第十二章 交变电流 电磁波 传感器-【赢在微点】2024高考物理大一轮复习顶层设计核心微讲教师用书word（新教材新高考）

第十二章 交变电流　电磁波　传感器 第1讲　交流电的产生和描述 如图所示是交流发电机的示意图,线圈在水平方向的匀强磁场中绕着垂直磁场方向的轴匀速转动。 (1)矩形线圈在绕着垂直于磁场方向的轴匀速转动时产生正弦式交变电流。 (√) (2)线圈在经过如图所示的位置时磁通量最大,产生的感应电动势也最大。 (×) (3)线圈每转一周,两次经过中性面位置,电流的方向改变两次。 (√) (4)线圈的转速增大到原来的2倍,线圈产生的感应电动势增大到原来的4倍。 (×) (5)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势有效值表达式为E=。 (√) 考点1　正弦式交变电流的产生和描述 1.产生。 线圈绕垂直于匀强磁场方向的轴匀速转动。 2.两个特殊位置的特点。 (1)线圈平面转到中性面时,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。 3.一个周期内线圈中电流的方向改变两次。 4.描述交变电流的物理量。 (1)最大值。 Em=NBSω,与转轴位置无关,与线圈形状无关(选填“有关”或“无关”)。 (2)周期和频率。 ①周期(T):交变电流完成一次周期性变化所需的时间。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=或f=。 5.交变电流的变化规律(线圈从中性面开始计时)。 函数表达式 图像 磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt 电动势 e=Emsin ωt=NBSωsin ωt 　交变电流瞬时值表达式的书写。 (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。 考向1 线框在匀强磁场中的匀速转动产生交变电流 【典例1】　在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动,如图甲所示,产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示。则下列说法不正确的是 (　　) A.t=0.01 s时穿过线框的磁通量最大 B.该线圈转动的角速度大小为π rad/s C.该交变电动势的瞬时值表达式为e=22sin(100πt) V D.线框平面与中性面的夹角为45°时,电动势瞬时值为22 V 解析　由题图知t=0.01 s时,感应电动势为零,则穿过线框的磁通量最大,故A项正确;该线圈转动的角速度大小为ω==100π rad/s,故B项错误;当t=0时,电动势为零,线圈平面与磁场方向垂直,故该交变电动势的瞬时值表达式为e=Emsin ωt=22sin(100πt) V,故C项正确;线框平面与中性面的夹角为45°时,电动势瞬时值为e=Emsin 45°=22 V,故D项正确。 答案　B 【典例2】　某矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,通过线圈的磁通量随时间按如图所示的规律变化,当t=0时,Φ=Φ0,图中Φ0、t1、t2均已知,则下列说法正确的是　 (　　) A.t1时刻,线圈中的感应电流为零 B.t1~t2时间内,线圈中的电流先增大后减小 C.线圈转动的角速度大小为ω= D.若将线圈的转速增大为原来的2倍,则线圈中感应电流的电功率是原来的4倍 解析　t1时刻,磁通量的变化率不为零,因此感应电动势不为零,感应电流不为零,A项错误;t1~t2时间内,磁通量的变化率先变小后变大,因此感应电流先变小后变大,B项错误;线圈转动的角速度大小为ω==,C项错误;E=NBSω=NΦ02πn,若将线圈的转速增大为原来的2倍,感应电动势的最大值变为原来的2倍,感应电动势的有效值变为原来的2倍,由P=可知,电功率是原来的4倍,D项正确。 答案　D 考向2 正弦式交变电流的“另类”产生方式 【典例3】　如图所示,闭合金属线框曲线部分恰好是半个周期的正弦曲线,直线部分长度为0.4 m,线框的电阻为1 Ω,若线框从虚线位置开始以2 m/s的速度匀速进入足够大的匀强磁场(线框直线部分始终与磁场右边界垂直),这个过程中线框释放出的焦耳热为0.4 J,线框中电流随时间变化的关系式为 (　　) A.i=2sin(10πt) A B.i=sin(10πt) A C.i=2sin(5πt) A D.i=sin(5πt) A 解析　由题意知线框产生的感应电流为正弦式交流电,设该电流的有效值为I,由题可得Q=I2Rt,其中t==0.2 s,解得I= A,所以该正弦式交流电的电流最大值为Im=I=2