第58讲 交变电流的产生和描述（讲义）（原卷版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

11/11第58讲交变电流的产生和描述目录01、考情透视，目标导航TOC\o"1-3"\h\u02、知识导图，思维引航 1复习目标 203、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1．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 604、真题练习，命题洞见 8考情分析2024·广东·高考物理第5题2024·河北·高考物理第4题2024·山东·高考物理第4题2024·劝过新课标·高考物理第19题复习目标目标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表达式。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。考点一.正弦式交变电流的产生及变化规律知识点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图示特点B⊥SB∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝nBSω，最大电流为零，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Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电流i＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt电压u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt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＝nωBS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①线圈从中性面位置开始计时，则i－t图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsinωt。②线圈从垂直于中性面的位置开始计时，则i－t图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imcosωt。考向1．中性面和峰值面1.矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′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()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，产生的感应电动势与时间的关系如图乙所示，下列说法正确的是()A.t＝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(50t)VD.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i-t图像如图所示。下列说法正确的是()A．在t＝0.4s时电流改变方向B．该交变电流的周期为0.5sC．该交变电流的表达式为i＝2cos5πtAD．该交变电流的有效值为eq\f(\r(2),2)A考点二.交变电流有效值的理解和计算知识点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E＝eq\f(Em,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))、I＝eq\f(Im,\r(2))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eq\f(1,4)周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和eq\f(1,2)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I＝eq\f(Im,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))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()A．线圈转动的角速度为4ωB．灯泡两端电压有效值为3eq\r(2)nBL2ωC．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eq\f(4\r(2)nBL2ω,3)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u随时间t的变化情况如图所示，则电压的有效值约为()A．137VB．163VC．174V D．196V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，O为圆心。环内两个圆心角为90°且关于O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OM可绕O转动，M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OM以恒定角速度ω逆时针转动时，理想电流表A的示数为()A．eq\f(\r(2)BL2ω,4R) B．eq\f(BL2ω,4R)C．eq\f(\r(2)BL2ω,2R) D．eq\f(BL2ω,2R)考点三.交变电流“四值”的理解及应用交变电流的“四值”及应用物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某一时刻的受力情况峰值交变电流最大的瞬时值Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)确定用电器的耐压值、电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)交流电表的测量值(3)用电器设备标注的额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流平均值i-t图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)计算通过电路某截面的电荷量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，EF是其左边界，一面积为S的n匝圆形金属线框垂直于磁场放置，圆形线框的圆心O在EF上，线框电阻为R，若线框以角速度ω绕EF匀速转动，并从图示位置开始计时，则()A．t＝eq\f(2π,ω)时，线框中的感应电流最大B．0到eq\f(π,2ω)时间内，通过线框的电荷量为eq\f(BS,2R)C．线框中产生的交变电动势的最大值为nBSωD．线框中产生的交变电动势的有效值为eq\f(\r(2),4)nBSω2．(2024·内江高三模拟)如图为一交流发电机的原理示意图。矩形线圈abcd可绕过bc、ad边中点且垂直于匀强磁场方向的水平轴OO′匀速转动。线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上；用导体做的两个电刷E、F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ab＝cd＝L1＝50cm，bc＝ad＝L2＝20cm，匝数n＝100匝，线圈的总电阻r＝5.0Ω，线圈转动的角速度ω＝282rad/s，外电路的定值电阻R＝45Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.05T，eq\r(2)＝1.41。从线圈经过图示位置开始计时，求：(1)线圈内的电流i随时间t变化的函数关系式；(2)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。1．（2024·广东·高考真题）将阻值为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（）A．该交流电的频率为B．通过电阻电流的峰值为C．电阻在1秒内消耗的电能为D．电阻两端电压表达式为2．（2024·河北·高考真题）为两个完全相同的定值电阻，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倍），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内产生的热量之比为（

）A． B． C． D．3．（2024·山东·高考真题）如图甲所示，在-d≤x≤d，-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B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界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为（）A． B．C． D．9．（2024·新疆河南·高考真题）电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中（）A．电流最小 B．电流最大C．电流方向由P指向Q D．电流方向由Q指向P5．（2024·广西·高考真题）某兴趣小组为研究非摩擦形式的阻力设计了如图甲的模型。模型由大齿轮、小齿轮、链条、阻力装置K及绝缘圆盘等组成。K由固定在绝缘圆盘上两个完全相同的环状扇形线圈、组成。