第十二章 第1讲 交变电流的产生和描述-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮复习讲义（新教材，鲁科版）

第1讲　交变电流的产生和描述 一、交变电流 1.直流电流和交变电流 (1)直流电流:方向不随　　　　变化的电流。  (2)交变电流:电流大小和　　　　都随时间做周期性变化。  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　　　于磁场方向的轴　　　　转动。 (2)中性面和两个特殊位置的特点。 ①中性面:与磁场方向　　　　的平面。  ②线圈平面与中性面重合时,S⊥B,Φ最大,=0,DC、AB边均　　　　　　磁感线,e=0,i=0。  ③线圈平面与中性面垂直时,S∥B,Φ=0,最大,DC、AB边　　　　　　　　磁感线,e最大,i最大。  (3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向　　　　　　,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变　 。 (4)变化规律:当线圈从中性面开始计时。 ①电动势随时间的变化规律:e=　　　　,式中Em表示电动势的　　　　值。对于n匝线圈,Em=　　　　。  ②负载两端的电压u、流过负载的电流i随时间的变化规律:u= 　　　　　　,i=　　　　　　。式中Um和Im分别是电压和电流的最大值,也叫峰值,而e、u、i则是相应的物理量的　　　　值。  (5)图像:线圈从中性面位置开始计时,磁通量Φ、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、丁所示。 二、描述交变电流的物理量 1.周期和频率 周期(T) 交变电流完成一次　　　　　　变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s)  频率(f) 交变电流在一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比,单位是　　　　(Hz)  二者 关系 T= 2.交变电流的瞬时值、峰值和有效值 瞬时值 交变电流某一　　　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　　　　值,如电气元件、设备对电压、电流的　　　　极限  有效值 让交变电流和恒定电流分别通过阻值相等的电阻,如果它们在相同的时间内产生的　　　　相等,就把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值  平均值 用 =N·和=来计算 ③正弦式交变电流的有效值和峰值的关系:U=　　　　　=0.707 Um, I=　　　=0.707 Im。  [教材情境] (教科版选择性必修第二册第57页“理论探究”)如图所示,将手摇发电机磁极间的磁场视为磁感应强度为B的匀强磁场,方向水平向右;线圈简化为单匝矩形线圈abcd,设线圈abcd绕水平的中心轴OO′沿逆时针方向以角速度ω匀速转动。 1.正误辨析 (1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时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,线圈中的感应电动势为零,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)交流电压表和交流电流表测量的是交变电流的峰值。(　　) (6)分析电容器的耐压值应考虑电压的峰值。(　　) 2.图甲是小型交流发电机的示意图,在匀强磁场中,一单匝矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈内阻为10 Ω,外接一只电阻为90 Ω的灯泡,不计电路的其他电阻,则每秒内电流方向改变　　　次,灯泡两端的电压为　　　V,0～0.01 s时间内通过灯泡的电荷量为 　　　　C。(结果均保留3位有效数字)  考点一　交变电流的产生及变化规律 1.两个特殊位置及其特点 图 示 概 念 中性面位置 与中性面垂直的位置 特 点 B⊥S B∥S Φ=BS最大 Φ=0最小 AB、DC边均不切割磁感线,e=0即最小 AB、DC边均垂直切割磁感线e=nBSω,即最大 感应电流为零, 方向改变 感应电流最大, 方向不变 2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) 物理量 函数表达式 图像 磁通量 Φ=Φmcos ωt =BScos ωt 电动势 e=Emsin ωt =nBSωsin ωt 电压 u=Umsin ωt =sin ωt (适用于纯电阻电路) 电流 i=Imsin ωt= sin ωt (适用于纯电阻电路) 3.电流方向的改变 线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈通过中性面两次,电流的方向改变两次。 [例1] [交变电流的产生] 交流发电机的示意图如图所示,当线圈ABCD绕垂直于磁场方向的转轴OO′匀速转动时,电路中产生的最大电流为Im,已知线圈转动的周期为T。下列说法正确的是(　　) A.图示位置磁通量最大,磁通量的变化