2024版高考物理一轮总复习专题十一交变电流第1讲交变电流的产生和描述课件

第1讲交变电流的产生和描述核心素养重要考点物理观念(1)理解交变电流、峰值、有效值的概念；(2)理解理想变压器及其电压比和电流比的规律1.交变电流、交变电流的图像2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值3.理想变压器4.远距离输电5.传感器的简单使用科学思维(1)用等效法定义有效值和计算非正弦交变电流问题；(2)运用推理的思维方法分析理想变压器的动态问题科学探究(1)探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系；(2)探究传感器的简单使用科学态度与责任了解交变电流、传感器知识在生活、生产和科学技术中的应用一、交变电流的产生和变化规律1.交变电流.(1)定义：大小和方向随时间做________变化的电流.

(2)图像：下图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流，其中甲属于________交变电流.

甲

乙丙丁周期性

正弦式

2.正弦式交变电流.(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕__________方向的轴匀速转动.

(2)中性面.①定义：与磁场方向________的平面.

②特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为________，感应电动势为________.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)①电动势(e)：e＝________.

②电压(u)：u＝________.

③电流(i)：i＝________.

垂直于磁场

垂直

最大

零

零

EmsinωtUmsinωtImsinωt(4)图像(如图所示).甲

乙丙丁二、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＝________.

最大值

相等

热量

3.平均值：E＝________.

1.[交变电动势]下列各图中面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，其中能产生正弦式交变电动势e＝BSωsinωt的是(

)甲

乙丙丁【答案】A2.[正弦式交变电流]如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，设磁感应强度为0.01T，线圈长AB为20cm、宽AD为10cm、转速n为50r/s，则线圈转动时感应电动势的最大值为(

)

A.1×10－2V B.3.14×10－2VC.2×10－2V D.6.28×10－2V【答案】D

【解析】感应电动势最大值Em＝BSω＝BS·2πn＝6.28×10－2

V.

4.[交变电流有效值]两只相同的电阻，分别通以正弦波形的交变电流和方波形的交变电流，两种交变电流的最大值相等，且周期相等(如图甲、乙所示).在正弦波形交变电流的一个周期内，正弦波形的交变电流在电阻上产生的焦耳热为Q1，其与方波形交变电流在电阻上产生的焦耳热Q2之比Q1∶Q2为(

)A.1∶1 B.2∶1C.1∶2 D.4∶3【答案】C

(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此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.2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时，规定开始方向为正值)物理量函数表达式图像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt

电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt

电压

电流

例1

(2022年广东卷)如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图.定子是仅匝数n不同的两线圈，n1＞n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流.不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是(

)A.两线圈产生的电动势的有效值相等B.两线圈产生的交变电流频率相等C.两线圈产生的电动势同时达到最大值D.两电阻消耗的电功率相等【答案】B

1.(2022年广州模拟)(多选)如图是电动充气泵的结构示意图.其工作原理是：电磁铁通入电流，弹簧片上下振动，通过橡皮碗对气室施加力的作用，达到充气目的.当电流从电磁铁的a端流入时，小磁体被吸引而向下运动，则(

)A.小磁铁的下端为S极B.小磁铁的下端为N极C.a、b间接入的可能是交流电D.a、b间接入的可能是恒定电流【答案】BC

【解析】根据安培定则可得电磁铁上端为S极；根据异名磁极相吸可得小磁铁下端为N极，A错误，B正确.用交流电可以让电磁铁上端的磁极交替变化，从而让气室不断从外吸气，对目标充气.如果用直流电，小磁铁要么被吸引，要么被排斥远离，无法连续充气，C正确，D错误.

【答案】D

考点2

交变电流有效值的求解[能力考点]1.有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的，让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I，电压是U，我们就把I、U叫作这个交变电流的有效值.

[方法归纳]

几种典型交变电流的有效值

电流名称电流图像有效值正弦式交变电流正弦半波电流

矩形脉冲电流

非对称性交变电流

考点3

交变电流的四值[能力考点]1.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较比较含义关系说明瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值讨论电容器的击穿电压比较含义关系说明有效值与交变电流的热效应等效的恒定电流的值①计算电功、电功率、电热等②设备“铭牌”一般是指有效值③保险丝的熔断电流为有效值④交流电压表和电流表的示数为有效值平均值交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值计算通过电路截面的电荷量

甲

乙

【答案】BD

导体棒在匀强磁场中平动导体棒在匀强磁场中匀速平动，但导体棒切割磁感线的有效长度按正弦规律变化，则导体棒组成的闭合电路中就会产生正弦式交变电流导体棒在匀强磁场中振动导体棒在匀强磁场中沿平行导轨平动切割磁感线时，棒的速度按正弦规律变化，则棒中会产生正弦交变电流棒在不均匀磁场中平动导体棒在磁场中匀速平动切割磁感线，在棒的平动方向上，磁场按照正弦规律变化，则棒中会产生正弦交变电流线圈处于周期性变化的磁场中闭合线圈垂直于匀强磁场，线圈静止不动，磁场按正弦规律做周期性变化，则线圈中会产生正弦交变电流例4

(2022年福建名校质检)(多选)在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔，其原理如图甲所示.浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶内置圆形线圈随波浪相对磁体沿竖直方向做简谐运动，其速度随时间满足v＝0.4πsinπt(单位：m/s)，且始终处于辐射磁场中，该线圈与阻值R＝15Ω的灯泡串联；浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(俯视为图乙中阴影部分)，其内部为产生磁场的磁体；线圈匝数n＝200匝，线圈所在处磁场的磁感应强度大小B＝0.1