高考交变电流占多少分,高考交变电流

1.正弦交变电流的产生在匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的轴而匀速转动的线圈里产生的就是正弦交变电源.

从磁通量变化的角度说是由于线圈平面和磁场方向夹角的不断变化使磁通量在不断变化,从切割磁感线的角度说,线圈转动时有两条边在切割磁感线,但切割的速度方向在不断变化,如图14-1所示.其电动势瞬间值的表达式是e=NBSωsinωt,对应的瞬时电流的表达式是i=e/R=NBSωR均按正弦规律变化.

2.表征交流电的物理量

(1) 瞬时值(包括瞬时电动势、电压、电流)交变电流某一时刻的值,随时间周期性地变化.

(2) 最大值:最大的瞬时值,不随时间变化.Em=NB·Sω,Im=Em/R,由N、B、S、ω四个量决定.其中S是线圈的面积,这说明最大电动势与线圈的形状无关.

(3) 有效值:与交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值.对正弦交流电(只适用于正弦交流电),有效值和最大值之间的关系为

注意:

1有效值是一个很重要的概念,要正确理解它,应从热效果相等上下功夫.

如图14-2所示,对一个定值电阻来说,通以某一交变电流i时,在一定时间内(大于它的一个周期)产生的热量为Q,再通以一个恒定电流I在相同的时间内产生的热量也是Q,则这个交变电流的有效值就是I值.依据此道理,可以推导非正弦规律变化的交变电流的有效值.

2有效值具有实际的应用意义.计算交变电流的电热、电功、电功率时必须用有效值.用电器铭牌上标明的额定电压与额定电流值都是指有效值;电流表、电压表、测的值都是有效值;今后不加特殊说明,讲到交变电流的电流、电压、电动势时全是指有效值.

(4) 周期和频率均是表示交变电流变化快慢的物理量.交变电流完成一次周期性的变化所用的时间叫周期,符号T;1秒内完成周期性变化的次数叫频率,符号f;周期,频率和角频率间的关系ω=2π/T=2πf.

3.电感、电容对交变电流的影响

(1)电感有“通直流,阻交流;通低频,阻高频”的性质,这是由于自感的作用.交变电流的频率越高,电流变化越快,自感作用越显著,交变电流就越不容易通过.

(2)电容有“通交流、隔直流;通高频、阻低频”的性质,这是由电容的充、放电导致的.由于交变电流方向的不断变化,电容在充放电过程中,电路里就有了电流,表现为交变电流“通过”了电容器.

[范例精析]

例1 (1991年全国高考题)一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场方向并位于平面内的固定轴图14-3转动,线圈中的感应电动势E随时间的变化如图14-3所示,则下面说法正确的是( )

A. t1时刻通过线圈的磁通量为零

B. t2时刻通过线圈的磁通量绝对值最大

C. t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大

D .每当电动势E变换方向时,通过线圈的磁通量的绝对值都为最大

分析与解答:

将交变电流的图象与线圈转动位置对应起来.当线圈平面处于垂直于磁感线的位置时(中性面)磁通量最大,但各边均不切割磁感线,感应电动势为零.在转动过程中,线圈在此位置时电动势的方向要变换.从图上看,对应于中性面的时刻是t1、t3、t5;当线圈转过90°时,虽然线圈平面与磁感线平行,穿过的磁通量为零,但两边切割磁感线的速度方向都跟磁感线垂直,产生的电动势最大,对应图上的0、t2、t4时刻.正确选项是:D

说明:本题主要考察学生两点:

1对交变电流的产生过程是否清楚,对中性面的理解是否深透,连带的考察电磁感应规律.中性面的磁通量最大但磁通量的变化率却最小,同时中性面又是交变电流的方向的转换点.

2.是能否能将交变电流的变化与图象结合起来,或者说利用图象来复原交变电流的产生过程,说明交变电流的原理.

例2 (1995年全国高考题)如图14-4所图14-4示,一交流电的电流随时间的变化图象,此交流电的有效值是( )

分析与解答:

根据交变电流有效值的定义,交变电流的有效值的大小等于在热效应上与之等效的直流电流的值:选定一段时间(要大于等于一个周期)t=T,设通过的直流电流的值为I时,产生的热量与此交变电流的热量相等,根据焦耳定律有:

解得:I=5A所以正确的选项是B

说明:教材中对交变电流的有效值只有定义而无计算公式, 又仅仅适用于正弦交变电流,所以对有效值概念理解不够的同学,遇到本题就束手无策,只好瞎猜或乱套公式.通过此题正好告诫大家,学习物理绝对不能死记硬套公式,重在理解.尤其是对基本概念的理解.

例3 (1994年全国高考题)一个面积为S图14-5的矩形线圈在匀强磁场中以一边为轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直.线圈中感应电动势e与时间t的关系如图

14-5所示,感应电动势最大值和周期可由图中读出,则磁感应强度B= ,在t=T/12时刻,线圈平面与磁感应强度的夹角等于

.分析与解答:

由于Em=BSω=BS2πT,所以B=TEm2πS.由图象可知,该交变电流是以余弦规律变化的,因此在t=0时刻线圈平面与磁感线平行,当t=T/12时,线圈平面与磁感应强度的夹角θ=ωt=ω×T/12=2πT×T12=π/6,即30°(或150°).说明:线圈平面从与磁感应强度平行的平面开始转动时,产生的感应电动势的表达式是e=Emcosωt,而线圈从中性面开始转动时,表达式则为e=Emsinωt,无论从哪个面开始转动,Em=BSω(单匝线圈)是不变的.

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