2022届高考物理一轮复习-第1课时-交表电流的产生及其规律课件-人教大纲版2

考纲要求三年考情热点考向考点要求2007年2008年2009年交流发电机及其产生正弦式交变电流的原理，正弦式交变电流的图象和三角函数表达，最大值与有效值，周期与频率Ⅱ北京理综(T17·选择)山东理综(T18·选择)天津理综(T16·选择)宁夏理综(T19·选择)山东理综(T20·选择)广东物理(T5·选择)天津卷(T18·填空)福建卷(T16·选择)重庆卷(T18·选择)1.正弦交变电流的产生、变化规律、图象．2．交流电的最大值、瞬时值、有效值和平均值的问题．以上均是命题的热点，常以选择题形式出现.电阻、电感和电容对交变电流的作用Ⅰ第十三章交变电流电磁场和电磁波第1课时交变电流的产生及其规律第一页，编辑于星期一：十三点五十五分。第一页，编辑于星期四：二十点三十一分。1．交变电流：大小和

都随时间做

变化的电流，简称交流(AC)．2．正弦式交变电流(如图13－1－1所示) (1)定义：按

变化的交变电流． (2)产生：将闭合矩形线圈置于

磁场中，并绕

方向的轴做

转动．方向周期性正弦规律匀强垂直于磁场匀速图13－1－1第二页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二页，编辑于星期四：二十点三十一分。(3)中性面：与磁场方向

的平面．(4)正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)：垂直第三页，编辑于星期一：十三点五十五分。第三页，编辑于星期四：二十点三十一分。 (1)线圈各边都不切割磁感线，感应电动势为零，即感应电流等于零． (2)磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，但磁通量的变化率为零． (3)交变电流的方向在中性面的两侧是相反的． (4)线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次．1．线圈平面和中性面平行时，有哪些特点？第四页，编辑于星期一：十三点五十五分。第四页，编辑于星期四：二十点三十一分。2．线圈平面跟中性面垂直时，有哪些特点？ (1)磁通量为零． (2)磁通量的变化率最大． (3)感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变．3．交变电流瞬时值表达式的书写基本思路 (1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝nBSω求出相应峰值．(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．如：①线圈从中性面开始转动，则i－t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsinωt.②线圈从垂直中性面开始转动，则i－t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcosωt.第五页，编辑于星期一：十三点五十五分。第五页，编辑于星期四：二十点三十一分。1．如图13－1－2所示，矩形线圈边长为ab＝20cm，bc＝10cm，匝数N＝100匝，磁场的磁感应强度B＝0.01T．当线圈以n＝50r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动时，求： (1)线圈中交变电动势瞬时值表达式； (2)从线圈开始转起动，经0.01s时感应电动势的瞬时值．第六页，编辑于星期一：十三点五十五分。第六页，编辑于星期四：二十点三十一分。解析：(1)线圈的角速度为ω＝2πn＝100πrad/s，产生的感应电动势的最大值为Em＝NBωS＝NBω·ab·bc＝6.28V.又刚开始转动时线圈平面与中性面夹角为30°＝π/6，故线圈中交变电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin(ωt＋π/6)＝6.28sin(100πt＋π/6)V.(2)把t＝0.01s代入上式，可得此时感应电动势的瞬时值：e＝3.14V.答案：(1)e＝6.28sin(100πt＋π/6)V(2)3.14V第七页，编辑于星期一：十三点五十五分。第七页，编辑于星期四：二十点三十一分。1．周期和频率 (1)周期T：交变电流完成

变化(线圈转一周)所需的时间，单位是

．公式：T＝. (2)频率f：交变电流在1s内完成周期性变化的

，单位是赫兹(Hz)． (3)周期和频率的关系：T＝

或f＝

.一次周期性秒(s)次数第八页，编辑于星期一：十三点五十五分。第八页，编辑于星期四：二十点三十一分。2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一

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：让交流与恒定电流通过

的电阻，如果它们在一个周期内产生的

相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的

．时刻最大值热量相同有效值(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I＝

U＝

E＝

.(5)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围的面积跟时间的比值，其数值可以用＝

计算．第九页，编辑于星期一：十三点五十五分。第九页，编辑于星期四：二十点三十一分。1．交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较物理量物理含义重要关系适用情况及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Em＝nBSωIm＝Em/(R＋r)讨论电容器的击穿电压第十页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十页，编辑于星期四：二十点三十一分。由感应电动势的最大值公式Em＝nBSω得，Em仅由n、B、S、ω四个物理量所决定，与轴的具体位置和线圈的形状都无关．有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值(1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值计算通过电路截面的电荷量对正(余)弦交流电有：第十一页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十一页，编辑于星期四：二十点三十一分。2．对交变电流有效值的理解

