第12章 第1讲 交变电流的产生和描述-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

第1讲　交变电流的产生和描述 授课提示：对应学生用书第307页 一、交变电流 1．交变电流(AC)：电流和电压大小和方向都随时间做周期性变化。 正弦交流电是最简单、最基本的交变电流，如图所示。 2．正弦交流电的产生条件和图像 (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，因此电流的方向一个周期改变两次。 (4)图像：线圈从中性面位置开始计时，穿过线圈的磁通量Φ、电动势e、电压u和电流i随时间t变化的图像分别如图甲、乙、丙、丁所示。 (5)方程：Φ＝Φmcos_ωt＝BScos_ωt，e＝Emsin_ωt＝NBS_ωsin_ωt，u＝Umsin_ωt，i＝Imsin_ωt。 二、描述正弦式交变电流的物理量 1．周期和频率 (1)周期(T)：交变电流做一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝。 (2)频率(f)：完成周期性变化的次数与所用时间的比称为频率，单位是Hz。 (3)周期和频率的关系：T＝或f＝。 2．交流电的“四值” (1)瞬时值：交流电某一时刻的值，是时间的函数，如e＝Emsin_ωt。 (2)峰值：正弦交流电在一个周期内电流或电压所能达到的最大值。 (3)如果交流电与某一直流电通过同一电阻，在交流电的一个周期内产生的热量相等，则这个直流电的电流和电压值，就分别称为相应交流电电流和电压的有效值。 [注意]　正(余)弦交流电的有效值和峰值的关系：E＝，U＝，I＝。 (4)平均值：交变电流图像中波形与t轴所围面积跟时间的比值。由E＝ 算出的是平均值。 授课提示：对应学生用书第308页 考点一　交流电的产生和规律描述　 基础考点 1．交流电产生过程中的两个特殊位置规律展示 图示 概念 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S Φ＝BS，最大 e＝n＝0，最小 感应电流为零，方向改变 B∥S Φ＝0，最小 e＝n＝nBSω，最大 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 端电压 u＝Umsin ωt＝·sin ωt 电流 i＝Imsin ωt＝·sin ωt 说明 (1)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，因此电流的方向每一周期改变两次。 (2)若从与中性面垂直的位置开始计时，其图像和表达式发生相位差的变化 3.瞬时值表达式的书写 (1)确定正弦式交变电流的峰值。根据已知图像读出或由公式Em＝nBSω，Im＝求出相应峰值。 (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。 ①线圈从中性面位置开始转动，则i－t图像为正弦函数图像，函数式为i＝Imsin ωt。 ②线圈从垂直于中性面位置开始转动，则i－t图像为余弦函数图像，函数式为i＝Imcos ωt。 典例1　(2023·海南三亚质检)在正弦交流电的产生原理中，有个称之为“中性面”的概念，下列关于它的说法正确的是(　　) A．中性面就是线圈所在的平面 B．中性面与磁场平行 C．线圈经过中性面时，磁通量最大 D．线圈经过中性面时，电动势最大 [解析]　中性面是指线圈平面与磁感线垂直的位置，则线圈在中性面时，穿过线圈的磁通量最大，由于线圈不切割磁感线，即磁通量的变化率为零，故产生的感应电动势为零，故A、B、D错误，C正确。 [答案]　C 典例2　风速测速仪的简易装置如图甲所示，某段时间内线圈中感应电流的波形如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A．若风速变大，图乙中感应电流的周期变大 B．若风速变大，图乙中感应电流的峰值变大 C．图乙中感应电流最大时，风速最大 D．图乙中感应电流随时间变化的原因是风速在变 [解析]　若风速变大，则转速变大，角速度变大，根据T＝可知，周期变小，故A错误；若风速变大，则角速度变大，根据Em＝NωBS可知，感应电动势峰值变大，再根据Im＝可知，感应电流的峰值变大，故B正确；图乙中感应电流最大时，是穿过线圈的磁通量的变化率最大，并不是风速最大，故C错误；图乙中感应电流随时间变化的原因是穿过线圈的磁通量变化率随时间在变化，故D错误。 [答案]　B 1．(交变电流图像的应用)(多选)风电是一种清洁、绿色的可再生能源，中国的风电装机容量目前处于世界领先地位。风力发电的简易模型如图