第42讲 交流电的产生和描述-2024届高中物理一轮复习提升素养导学案（全国通用）

第42讲 交流电的产生和描述 学习目标 明确目标 确定方向 1. 什么是交流电 2. 交流电的产生 3. 描述交流电的物理量 【知识回归】 回归课本 夯实基础 第一部分：基础知识梳理 一交变电流 1定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。 2.正弦式交变电流的产生 (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。(如图2所示) 图2 (2)两个特殊位置的特点 ①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。 ②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。 (3)电流方向的改变 一个周期内线圈中电流的方向改变两次。 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(线圈转一周)所需的时间，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.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数。 如e＝Emsin ωt。 (2)峰值：交变电流或电压所能达到的最大的值。 (3)有效值 ①定义：让交流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫做这一交流的有效值。 ②正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系 I＝，U＝，E＝。 (4)交变电流的平均值 E＝n，I＝。 第二部分重难点辨析 一、正弦交流电的产生及变化规律 1．正弦式交变电流的产生 (1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)两个特殊位置的特点： ①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。 ②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。 (3)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。 (4)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。 二对交变电流有效值的理解 1．交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算。注意“三同”即“相同电阻”上，“相同时间”内产生“相同热量”。计算时“相同时间”至少要取一个周期的时间。 2．在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值。在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流及电功率指的都是有效值。 3．非正弦式交变电流的有效值，应按有效值的定义计算。 4．几种典型的电流及其有效值 名称 电流(电压)图象 有效值 正弦式交变电流 I＝ U＝ 正弦式半波脉冲电流 I＝ U＝ 正弦单向脉冲电流 I＝ U＝ 矩形脉冲电流 I＝ Im U＝ Um 非对称性交变电流 I＝ U＝ 【典例分析】 精选例题 提高素养 【例1】．如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示。下列说法中正确的是（　　）    A．两次时刻线圈的磁通量均为零 B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2：3 C．曲线b表示的交变电动势有效值为5V D．曲线a表示的交变电动势频率为50Hz 【例2】．如图，虚线MN左侧空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B₀。与MN共面的单匝金属线框abcd以MN为轴匀速转动，角速度大小为ω。已知正方形线框边长为L，回路阻值为R， ad边与MN之间的距离为,，则线框回路中电流的有效值为（　　） A． B． C． D． 【例3】．如图所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C分别串联一个灯泡后，并联接在交流电源的两端，三盏灯亮度相同。要使灯泡变亮、灯泡变暗，下列措施中可行的是（　　） A．只减小交流电的电压 B．只增大交流电的电压u C．只减小交流电的频率 D．只增大交流电的频率 【巩固练习】