第十三章　第1課時　交變電流的產生和描述-2025年高中物理大一輪復習

考情分析試題情境生活實踐類發(fā)電機、變壓器、遠距離輸電、無線充電、家用和工業(yè)電路、家用電器、雷達、射電望遠鏡、X射線管、電子秤、煙霧報警器等學習探究類探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系，探究家用小型發(fā)電機的原理，探究負載增加對供電系統的影響、電磁振蕩、利用傳感器制作簡單的自動控制裝置第1課時交變電流的產生和描述目標要求1.理解正弦式交變電流的產生過程，能正確書寫交變電流的函數表達式。2.理解并掌握交變電流圖像的意義。3.理解描述交變電流的幾個物理量，會計算交變電流的有效值。4.知道交流電“四值”在具體情況下的應用?？键c一正弦式交變電流的產生及變化規(guī)律1．產生在勻強磁場中線圈繞________________磁場方向的軸勻速轉動。2．交流電產生過程中的兩個特殊位置圖示概念中性面位置與中性面垂直的位置特點B⊥SB∥SΦ＝BS，磁通量最____，eq\f(ΔΦ,Δt)＝______Φ＝0，磁通量最______e＝________e＝______＝______，電動勢最________感應電流i＝0，方向________感應電流最________，方向________一個周期內電流方向改變__________次，在________位置改變3.正弦式交變電流的圖像(線圈從中性面位置開始計時)物理量函數表達式圖像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動勢e＝________＝________電流i＝________＝________(外電路為純電阻電路)電壓u＝________＝________(外電路為純電阻電路)4.描述交變電流的物理量(1)最大值Em＝________，與轉軸位置________，與線圈形狀____________(后兩個空均選填“有關”或“無關”)。(2)周期和頻率①周期(T)：交變電流完成______________變化所需的時間。單位是秒(s)，公式T＝eq\f(2π,ω)。②頻率(f)：交變電流在單位時間內完成周期性變化的________。單位是赫茲(Hz)。③周期和頻率的關系：T＝________________或f＝________。1．矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動時，一定會產生正弦式交變電流。()2．線圈在磁場中轉動的過程中穿過線圈的磁通量最大時，產生的感應電動勢也最大。()3．線圈經過中性面時，感應電動勢為零，感應電流方向發(fā)生改變。()4．當從線圈垂直中性面位置開始計時，產生的電動勢按正弦規(guī)律變化，即e＝Emsinωt。()例1(2023·遼寧卷·4)如圖，空間中存在水平向右的勻強磁場，一導體棒繞固定的豎直軸OP在磁場中勻速轉動，且始終平行于OP。導體棒兩端的電勢差u隨時間t變化的圖像可能正確的是()例2(2023·廣西柳州市模擬)為研究交變電流產生的規(guī)律，某研究小組把長60m導線繞制成N＝100匝的矩形閉合線圈，如圖所示。現把線圈放到磁感應強度大小B＝0.1T、方向水平向右的勻強磁場中，線圈可以繞其對稱軸OO′轉動?，F讓線圈從圖示位置開始(t＝0)以恒定的角速度ω＝10πrad/s轉動。下列說法正確的有()A．t＝0時，線圈位于中性面位置B．t＝0.05s時，感應電流達到最大值C．當bc＝2ab時，感應電動勢的瞬時值表達式為e＝2πsin10πt(V)D．當ab＝ad時，感應電動勢的有效值最大拓展在例2中，(1)0～0.05s過程中，穿過線圈的磁通量變化率如何變化？(2)畫出從圖示位置開始計時的感應電動勢隨時間變化的圖像(已知bc＝2ab)。(3)當ab＝ad時，寫出線圈從中性面開始轉動的感應電動勢的瞬時值表達式。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________書寫交變電流瞬時值表達式的技巧1．確定正弦式交變電流的峰值：根據已知圖像讀出或由公式Em＝NBSω求出相應峰值。2．明確線圈的初始位置：(1)若線圈從中性面位置開始計時，則i－t圖像為正弦函數圖像，函數表達式為i＝Imsinωt。(2)若線圈從垂直中性面位置開始計時，則i－t圖像為余弦函數圖像，函數表達式為i＝Imcosωt?？键c二交變電流的四值及應用物理量物理含義重要關系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值Em＝NBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)(外電路為純電阻電路)討論電容器的________電壓平均值交變電流圖像中圖線與時間軸所圍的面積與時間的比值eq\x\to(E)＝Neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)(外電路為純電阻電路)計算通過導線橫截面的________有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))適用于正弦式交變電流(1)交流電流表、交流電壓表的示數(2)電氣設備“銘牌”上所標的值(如額定電壓、額定電流等)(3)計算與電流的熱效應有關的量(如電功、電功率、電熱、保險絲的熔斷電流等)(4)沒有特別加以說明的1．交流電壓表和電流表測量的是交流電的峰值。()2．可以用平均值計算交變電流產生的熱量。()3．求通過導體橫截面的電荷量q＝It，其中的I指的是有效值。()4．最大值和有效值之間的eq\r(2)倍關系僅適用于正弦式交流電。()例3(多選)(2021·浙江1月選考·16)發(fā)電機的示意圖如圖甲所示，邊長為L的正方形金屬框，在磁感應強度為B的勻強磁場中以恒定角速度繞OO′軸轉動，阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示。其他電阻不計，圖乙中的Um為已知量。則金屬框轉動一周()A．框內電流方向不變B．電動勢的最大值為UmC．流過電阻的電荷量q＝eq\f(2BL2,R)D．電阻產生的焦耳熱Q＝eq\f(πUmBL2,R)拓展(1)若用交流電壓表測量電阻R兩端電壓，則電壓表的示數為____________。(2)若金屬框匝數為n，轉動角速度為ω，金屬框的電阻也為R，則從圖甲位置開始，轉動180°的過程中，金屬框中產生的焦耳熱為__________，除安培力以外的力對金屬框做的功為__________________。例4一個U形金屬線框在兩勻強磁場中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉動，通過導線給同一電阻R供電，如圖甲、乙所示。甲圖中OO′軸右側有磁場，乙圖中整個空間均有磁場，兩圖中磁場的磁感應強度相同。(1)分別畫出一個周期甲、乙兩種情形下感應電流隨時間變化的圖像(從圖示位置開始計時)。(2)甲、乙兩圖中理想電流表的示數之比為________。A．1∶eq\r(2)B．1∶2C．1∶4D．1∶1有效值的計算1．計算有效值時要根據電流的熱效應，抓住“三同”：“相同時間”內“相同電阻”上產生“相同熱量”，先分段計算熱量，求和