第十三章 第1讲　交变电流的产生及描述-【创新思维】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（人教版 新教材 新高考）

第十三章　交变电流　传感器 电磁波　相对论 新高考课程标准 知识网络构建 1.通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正弦交变电流。 2．通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。 3．了解发电机和电动机工作过程中的能量转化。认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。 4．知道非电学量转换成电学量的技术意义。 5．通过实验，了解常见传感器的工作原理。会利用传感器制作简单的自动控制装置。 6．列举传感器在生产生活中的应用。 7．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求。 8．通过实验，了解电磁振荡。知道电磁波的发射、传播和接收。认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。 9．通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性，了解电磁波的应用及其带来的影响。 10．知道光是一种电磁波。知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。 11．初步了解相对论时空观。 12．关注宇宙起源和演化的研究进展。 实验十五：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 实验十六：利用传感器制作简单的自动控制装置。 第1讲　交变电流的产生及描述 授课提示：对应学生用书第269页 [主干知识·梳理] 一、交变电流、交变电流的图像 1．交变电流 (1)定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。 (2)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流。 2．正弦式交变电流的产生和图像 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图像为正弦曲线。如图甲、乙、丙所示。 二、正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值 1．周期和频率 (1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝。 (2)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)。 (3)周期和频率的关系：T＝或f＝。 2.正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时) (1)电动势e随时间变化的规律：e＝Emsin_ωt。 (2)负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝Umsin_ωt。 (3)电流i随时间变化的规律：i＝Imsin_ωt。 其中ω等于线圈转动的角速度，Em＝nBSω。 3．交变电流的瞬时值、峰值、有效值 (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(电流、电压或电动势)所能达到的最大值。 (3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫作交变电流的有效值。对正弦式交变电流，其有效值和峰值的关系为E＝，U＝，I＝。[易错易混·诊断] 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 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。 (1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化。(√) (2)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。(×) (3)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。(×) (4)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。(√) (5)交流电器设备上所标的电压值和电流值是指有效值。(√) (6)交流电压表和电流表测量的是交变电流的峰值。(×) (7)分析电容器的耐压值应考虑电压的峰值。(√) (8)交变电流的峰值总是有效值的 倍。(×) (9)在一个周期内，正弦式交变电流的方向改变两次。(√) 授课提示：对应学生用书第270页 　　师生互动 1．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 路端 电压 u＝Umsin ωt ＝·sin ωt 电流 i＝Imsin ωt ＝·sin ωt 2.正弦式交变电流的两点说明 (1)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。 (2)交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。 [典例]　(2023·辽宁丹东模拟)图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈绕OO′轴转动，若从某位置开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示，已知发电机线圈内阻为r，外接灯泡的电阻为9r，下列说法正确的是(　　) A．线圈是从垂直中性面位置开始计时的 B．电动势表达式为e＝6si