高中物理新高考第一轮复习教案：第1讲　交变电流的产生和描述

第十一章

交变电流传感器电磁振荡与电磁波第1讲交变电流的产生和描述必备知识新学法基础落实一、交变电流的产生和变化规律1．交变电流：大小和方向都随时间做__________变化的电流．2．正弦式交变电流(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕____________方向的轴匀速转动．(2)中性面①定义：与磁场垂直的平面．②特点：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__________．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．[主干知识·填一填]周期性垂直于磁场最大零零(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时)①电动势(e)：e＝Emsin

ωt.②电压(u)：u＝__________．③电流(i)：i＝__________．(4)图像(如图所示)Umsin

ωtImsin

ωt最大值相同热量[规律结论·记一记]一、易混易错判断1．交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化．()2．大小变化而方向不变的电流也叫交变电流．()3．线圈经过中性面时产生的感应电动势最大．()4．在一个周期内，正弦交流电的方向改变两次．()5．最大值和有效值之间的倍关系只适用于正弦式交变电流．()6．交流电压表及交流电流表的读数均为峰值．()[必刷小题·测一测]√××√√×BC2．(人教版选择性必修第二册P55T4改编)如图是一个正弦式交变电流的图像，下列说法正确的是(

)A．频率是0.2Hz，电流的峰值是10AB．周期是0.15s，电流的峰值是10AC．频率是5Hz，电流的有效值是10AD．周期是0.2s，电流的有效值是7.07AD3．(鲁科版选择性必修第二册P55T5改编)两只相同的电阻，分别通以正弦波形的交变电流和方波形的交变电流，两种交变电流的最大值与周期相等(如图甲、乙所示)．在正弦波形交变电流的一个周期内，正弦波形的交变电流在电阻上产生的焦耳热为Q1，其与方波形交变电流在电阻上产生的焦耳热Q2之比Q1∶Q2等于(

)A．1∶1

B．2∶1C．1∶2 D．4∶3C关键能力新探究思维拓展2．交变电流瞬时值表达式(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式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线圈在中性面位置开始计时，则i­t图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsin

ωt.②线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则i­t图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imcos

ωt.[题组突破]1．(交变电流的产生及变化)如图所示，(a)→(b)→(c)→(d)过程是交流发电机发电的示意图，下列说法正确的是(

)A．当线圈转到图(a)位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大B．从图(b)开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝Imsin

ωtC．当线圈转到图(c)位置时，感应电流最小，且感应电流方向将要改变D．当线圈转到图(d)位置时，感应电动势最小，ab边感应电流方向为b→aC2．(交变电流最大值的计算)如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，设磁感应强度为0.01T，线圈边长AB为20cm，宽AD为10cm，转速n为50r/s，则线圈转动时感应电动势的最大值为(

)A．1×10－2V

B．3.14×10－2VC．2×10－2V D．6.28×10－2V解析：D由Em＝BSω＝2πBSn可得Em＝2×3.14×0.01×0.2×0.1×50V＝6.28×10－2V．故选项D正确．DBCD关于交变电流的产生及规律的三点注意(1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关．(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积．(3)在解决有关交变电流的图像问题时，应先把交变电流的图像与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置特征求解．题后反思命题点二有效值的理解与计算(自主学习)[核心整合]1．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指的是有效值．(4)没有特别加以说明的，是指有效值．(5)“交流的最大值是有效值的倍”仅适用于正(余)弦式交变电流．BABC题后反思命题点三对交变电流“四值”的理解和应用(师生互动)[核心整合]例ABBCCDB核心素养新导向学科培优典例1

(1)外力F的最大值；(2)金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率；(3)在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系．典例2

CA．电流表的示数为0.24AB．0.01s时回路中的电流最大C．回路中交变电流的频率为50HzD．0.015s时电珠L中电流的方向为从D→L→C典例3

模式四线圈处于周期性变化的磁场中边长为a、匝数为n的正方形导线框置于均匀分布的磁场区域内，磁感应强度的方向与线框平面垂直，如图甲所示，磁感应强度B随时间按图乙所示的正弦规律变化．设导线框横截面的面积为S，电阻率为ρ，图像中所标物理量为已知量，求在时间t内(t≫T)线框中产生的热量．典例4

正弦式交流电的产生的实质是产生了正弦式感应电动势，根据E＝Blv，可以分别在B、l、v这三个物理量上做文章．归纳总结限时规范训练1234567891011121314D12345678910111213141234567891011121314C12345678910111213143．(2021·全国高三专题练习)图甲所示电压按正弦规律变化，图乙所示电压是正弦交变电流的一部分，则下列说法正确的是(

)A．图乙所示的电压也是正弦式交流电压B．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝10sin50πt(V)C．图乙所示电压的周期与图甲所示电压周期相同D．图甲所示电压的有效值比图乙所示电压的有效值小1234567891011121314D12345678910111213141234567891011121314BD12345678910111213141234567891011121314B12345678910111213141234567891011121314C12345678910111213141234567891011121314BC1234567891011121314[能力提升]8．(2021·湖北襄阳模拟)矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动．若轴线右侧没有磁场(磁场具有理想边界)，如图所示．设abcda方向为感应电流的正方向．从图示位置开始一个周期内线圈中感应电流随时间变化的图像正确的是(

)1234567891011121314A12345678910111213149．(多选)如图所示，矩形单匝线圈abcd，线圈放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕OO′轴匀速转动，转动的周期为T，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，转轴OO′垂直于磁场方向，线圈的阻值为R，与线圈相连的电阻的阻值也为R，从图示位置开始计时，线圈转过30°时线圈中的瞬时感应电流为I.以下判断正确的是(

)1234567891011121314AD123456789101112131412345678910111213141234567891011121314D12345678910111213141234567891011121314123456789101112131411．(多选)如图甲所示，abcd是匝数为50匝、边长为20cm、总电阻为1.0Ω的正方形闭合导线圈，放在与线圈平面垂直向里的磁场中．磁感应强度B随时间t发生周期性变化，变化关系如图乙所示．不考虑线圈各边电流之间的相互作用，以下说法中正确的是(

)BD123456789101112131412345678910111213141234567891011121314BC1234567891011121314123456789101112131413．(多选)手机无线充电工作原理的示意图如图所示，由送电线圈和受电线圈组成．已知受电线圈的匝数为n＝50匝，电阻r＝1.0Ω，在它的c、d两端接一阻值R＝9.0Ω的电阻．设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间按图乙所示的规律变化，可在受电线圈中产生电动势最大值为20V的正弦式交变电流，设t1时刻磁场竖直向上．则(

)1234567891011121314ADA．在t＝π×10－3s时，受电线圈中产生电流的大小2.0AB．在t＝π×10－3s时，c端电势低于d端C．在一个周期内，电阻R上产生的热量为5.7×10－3JD．从t1到t2时间内，通过电阻R的电荷量为2×10－3C1234567891011121314123456789101112131414．(2021·北京高三期末)如图所示，交流发电机的矩形金属线圈，ab边和cd边的长度L1＝50cm，bc边和ad边的长度L2＝20cm，匝数n＝100匝，线圈的总电阻r＝10Ω，线圈位于磁感应强度B＝0.05T的匀强磁场中．线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集流环)焊接在一起，并通过电刷与阻值R＝90Ω的定值电阻连接．初始状态时线圈平面与磁场方向平行，现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OO′以角速度ω＝400rad/s匀速转动．电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计．123456789101