第11章 第1讲 交变电流的产生及描述（Word教参）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（新教材 新高考）

第十一章 交变电流 电磁振荡与电磁波 传感器 第1讲　交变电流的产生及描述 一、交变电流 1．交变电流 电流、电压随时间做周期性变化的电流。 2．正弦式交变电流的产生条件和图像 (1)产生条件：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，如图所示。 (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，电流方向不发生改变。 (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)图像：线圈从中性面位置开始计时，电动势e、电压u和电流i随时间变化的图像分别如图甲、乙、丙所示。 二、描述正弦式交变电流的物理量 1．周期和频率 周期(T) 交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝ 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) 周期和频率的关系 T＝或f＝ 2．交变电流的瞬时值、峰值和有效值 瞬时值 交变电流某一时刻的值，是时间的函数。如e＝Emsin ωt 峰值 交变电流的电流或电压所能达到的最大值 有效值 让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等，就把这一恒定电流的电流与电压叫作这一交变电流的有效值 [注意]　正(余)弦式交变电流的有效值和峰值的关系：E＝，U＝，I＝。 情境创设　 如图甲所示是交流发电机的示意图，其产生的正弦式交变电流的图像如图乙所示。 微点判断　 (1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，矩形线圈中一定会产生正弦式交变电流。(×) (2)线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大。(×) (3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，矩形线圈中的感应电动势为零，感应电流方向发生改变。(√) (4)交流电器设备上所标的电压和电流值是指有效值。(√) (5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。(×) (6)分析电容器的耐压值应考虑电压的峰值。(√) (一) 交变电流的产生和描述(固基点) [题点全练通] 1．[中性面和峰值面] 图甲、乙是交流发电机示意图，线圈ABCD在磁场中匀速转动。下列说法正确的是(　 ) A．图甲中该时刻穿过线圈的磁通量最大，电路中的感应电流最大 B．图乙中该时刻穿过线圈的磁通量为零，电路中的感应电流为零 C．图甲中该时刻穿过线圈的磁通量变化率为零，电路中的感应电流为零 D．图乙中该时刻穿过线圈的磁通量变化率最大，电路中的感应电流为零 解析：选C　题图甲中线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，产生的感应电动势为零，电路中的感应电流为零，故A错误，C正确；题图乙中线圈位于与中性面垂直的位置，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大，电路中的感应电流最大，故B、D错误。 2．[交变电流的函数表达式] 一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e＝200·sin 100πt(V)，下列说法正确的是(　 ) 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200 V 解析：选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＝＝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＝200 V，C正确；该交变电流的电动势的有效值E＝＝200 V，D错误。 3．[描述交变电流的物理量] (2023·安徽蚌埠质检)在匀强磁场中，匝数N＝100的矩形线圈绕垂直磁感线的转轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势随时间的变化规律如图所示，则下列说法正确的是(　 ) A．t＝0.5×10－2 s时，线圈平面与中性面重合 B．t＝1×10－2 s时，线圈中磁通量变化率最大 C．穿过每一匝线圈的最大磁通量为1×10－3 Wb D．线圈转动的角速度为50π rad/s 解析：选C　由题图可知，当t＝0.5×10－2 s时，感应电动势最大，线圈平面与中性面垂直，故A错误；当t＝1×10－2 s时，感应电动势为0，线圈平面与中性面重合，磁通量最大，磁通量变化率为0，故B错误；该交流电的周期T＝0.02 s，则线圈转动角速度ω＝＝ rad/s＝100π rad/s，交流发电机的最大感应电动势Em＝NωBS，所以Φm＝BS＝＝ Wb＝1×10－3 Wb，故C正确，D错误。 [要点自悟明] 正弦式交变电流的变化规律(线圈从中性面位置开始计时) 函数