交变电源的有效值是根据电流的热效应进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算．注意“三同”：即“相同电阻”上，“相同时间”内产生“相同热量”．第十二页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十二页，编辑于星期四：二十点三十一分。2．如图13－1－3所示，矩形线圈abcd，面积为S，匝数为N，线圈电阻为R，在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度ω匀速转动，(P1以ab边为轴，P2以ad边中点为轴)当线圈平面从与磁场方向平行开始计时，线圈转过90°的过程中，绕P1及P2轴转动产生的交流电的电流大小，电量及焦耳热分别为I1，q1，Q1及I2，q2，Q2，则下面判断正确的是()第十三页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十三页，编辑于星期四：二十点三十一分。A.

线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→dB．q1>q2＝NBS/2RC．I1＝I2＝(NBωS)/D．Q1<Q2＝πω(NBS)2/2R解析：本题考查电磁感应中电量、热量、电流的计算和感应电流方向的判断.绕P、P′转动时电流的方向相同，但电流的方向为a→d→c→b→a，A项错；电量q＝，与绕哪个轴转动没有关系，B项错；线圈绕两轴转动时产生的电动势相同，所以电流相同，发热也相同，C项对，D项错．答案：C第十四页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十四页，编辑于星期四：二十点三十一分。1．电感：通直流，

；通低频，．2．电容：通交流，

；通高频，．阻交流阻高频隔直流阻低频第十五页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十五页，编辑于星期四：二十点三十一分。1．电感对直流的阻碍作用很小，所以是“通直流”，而对交流有阻碍作用，所以是“阻交流”；交流频率越高，电感阻碍作用越大，而对低频阻碍作用较小，所以是“通低频，阻高频”．2．电容对直流来说是断路，而交流可以通过对电容充放电，使电路中有电流，故表现为交流“通过”了电容器，故有“通交流，隔直流”；电容器对交流的阻碍作用与交流的频率有关，频率越高，容抗越小，越易“通过”电容器，而对低频容抗较大，故有“通高频、阻低频”．第十六页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十六页，编辑于星期四：二十点三十一分。3．如图13－1－4所示，三个灯泡是相同的，而且耐压足够，电源内阻忽略．当单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那S接B时() A．三个灯亮度相同 B．甲灯最亮，丙灯不亮 C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮 D．只有丙灯不亮，乙灯最亮第十七页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十七页，编辑于星期四：二十点三十一分。解析：开关S接A时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过，开关S接B时，电路处于直流工作状态，电容C“隔直、通交”；电感L“阻交、通直”；R对交、直流有相同的阻抗．可判断此时电路中I丙＝0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与热功率(P＝I2R)成正比．所以只有丙灯不亮，乙灯最亮，故选D项．答案：D第十八页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十八页，编辑于星期四：二十点三十一分。【例1】电阻R1、R2和交流电源按照图13－1－5甲所示方式连接，R1＝10Ω，R2＝20Ω.合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图13－1－5乙所示，则()图13－1－5第十九页，编辑于星期一：十三点五十五分。第十九页，编辑于星期四：二十点三十一分。A．通过R1的电流的有效值是1.2AB．R1两端的电压有效值是6VC．通过R2的电流的有效值是1.2AD．R2两端的电压有效值是6V解析：由题图知流过R2交流电电流的最大值I2m＝0.6A，故选项C错误；由U2m＝ImR2＝12V知，选项D错误；因串联电路电流处处相同，则I1m＝0.6A，电流的有效值I1＝＝0.6A，故A项错误；由U1＝I1R1＝6V，故选项B正确．答案：B第二十页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十页，编辑于星期四：二十点三十一分。根据图象可以确定的量：1．电流最大值；2．周期T和频率f；3．不同时刻交流电的瞬时值；4．线圈处于中性面和最大值对应的时刻；5．任意时刻线圈的位置和磁场的夹角．第二十一页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十一页，编辑于星期四：二十点三十一分。1－1如图13－1－6所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流 电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()A．线圈先后两次转速之比为3∶2B．两种情况在0.3s内通过线圈的磁通量的变化量之比为1∶1C．两种情况在相等时间内产生的焦耳热之比Qa∶Qb＝3∶2D．两种情况在相等时间内产生的焦耳热之比Qa∶Qb＝9∶4第二十二页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十二页，编辑于星期四：二十点三十一分。解析：两种情况Ta∶Tb＝2∶3，fa∶fb＝3∶2，线圈先后两次转速之比为3∶2，选项A正确；两种情况下在0.3s内磁通量的变化量不同，选项B错误．交流电的最大值Em＝NBSω，电动势最大值之比为3∶2.Q＝t，两种情况在相等时间内产生的焦耳热之比Qa∶Qb＝9∶4，选项D正确．答案：AD第二十三页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十三页，编辑于星期四：二十点三十一分。【例2】一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36Ω.磁感应强度B随时间t的变化关系如图13－1－7所示，则线框中感应电流的有效值为()

