第13章 第1讲 交变电流的产生和描述(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中物理高考一轮总复习（粤教版2019）

高考复习顶层设计·物理 赢在微点 高考复习顶层设计 物理 第十三章 交变电流　电磁波　传感器 第1讲　交变电流的产生和描述 1.理解正弦式交变电流的产生过程,能正确书写交变电流的函数表达式。2.理解并掌握交变电流图像的意义。3.理解描述交变电流的几个物理量,会计算交变电流的有效值。4.理解交变电流“四值”,并会进行相关计算。 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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,=___,e=___,i=___,电流方向将发生改变。 0 0 0 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (2)线圈平面与中性面垂直时,S∥B,Φ=0,_____,e_____,i_____,电流方向不改变。 3.一个周期内线圈中电流的方向改变___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_____ (填“有关”或“无关”)。 最大 最大 最大 两 无关 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (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=。 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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   第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (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)线圈在绕垂直于磁场方向的轴转动,通过中性面时,感应电流大小为零,方向发生改变( ) (3)当线圈从垂直中性面开始计时,产生的电动势的瞬时值表达式为e=Emsin ωt( ) 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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。 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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(　　) 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 A.t=0.01 s时穿过线框的磁通量最大 B.该线框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 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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,A项正确;该线框转动的角速度大小为ω==100π rad/s,B项错误;当t=0时,电动势为零,线框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,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,D项正确。 答案　B 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【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 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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=NΦ0×2πn,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 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向2　正弦式交变电流的“另类”产生方式 【典例3】　(2023·辽宁卷)如图,空间中存在水平向右的匀强磁场,一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动,且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是(　　) 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　设导体棒的长度为l,做匀速圆周运动的线速度大小为v,经过一段时间t导体棒的速度方向与初始速度方向的夹角为θ,则θ=,如图所示,此时导体棒的有效切割速度为v1=vcos θ,则导体棒在匀速转动的过程中,导体棒两端的电势差为u=Blv1=Blvcos θ=Blvcost,C项正确。 答案　C 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例4】　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 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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 A,金属线框从题图所示的位置到完全进入磁场为半个周期,故T==0.4 s,ω==5π rad/s,所以该正弦式交流电的电流表达式为i=2sin(5πt) A,C项正确。 答案　C 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点2　交变电流的有效值 1.有效值。 让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等,则这个恒定电流的电流I与电压U就是这个交变电流的有效值。 2.正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系。 I=___,U=____,E=____。 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值( ) (2)交变电流的峰值等于有效值的倍( ) 有效值的计算。 (1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”,先分段计算热量,求和得出一个周期内产生的总热量,然后根据Q总=I2RT或Q总=T列式求解。 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (2)若图像部分是正弦(或余弦)式交变电流,其中的周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I=、U=求解。 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例5】　(多选)(2023·湖南卷)某同学自制了一个手摇交流发电机,如图所 示。