2025年高考物理一轮总复习课件 第13章 第31讲 交变电流的产生及描述

第十三章交变电流电磁振荡和电磁波传感器第31讲交变电流的产生及描述知识梳理·易错辨析核心考点·重点突破名师讲坛·素养提升提能训练练案[64]知识梳理·易错辨析一、交变电流1．定义：大小和方向都随时间做______________的电流叫作交变电流。2．图像：如图所示，图________________所示电流都属于交变电流，图______所示电流属于恒定电流。周期性变化甲、乙、丙、丁戊二、正弦式交变电流的产生和变化规律1．产生：如图所示，在匀强磁场里，线圈绕________磁场方向的轴匀速转动时，可产生正弦式交变电流。注意：交变电流的种类有很多，但同时具备这三个条件才会产生正弦式交变电流：匀强磁场；线圈转轴和磁场垂直；匀速转动。垂直2．中性面及其特点(1)定义：与磁场方向________的平面。(2)特点①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______。②线圈转动一周，________经过中性面，线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次。垂直最大零零2次3．图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图像为________曲线，如图所示。正弦4．变化规律(线圈从中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律：e＝_____________。(2)电压u随时间变化的规律：u＝_____________。(3)电流i随时间变化的规律：i＝____________。其中ω是线圈转动的__________，E

m＝____________。E

msinωtU

msinωtI

msinωt角速度nBSω三、描述交变电流的物理量1．周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成_____________变化，即线圈__________所需要的时间，单位是____________，公式T＝________。(2)频率(f)：交变电流在__________________________的次数，单位是________________。(3)周期和频率的关系：____________或____________。一次周期性转一周秒(s)1s内完成周期性变化赫兹(Hz)2．交变电流的“四值”(1)瞬时值：交变电流____________的值，是时间的函数。(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的__________。(3)有效值：让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内______________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。(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I＝______，U＝______，E＝______。某一时刻最大值产生的热量1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流。()2．线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大。()3．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为零，电流方向发生改变。()4．交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。()××√√5．交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。()××核心考点·重点突破1交变电流的产生及变化规律(基础考点·自主探究)1．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt2.正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置3.书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(2)根据公式Em＝nBSω求出相应峰值。(3)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。①开始计时线圈与中性面重合，则i－t函数式为i＝Imsinωt；②开始计时线圈与中性面垂直，则i－t函数式为i＝Imcosωt；③开始计时线圈与中性面夹角为θ，则i－t函数式为i＝Imsin(ωt＋θ)。【跟踪训练】

(交变电流的产生和变化规律)为研究交变电流产生的规律，某研究小组把长60m导线绕制成N＝100匝的矩形闭合线圈，如图所示。现把线圈放到磁感应强度大小B＝0.1T、方向水平向右的匀强磁场中，线圈可以绕其对称轴OO′转动。现让线圈从图示位置开始(t＝0)以恒定的角速度ω＝10πrad/s转动，下列说法正确的有()A．t＝0时，线圈位于中性面位置B．t＝0.05s时，感应电流达到最大值C．当bc＝2ab时，感应电动势的表达式为e＝2πsin10πt(V)D．当ab＝ad时，感应电动势的有效值最大D(交变电流的图像)(多选)在匀强磁场中，匝数N＝100的矩形线圈绕垂直磁感线的转轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势随时间变化规律如图所示，则下列说法正确的是()A．t＝0.5×10－2s时，线圈平面与中性面重合B．t＝1×10－2s时，线圈中磁通量变化率最大C．穿过每一匝线圈的最大磁通量为1×10－3WbD．线圈转动的角速度为100πrad/sCD2交变电流有效值的求解(基础考点·自主探究)1．正弦交变电流的有效值的计算【跟踪训练】BA．10W B．15WC．25W D．30WC(交变电流的产生和有效值概念的综合应用)一个匝数为100匝、电阻为0.5Ω的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化，已知0～1s内线圈内的磁通量按正弦规律变化到最大值，π2≈10，则线圈中产生交变电流的有效值为()A3交变电流“四值”的比较(能力考点·深度研析)交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较

如图所示，线圈平面与磁感线平行，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈共100匝，线圈的总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路中的电阻R＝4Ω，不计摩擦，π取3.14，求：(1)由图示位置计时感应电动势的瞬时表达式；(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势；(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势；(4)交流电压表的示数；(5)线圈转动一周产生的总热量；(7)外力使线圈转动一周所做的功。[解析]

(1)感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝100×0.5×0.12×2πV≈3.14V感应电动势瞬时表达式为e＝Emcosωt＝3.14cos2πt(V)。(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势为e＝Emcos60°＝3.14×0.5V＝1.57V。[答案]

(1)e＝3.14cos2πt(V)

(2)1.57V(3)2.6V

(4)1.78V

(5)0.99J

(6)0.087C(7)0.99J【跟踪训练】(交变电流最大值的应用)(多选)如图甲所示，标有“220V

40W”的灯泡和标有“20μF

320V”的电容器并联接到交流电源上，

为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关。下列判断正确的是()BC(交变电流有效值和平均值的应用)(多选)如图所示，处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中的矩形线框MNPQ，以恒定的角速度ω绕对角线NQ转动。已知MN长为l1，NP长为l2，线框电阻为R。在t＝0时刻线框平面与纸面重合，下列说法正确的是()ABD(交变电流有效值与力、电知识的综合应用)(多选)(2023·湖南卷)某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动(皮带不打滑)，半径之比为4∶1，小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形，共n匝，总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡。假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是()AC名师讲坛·素养提升交变电流规律的“等效”应用有些题目中，产生交变电流的方式与发电机不同，但产生的交变电流的规律相似，可以等效应用交变电流规律求解相应的物理量。A．水平拉力F的最大值为8NB．拉力F的最大功率为12.8WC．拉力F要做25.6J的功才能让线框通过此磁场区D．拉力F要做12.8J的功才能让线框通过此磁场区C(2023·江苏常州联考)如图1所示为音响中的扬声器，结构图和沿对称轴的截面图如图2所示。当交变电流通过线圈时，圆形线圈在磁场中往复运动从而带动振膜发出声音。已知线圈由粗细均匀的钢丝绕制而成，线圈的半径a＝2.5cm、匝数n＝100匝，电阻r＝8Ω。某实验小组扬声器与阻值R＝8Ω的电阻相连，将扬声器充当话筒让振膜振动，带动线圈以速度v＝0.2sin2000t(m/s)垂直磁场振动。线