第十二章 第一讲　交变电流的产生和描述-（教师用书）【导学教程】2024新教材新高考物理新编大一轮总复习（人教版）

核心素养 试题情境 物理观念：(1)理解交变电流的产生，理解交变电流“四值”问题，理解理想变压器及远距离输电原理。 (2)掌握交变电流的描述方法，运用能量观念分析变压器及远距离输电问题。 科学思维：建构理想变压器及远距离输电模型分析求解问题。 科学探究：通过实验，认识交变电流，了解变压器的工作原理，探究传感器的简单使用。 生活实践类：家用和工业电路、家用电器、磁电式电流表、发电机、变压器、远距离输电、无线充电、电磁波谱、电磁波与实际生活和科技前沿的结合。 学习探索类：探究变压器原副线圈电压关系问题、传感器的简单应用等。 第一讲　交变电流的产生和描述 一、交变电流、交变电流的图像 1．交变电流 电流、电压的__大小__和__方向__都随时间做周期性变化的电流。最常见的交变电流是__正弦式__交变电流。 2．正弦式交变电流的产生及图像 (1)产生 ①产生：在匀强磁场里，线圈绕__垂直于磁场__方向的轴匀速转动时，可产生正弦式交变电流。 ②两个特殊位置 中性面 与磁场方向__垂直__的平面 中性面的垂面 与磁场方向__平行__的平面 (2)图像 用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，则其图像为__正弦式__曲线，如图所示。 (3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时) ①电动势e随时间变化的规律：e＝__Em·sin_ωt__。 ②路端电压u随时间变化的规律：u＝Umsin ωt＝　·sin ωt　。 ③电流i随时间变化的规律：i＝Imsin ωt＝　·sin ωt　，其中Em＝__nBSω__。 二、描述交变电流的物理量 1．周期和频率 (1)周期T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一周)所需要的时间，国际单位是秒(s)。公式：T＝。 (2)频率f：__交变电流在1_s内完成周期性变化__的次数，单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系：T＝　　或f＝　　。 2．正弦式交变电流的四值 (1)瞬时值：交变电流某一__时刻__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__最大值__。 (3)有效值 ①定义：让交流电和直流电通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的__热量__相等，就把这一直流电的数值叫作这一交流电的__有效值__。 ②有效值和峰值的关系：E＝，U＝，I＝。 (4)平均值：交流电流图像中波形与横轴__所围面积__跟时间的比值。 1．一矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO′匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流。下列说法正确的是(　　) A．线圈经过甲图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大 B．线圈经过乙图位置时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大 C．线圈经过丙图位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率也最大 D．线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的电动势在减小 答案　B 2．把发光颜色不同的两个二极管并联(该类二极管具有单向导电性，导通时发光)，使两者正负极方向不同。当摇动如图所示的手摇发电机时，两个二极管交替发光，则流过其中一个二极管的电流是(　　) A．交流电　　　　　 B．直流电 C．恒定电流 D．涡流 答案　B 考点一　交变电流的产生及规律 1．电流方向的改变 线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。 2．交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。 3．交变电流的产生要抓住：“一模型”：线圈(可以是矩形、圆形、不规则形状)以线圈平面上的两点所在直线为轴绕垂直于匀强磁场的轴做圆周运动。 “两平面”：一是中性面(B⊥S)，二是与中性面垂直的位置平面，确定线圈经过两平面时的各物理量。 　(2022·北京海淀区二模)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为交流电流表，电阻R大小为5 Ω。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图甲所示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A．电阻R的热功率为1 000 W B．1 s内电流方向改变50次 C．t＝0.01 s时，线圈平面与磁场方向平行 D．t＝0.005 s时，穿过线圈的磁通量变化最快 　 读图 线圈处于中性面位置，B⊥S，感应电动势为零。 [解析]　由题图可知，交变电流的电流有效值I＝＝10 A，电阻R的热功率为P＝I2R＝500 W，A错误；由题图可知，交变电流的周期为0.02 s，频率为50 Hz，在每个周期内电流方向改变2次，则1 s内电流方向改变100次，B错误；t＝0.01 s时，线圈中的电流最大，此时线圈平面与磁场方向平行，C正确；t＝0.005 s时，感应电