第11章 第1节 交变电流的产生及描述(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(老高考)人教版

[教师备选资源] 命题分析 核心素养 1．从近几年高考试题分析，本专题考查重点是理想变压器的工作原理以及各物理量之间的关系，有时也考查远距离输电、交变电流的产生、变化规律，以及和电路或电磁感应的综合知识点，多以选择题的形式命题考查。 2．本章题目属于简单题型，综合性不强，有时和电路以及电磁感应结合命题。题目内容多体现在对理想变压器模型的理解以及各物理量间的关系的应用上。 物理观念：有效值、峰值、变压器、远距离输电。 科学思维：图象法、理想变压器、守恒思想、动态分析法、极值法。 科学探究：传感器的特性及使用。 科学态度与责任：发电机和电动机、电能的输送、生活中各种变压器的应用、传感器的使用。 　交变电流的产生及描述 一、交变电流的产生 1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流(AC)。下图是几种常见交变电流的图象。 图1　　　　　　　　图2 图3　　　　　　　　图4 2．正弦式交变电流的产生和图象 (1)正弦式交变电流的一种产生方式：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，如图。 (2)中性面 a．定义：与磁场方向垂直的平面。 b．特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为0，感应电动势为0。 线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次。 (3)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，是一条正弦或余弦曲线。如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为如图所示的正弦曲线。 图1　　　　　图2　　　　　图3 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，单位是秒(s)。公式T＝。 (2)频率f：交变电流在1秒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：交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值。 一、易错易误辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)正弦式交流电只能通过线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动产生。 (×) (2)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势为零，电流方向发生改变。 (√) (3)通常所说的家庭电路中额定电压“220 V”是指交变电压的有效值。 (√) (4)将交流电流表接入交变电路中，指针会来回摆动。 (×) (5)交变电流的峰值总是有效值的倍。 (×) 二、教材习题衍生 1．(教科版选修3－2P34T1改编)(多选)如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动。沿着OO′观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时(　　) A．线圈中感应电流的方向为abcda B．线圈中的感应电流为 C．穿过线圈的磁通量为0 D．穿过线圈的磁通量的变化率为0 BC　[图示位置为垂直于中性面的位置，此时通过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电流也最大，I＝＝，由右手定则可判断出线圈中感应电流的方向为adcba。] 2．(教科版选修3－2P38T5改编)如图所示，表示一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电的有效值是(　　) A．5 A　　　　　　 B．3.5 A C．3.5 A D．5 A D　[交流电的有效值是根据其热效应定义的，它是从电流产生焦耳热相等的角度出发，使交流电与恒定电流等效。设交流电的有效值为I，令该交变电流通过一阻值为R的纯电阻，在一个周期内有：I2RT＝IR＋IR。所以该交流电的有效值为I＝ ＝5 A。] 3．(教科版选修3－2P38T1改编)一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e＝311sin 100πt(V)，那么(　　) A．该交变电流的频率是100 Hz B．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面垂直 C．当t＝ s时，e达到峰值 D．该交变电流的电动势的有效值为311 V C　[由交变电流的电动势瞬时值表达式e＝nBSω·sin ωt可知，交变电流的频率f＝＝ Hz＝50 Hz，A错误；在t＝0时，电动势瞬时值为0，线圈平面恰好在中性面处，B错误；当t＝ s时，e达到峰值Em＝311 V，C正确；该交变电流的电动势的有效值E＝≈220 V，D错误。] 交变电流的产生及描述　 1．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开