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，人教版）

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　　　　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　　　　于磁场方向的轴　　　　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　　　　,=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　　　　。 (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)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　　　　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 　　　　内完成周期性变化的次数,单位是 　　　　(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　　　　的值,是时间的函数。如e=　　　　  峰值 交变电流的电流或电压所能达到的　　　　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　　　　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(　　) 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 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 e=N=0, 最小 e=N=NBSω, 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 电流 i=Imsin ωt= sin ωt 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] (2022·北京朝阳区模拟)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,磁通量的变化率最大 B.图示位置电流最大,方向为A→B C.从图示位置开始经过,电流方向将发生改变 D.从图示位置计时,线圈中电流i随时间t变化的关系式为i= Imsin t [例2] [交变电流的瞬时值表达式及其应用] (2022·广东广州模拟)(多选)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势e=220sin 100πt V,那么(　　) A.该交变电流的频率是50 Hz B.当t=0时,线圈平面恰好位于中性面 C.当t= s时,e有最大值 D.该交变电流电动势的有效值为220 V 瞬时值表达式的书写技巧 (1)确定正弦式交变电流的峰值,可根据已知图像读出或由公式Em=nBSω、I