大轮与小轮通过皮带传动(皮带不打滑),半径之比为4∶1,小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形,共n匝,总阻值为R。磁 体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。 大轮以角速度ω匀速转动,带动小轮及线圈绕转轴转动,转轴与磁场方向垂直。线圈通过 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡。假设发电时灯泡能发 光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是(　　) A.线圈转动的角速度为4ω B.灯泡两端电压有效值为3nBL2ω C.若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈,则灯泡两端电压有效值为 D.若仅将小轮半径变为原来的两倍,则灯泡变得更亮 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　大轮和小轮通过皮带传动,线速度v相同,小轮和线圈同轴转动,角速度相同,根据v=ωr并结合大轮与小轮半径之比为4∶1可知小轮和线圈转动的角速度为4ω,A项正确;由题意可知,线圈围成的面积S=L2,产生的感应电动势的最大值为Emax=nBS·4ω=4nBL2ω,产生的感应电动势的有效值为E==2nBL2ω,根据串联分压规律可知灯泡两端电压的有效值为U=E=nBL2ω,B项错误;若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈,则线圈的匝数变为 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 原来的2倍,线圈产生感应电动势的最大值变为Emax'=8nBL2ω,有效值变为E'==4nBL2ω,结合电阻定律R=ρ可知线圈电阻变为原来的2倍,即为2R,根据串联电路分压规律可得灯泡两端电压的有效值为U'==,C项正确;若仅将小轮半径变为原来的两倍,则小轮和线圈转动的角速度变小,线圈产生的感应电动势有效值变小,灯泡两端电压变小,灯泡变暗,D项错误。 答案　AC 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例6】　如图的甲、乙、丙、丁四幅电流-时间图像,下列说法正确的是(　　) 甲 乙 丙 丁 A.图甲中电流的有效值为2 A B.图乙中电流的有效值为2 A C.图丙中电流的有效值为2 A D.图丁中电流的有效值为5 A 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　题图甲中,根据电流的热效应有RT=R·,解得I有= 2 A,A项错误;题图乙中,根据电流的热效应有RT=R·+ 42R·,解得I有=2 A,B项正确;题图丙中,根据电流的热效应有RT=R·,解得I有=2 A,C项错误;题图丁中,根据电流的热效应有RT=62R·+42R·,解得I有= A,D项错误。 答案　B 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点3　交变电流的“四值”的理解和计算 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e=Emsin ωt i=Imsin ωt 计算线圈某时刻所受安培力情况 峰值 最大的瞬时值 Em=NBSω Im= 讨论电容器的击穿电压 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E= U= I= 适用于正(余)弦式交变电流 (1)交流电流表、交流电压表的示数。 (2)电气设备“铭牌”上所标的值(如额定电压、额定电流等)。 (3)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热、保险丝的熔断电流等)。 (4)没有特别加以说明的指有效值 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 =n = 计算通过导线横截面的电荷量 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例7】　如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO'轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R,当线圈由图示位置转过60°的过程中,下列判断正确的是(　　) A.电压表的读数为 B.通过电阻R的电荷量为q= C.通过电阻R的电流在减小 D.当线圈由图示位置转过60°时电流表的示数为 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　线圈在磁场中转动产生了正弦交流电,其电动势的最大值Em= NBSω,电动势的有效值E=,电压表的读数等于交流电源的路端电压,且为有效值,则U=,A项错误;求通过电阻R的电荷量要用交流电的平均电流,则q=t===,B项正确;图示时刻电路中电流为0,转过60°的过程中电流不断增大,C项错误;电流表的示数为其电流的有效值,不是瞬时值,电流的有效值为I=,D项错误。 答案　B 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例8】　(多选)小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系,如图所示。不计线圈的电阻。下列说法正确的是(　　) A.产生的感应电动势瞬时值表达式为e=20sin(8πt) V B.若与一个R=10 Ω的电阻构成闭合回路,交变电流的有效值为 A C.若将此电动势加在电容为C=1 μF的电容器上,则该电容器的耐压值应不小于10 V 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 D.若该交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动的速度增大到原来的2倍,则产生的交变电流的电动势的最大值为40 V 解析　由题图可知,交变电流的电动势的最大值Em=20 V,交变电流的电动势的周期为T=0.25 s,频率为f==4 Hz,线圈转动的角速度ω=2πf= 8π rad/s,产生的感应电动势瞬时值表达式为e=Emsin ωt=20sin(8πt) V,A项错误;交变电流的电动势的有效值为E==10 V,由闭合电路欧姆定律得交变电流的有效值为I== A,B项正确;若将此电动势加在电 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 容器上,电容器的耐压值应不小于最大值,即不小于20 V,C项错误;由交变电流的电动势最大值表达式Em=NBSω可知,若该交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动的速度增大到原来的2倍,则产生的交变电流的电动势的最大值增大到原来的2倍,为40 V,D项正确。 答案　BD 第1讲　交变电流的产生和描述 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 本部分内容讲解结束 $$