2024届高考物理一轮复习讲义：20.1 交变电流

20.1 交变电流 要点一.交变电流 大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流。 常见的交变电流的波形图： 按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流． 要点二.正弦交变电流的产生 1.产生条件 在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 2.过程分析 线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动。如图甲至丁所示，在四个过程中线圈中的电流方向如表所示。 过程分析： 转动过程 磁通量变化 电流方向 甲→乙 减小 B→A→D→C 乙→丙 增大 B→A→D→C 丙→丁 减小 A→B→C→D 丁→甲 增大 A→B→C→D 特点： 1.每转一周，电动势最大值出现两次。 2.每转动一周，两次经过中性面，感应电动势、感应电流方向改变两次。 3.两个特殊位置的对比 中性面（甲、丙） 与中性面垂直（乙、丁） 位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 磁通量 最大： 零： 磁通量变化率 零 最大 感应电动势e 零 最大 感应电流i 零 最大 电流方向 改变 不变 要点三.交变电流的变化规律 1.切割过程分（瞬时表达式推导） 2.正弦式交变电流的瞬时值表达式 1.峰值 由e＝NBSωsin ωt可知， 电动势的峰值：Em＝NBSω。 电流的峰值：Im＝。 路端电压峰值：Um＝. 注意： 交变电动势的最大值，由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直于磁场。 因此如图所示几种情况，若N、B、S、ω相同，则电动势的最大值相同。 2. 瞬时值表达式 (1)从中性面位置开始计时 e＝Emsinωt i＝Imsinωt u＝Umsinωt (2)从与中性面垂直的位置开始计时 e＝Emcosωt i＝Imcosωt u＝Umcos ωt. 3.确定正弦式交变电流电动势瞬时值表达式的基本方法 （1）确定线圈转动从哪个位置开始计时。 （2）确定表达式是正弦函数还是余弦函数。 （3）确定转动的角速度（的单位为“转／秒”）、最大值、初相位（即线圈的计时位置）。 （4）写出表达式，代入角度求瞬时值。 要点四、交变电流的图像 1.图像及特点 如图甲、乙所示，从图像中可以得到以下信息： (1)交变电流的峰值Em、Im. (2)两个特殊值对应的位置： ①e＝0(或i＝0)时：线圈位于中性面上，此时＝0，Φ最大． ②e最大(或i最大)时：线圈平行于磁感线，此时最大，Φ＝0. (3)e、i大小和方向随时间的变化规律． 交变电流随时间的变化规律不再是简单的正比例关系，所以借助图象法来分析研究比单纯用代数的方法更简捷、直观。 高中物理一轮复习 贾老师：13140411520 页 2 学科网（北京）股份有限公司 题型1.交变电流的特点及理解 经典例题 典例1 如图所示图像中属于直流电的是 （　　）A．B．C． D． 典例2 对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是(　　 ) A．电流大小变化，方向不变，是直流电 B．电流大小、方向都变化，是交流电 C．电流的周期是0.02 s，最大值是0.2 A D．电流做周期性变化，是交流电 巩固提升 巩固1 如图所示的的几种电流随时间变化的图线中，不属于交变电流的是（　　） A． B． C． D． 巩固2 下列图像中不属于交流电的有（　　） A．B． C． D． 巩固3 下列电流随时间变化的图像中，属于交变电流的是（　　） A． B． C． D． 题型2.交变电流的产生、过程分析、变化规律 经典例题 典例1 闭合线圈在磁场中做如下运动，不能产生正弦式交变电流的情景是（　　） A． B． C． D． 典例2 关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是（　　） A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化 B．线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流一直增大 C．线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次 D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置 巩固提升 巩固1 如图甲所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动。若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图像是图乙中的(　 A　) 巩固2 如图所