交变电流的产生和描述（讲义）-2025年高考物理一轮复习

第58讲交变电流的产生和描述

目录

01、考情透视，目标导航

02、知识导图，思维引航..............................................1

复习目标............................................................2

03、考点突破，考法探究..............................................2

考点一.正弦式交变电流的产生及变化规律............................2

知识点L正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置..............2

知识点2.正弦式交变电流的变化规律............................3

知识点3.书写交变电流瞬时值表达式的步骤........................3

考向1.中性面和峰值面........................................3

考向2.交变电流的产生及图像..................................4

考向3.交变电流的描述........................................4

考点二.交变电流有效值的理解和计算................................5

知识点1.对有效值的理解.......................................5

知识点2.有效值的两种计算方法................................5

考向1正弦式交变电流有效值的计算............................5

考向2峰值不对称的正弦式波形有效值的计算....................6

考向3矩形波形有效值的计算..................................6

考点三.交变电流“四值”的理解及应用................................6

04、真题练习，命题洞见..............................................8

考情透视•目标导航

2024•广东•高考物理第5题

考情2024.河北.高考物理第4题

分析2024・山东•高考物理第4题

2024•劝过新课标•高考物理第19题

目标1.理解正弦式交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的函数

复习表达式。

目标目标2.理解并掌握交变电流图像的意义。

目标3.理解描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值。

目标4.正确理解交变电流的四值，并进行有关计算。

匐2

〃皿a导取思婚咻w

两个特殊

位置

交变电流的产生和描述—-

交流电的

描述

平均值—E=N—

__A/_

效值I—E餐Tggg

㈤3

考点突破・考法探究

考点一.正弦式交变电流的产生及变化规律

知识

知识点1.正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置

位置中性面位置与中性面垂直的位置

B0

图不!

(TE'O'E

BLSB//S

虫=BS,最大0=0,最小

特点

6一九人/一0,取小e——九一nBScOf取大

电流为零，方向改变电流最大，方向不变

知识点2.正弦式交变电流的变化规律

物理量函数表达式图像

磁通量0=0COSC0t=BSC0SCOt

m0

点

电动势e=£msincot=nBScosincotr\jTi

Em

r

电流z—/msincot—nisincot\jC

R-\~r

u

TT.,REm•Um

电压u—UmSincot—n।sincot

R-rr

知识点3.书写交变电流瞬时值表达式的步骤

(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式Em=〃。8s求出相应峰值。

⑵明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式

①线圈从中性面位置开始计时，贝”一/图像为正弦函数图像，函数表达式为

②线圈从垂直于中性面的位置开始计时，则，一/图像为余弦函数图像，函数表达式为，=/mCOS

--------------IHl-fHFk

考向洞察J

考向1.中性面和峰值面

1.矩形线圈仍加绕垂直于磁感线的固定轴O。'匀速转动，线圈平面位于如图所示的匀强磁场中。下列说法

正确的是()

乙

A.图甲时刻通过线圈的磁通量变化率最大

B.图乙时刻线圈中感应电流方向改变

C.图丙时刻线圈中磁通量最大

D.图丁时刻线圈中感应电动势最小

考向2.交变电流的产生及图像

2.（2024•北京市第四中学模拟）某交流发电机产生交变电流的装置如图1甲所示，产生的感应电

甲乙

Al=0时，线圈平面处于中性面位置，磁通量变化率最大

B.线圈通过中性面时，交变电流改变方向

C.线框中产生的感应电动势e=100sin（50r）V

D.如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值和周期分别变为200V、0.08s

考向3.交变电流的描述

3.一正弦式交变电流的对图像如图所示。下列说法正确的是（）

i/A”

\一[一7]\.

00.1\oj.2/0.30'.40.5z/s

A.在f=0.4s时电流改变方向

B.该交变电流的周期为0.5s

C.该交变电流的表达式为i=2cos5mA

D.该交变电流的有效值为乎A

考点二.交变电流有效值的理解和计算

知识固本

知识点1.对有效值的理解

（1）交流电流表、交流电压表的示数是指有效值；

（2）用电器铭牌上标的值（如额定电压、额定功率等）指的均是有效值；

（3）计算热量、电功率及保险丝的熔断电流用的是有效值；

（4）通常没有特别加以说明的，一般指有效值。

知识点2.有效值的两种计算方法

（1）公式法：对于正（余）弦式交变电流，利用£=岩。=患/=卷计算有效值。

注意：若图像一部分是正（余）弦式交变电流，其中的9周期（必须是从零至最大值或从最大值至零）和g周期部

分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系/=%、求解。

（2）定义法：对于非正弦式交变电流，计算有效值时要抓住“三同”，即“相同时间”内“相同电阻”上产

生“相同热量”，列式求解时相同时间一般取一个周期或周期的整数倍。

考向洞察J]