第二十四页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十四页，编辑于星期四：二十点三十一分。解析：由法拉第电磁感应定律和欧姆定律

于是可作出i随时间变化的图象如图所示．由有效值的定义Q直＝Q交，

12×10－10R＋18×10－10R＝5RI2I＝×10－5A，故B选项正确．答案：B第二十五页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十五页，编辑于星期四：二十点三十一分。求交变电流有效值的方法1．利用

计算，只适用于正弦式交流电

2．利用有效值的定义计算(非正弦式交流电)．在计算有效值时“相同时间” 至少取一个周期或周期的整数倍．3．利用能量关系： 当有电能和其他形式的能转化时，可利用能的转化和守恒定律来求有效值．第二十六页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十六页，编辑于星期四：二十点三十一分。2－1调光灯、调速电风扇以前是用变压器来实现的，该技术的缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速．现在的调光灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的．如图13－1－8为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压．那么现在电灯上的电压为()第二十七页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十七页，编辑于星期四：二十点三十一分。解析：电灯上的电压值，如没有特殊说明一般指电压的有效值，设加在电灯上的电压的有效值为U，取一个周期，由电流的热效应得

所以可得U＝，故C项正确．

答案：C第二十八页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十八页，编辑于星期四：二十点三十一分。【例3】如图13－1－9所示，交流发电机线圈的面积为0.05m2共100匝．该线圈在磁感应强度为T的匀强磁场中，以10πrad/s的角速度匀速转动，电阻R1和R2的阻值均为50Ω，线圈的内阻忽略不计，若从图示位置开始计时，则() 图13－1－9第二十九页，编辑于星期一：十三点五十五分。第二十九页，编辑于星期四：二十点三十一分。A．线圈中的电动势为e＝50sin10πtV B．电流表的示数为AC．电压表的示数为50V D．R1上消耗的电功率为50W解析：由于线圈从图示位置(即磁场方向平行于线圈平面)开始计时，所以e＝Emcosωt，其中E

m＝NBSω＝50V，故线圈中的电动势e＝50cos10πtV，故A选项错误；线圈产生的电动势的有效值为E＝V＝25V，由于线圈的内阻不计，故电压表的示数为U＝E＝25V，故C选项错误；电流表的的示数I＝，其中R并＝＝25Ω，所以I＝A，故B选项正确；电阻消耗的电功率为P＝U2/R1＝25W，故D选项错误．答案：B第三十页，编辑于星期一：十三点五十五分。第三十页，编辑于星期四：二十点三十一分。3－1图13－1－10(甲)为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强 磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n＝100匝、电阻r＝10Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R＝90Ω，与R并联的交流电压表为理想电表．在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图13－1－10(乙)所示正弦规律变化．求：(1)交流发电机产生的电动势的最大值；(2)电路中交流电压表的示数．第三十一页，编辑于星期一：十三点五十五分。第三十一页，编辑于星期四：二十点三十一分。解析：(1)交流发电机产生的电动势的最大值Em＝nBSω而Φm＝BS，ω＝，所以Em＝2nπΦm/T由Φ－t图线可知：Φm＝2.0×10－2Wb，T＝6.28×10－2s，所以Em＝200V.(2)电动势的有效值E＝Em＝100V，由闭合电路欧姆定律，电路中电流的有效值为I＝＝A，交流电压表的示数为U＝IR＝90V＝127V.答案：(1)200V(