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轮教师用书word（新教材，人教版）

高考 年份 命题轨迹 考查点 1.命题难度:试题以中低档难度为主,很少出现高难度题目。 2.命题频率:高考虽然对该部分知识点考查不多,但交变电流仍是选择题中的命题热点。典型的题型有:①根据线框在磁场中的转动求解描述交变电流的物理量;②根据交变电流的图像或表达式求解描述交变电流的物理量;③变压器的基本原理和动态分析;④远距离输电问题。 3.命题情境:交变电流是电磁感应现象的应用,经常与家庭电路和工业电路、家用电器、磁电式电流表、发电机、变压器、远距离输电、无线充电情境相联系进行考查。 4.模型图示 2022 山东卷 T4(3分) 利用提供的单匝线圈的条件,考查多个副线圈的变压器比值关系 广东卷 T4(4分) 利用旋转磁极式发电机考查正弦式交变电流的电动势、频率和电功率问题 湖南卷 T6(4分) 理想变压器的动态分析问题 河北卷 T3(4分) 利用线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦交变电流,考查交变电流的四值描述以及变压器的比值关系 2021 山东卷 T9(4分) 输电能耗演示电路中的相关物理量的分析和计算 广东卷 T7(4分) 变压器情境下对交变电动势大小的影响因素、周期和频率关系的考查 福建卷 T3(4分) 副线圈住户使用的用电器增加时,理想变压器的动态分析问题的考查 湖南卷 T6(4分) 理想变压器的动态分析问题的考查 河北卷 T8(4分) 有多个副线圈的理想变压器的原理分析及相关物理量的计算,并结合交变电流的产生与描述问题的考查 第1讲　交变电流的产生和描述 一、交变电流 1.交变电流 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。 (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)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= 2.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 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数值叫作这一交变电流的有效值 平均值 用 =N·和=来计算 [注意] 正弦式交变电流的有效值和峰值的关系:E=,U=,I=。 [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.(2022·湖南永州模拟)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(　B　) A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直 B.每秒内电流方向改变100次 C.灯泡两端的电压为22 V D.0～0.01 s时间内通过灯泡的电荷量为0 解析:由题图乙电动势随时间变化的正弦规律图像可知,计时起点e=0,即从中性面开始计时,选项A错误;由题图乙可知,交变电流周期为0.02 s,所以频率为50 Hz,即每秒内电流方向改变100次,选项B正确;由题图乙可知,电动势的有效值