电流的最大值为0.8 A，有效值为0.4 A，B错误；把ω＝＝5π rad/s代入正弦式交变电流的瞬时值表达式得i＝0.8sin(5πt)A，C正确；t＝0.1 s时，电流最大，此时穿过线圈平面的磁通量为零，D错误．考点一　正弦交变电流的产生与瞬时值表达式 1．正弦式交变电流的变化规律及对应图象(线圈在中性面位置开始计时) 函数 图象 磁通量 Φ＝Φm·cos ωt＝BScos ωt 电动势 e＝Em·sin ωt＝nBSωsin ωt 电压 u＝Um·sin ωt＝sin ωt 电流 i＝Im·sin ωt＝ sin ωt 2.两个特殊位置的特点 (1)线圈平面与中性面重合时，SB，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向发生改变． (2)线圈平面与中性面垂直时，SB，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变． 考向1：正弦交变电流的产生 (1)解决此类问题的关键在于把线圈在匀强磁场中的具体位置与转动的时刻对应好，也就是电流的变化规律与线圈在磁场中转动的具体情境对应好． (2)交变电动势的最大值Em＝nBSω