考向1正弦式交变电流有效值的计算

1.（2023・湖南高考）（多选）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小的正方形,

共w匝，总阻值为凡磁体间磁场可视为磁感应强度大小为8的匀强磁场。大轮以角速度。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（）

A.线圈转动的角速度为4。

B.灯泡两端电压有效值为况

C.若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈，则灯

泡两端电压有效值为勾呼电

D.若仅将小轮半径变为原来的两倍，则灯泡变得更亮

考向2峰值不对称的正弦式波形有效值的计算

2.电压”随时间f的变化情况如图所示，则电压的有效值约为（）

A.137VB.163V

考向3矩形波形有效值的计算

3.如图所示，一半径为L的导体圆环位于纸面内，。为圆心。环内两个圆心角为90。

且关于。中心对称的扇形区域内分布有匀强磁场,两磁场的磁感应强度大小均为B、

方向相反且均与纸面垂直。导体杆可绕。转动，加端通过滑动触点与圆环良好

接触，在圆心和圆环间连有电阻R,不计圆环和导体杆的电阻，当杆以恒定角

速度。逆时针转动时，理想电流表A的示数为（）

A.B.*C.

考点三.交变电流“四值”的理解及应用

27rwt

交变电流的“四值”及应用

物理含义重要关系适用情况

e=Emsincot

瞬时值交变电流某一时刻的值计算线圈某一时刻的受力情况

f-Zmsincot

确定用电器的耐压值、电容器

峰值交变电流最大的瞬时值EmTIBSCD

的击穿电压

Em

lm~R+r

(1)计算与电流热效应相关的

Ek量(如功率、热量)

跟交变电流的热效应等(2)交流电表的测量值

有效值

效的恒定电流值u-巾(3)用电器设备标注的额定电

压、额定电流

,一6

⑷保险丝的熔断电流

E=rr

对图像中图线与时间轴^

平均值计算通过电路某截面的电荷量

所围面积与时间的比值_~E

1-R+r

考向洞察J]

1.(2024•重庆高三调研)如图所示，空间中分布着磁感应强度大小为B的匀强有界磁场，所是其左边界，

一面积为S的"匝圆形金属线框垂直于磁场放置，圆形线框的圆心。在E尸上，线框电阻为R,若线框以角

速度。绕EF匀速转动，并从图示位置开始计时，贝1()

A.时，线框中的感应电流最大F，……

XXX

B.0到三;时间内，通过线框的电荷量为悬XXX

ZCOXXX

J

x

C.线框中产生的交变电动势的最大值为XXX

42

D.线框中产生的交变电动势的有效值为予8so

2.(2024・内江高三■模拟)如图为一父流发电机的原理示意图。矩形线圈abed可绕过be、4d边中点且垂直于

匀强磁场方向的水平轴。。'匀速转动。线圈的浦边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环乙上；用导体

做的两个电刷及厂分别压在两个滑环上，线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定

值电阻R连接。已知矩形线圈边长a6=cd=£i=50cm,bc=ad=L2=20cm,匝数〃=100匝，线圈的总电

阻r=5.0。，线圈转动的角速度o=282rad/s,外电路的定值电阻R=45。，匀强磁

场的磁感应强度2=0.05T,6=1.41。从线圈经过图示位置开始计时，求:

⑴线圈内的电流i随时间，变化的函数关系式；

⑵线圈转动90。时电压表的示数；

(3)在线圈转过90。的过程中，通过线圈导线某截面的电荷量。

3

1.（2024・广东•高考真题）将阻值为50。的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如

图所示。下列说法正确的是（）

B.通过电阻电流的峰值为0.2A

C.电阻在1秒内消耗的电能为1J

D.电阻两端电压表达式为〃=lO0sin（lOOm）V

2.（2024・河北.高考真题）%、&为两个完全相同的定值电阻，与两端的电压随时间周期性变化的规律如图

1所示（三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的6倍），以两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示,

则两电阻在一个周期T内产生的热量之比2：、2为（）

3.（2024・山东・高考真题）如图甲所示，在-dMd,/W烂1的区域中存在垂直。町平面向里、磁感应强度大

小为8的匀强磁场（用阴影表示磁场的区域），边长为2d的正方形线圈与磁场边