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（粤教版 新教材 新高考）

素养解读·评价要求 1.本章涉及的知识点有交变电流的产生过程，交变电流的图像和四值，理想变压器的工作原理及原副线圈与各物理量之间的制约关系，远距离输电的升压、降压工作模式及功率和电压的损耗。本章经常以选择题的形式命题考查，主要考查考生对交变电流的图像、四值、理想变压器及远距离输电等知识的理解。题目有一定的综合性，侧重基础知识的考查，难度中偏易。学科素养主要落实科学思维方法及科学探究能力的提升。 2.我国远距离输电技术处于世界领先水平，与之相关的信息给予题应多训练，随着现代技术与人工智能的发展，传感器的应用越来越广泛，与传感器有关的信息题和实验题应增加关注。 第1讲　交变电流的产生和描述 授课提示：对应学生用书第319页 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，因此电流的方向一个周期改变两次。 (4)图像：线圈从中性面位置开始计时，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、丙所示。 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)：交变电流在单位时间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＝。 2．交变电流的“四值” (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数，如e＝Emsin ωt。 (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值。 (3)有效值：让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫作这一交变电流的有效值。 [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。 一、判断题 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。(√) 3．交流电器设备上所标的电压和电流值是指有效值。(√) 5．交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。(×) 6．分析电容器的耐压值应考虑电压的峰值。(√) 二、选择题 1．(多选)一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势大小为e＝220sin 100πt V，则(　　) A．交变电流的频率是100π Hz B．t＝0时，线圈位于中性面 C．交变电流的周期是0.02 s D．t＝0.05 s时，e有最大值 答案：BC 2．两只相同的电阻，分别通以正弦波形的交流电和方波形的交流电，两种交流电的最大值与周期相等(如图甲、乙所示)。在正弦波形交流电的一个周期内，正弦波形的交流电在电阻上产生的焦耳热为Q1，其与方波形交流电在电阻上产生的焦耳热Q2之比Q1∶Q2等于(　　) A．1∶1　　　　　　　 B．2∶1　　　 C．1∶2 D．4∶3 答案：C 授课提示：对应学生用书第320页 考点一　交变电流的产生和描述 1．中性面的三点说明 (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，因此电流的方向在一个周期内改变两次。 2．交变电流瞬时值表达式 (1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式Em＝nBSω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。如： ①线圈在中性面位置开始计时，则i－t图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsin ωt。 ②线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则i－t图像为余弦函数图像，函数表达式为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