第13章 第1讲 交变电流　发电机与电动机 课件-2027届高考物理一轮复习考点精讲（通用版）

该高中物理高考复习课件聚焦“交变电流 电磁场与电磁波 传感器”专题，依据新课标要求梳理了交变电流产生与描述、变压器原理、电磁波传播、传感器应用等核心考点，结合广东近五年学考选考真题分析，明确变压器、有效值计算、传感器应用为高频考点，归纳出选择、计算等常考题型，体现高考备考的针对性。 课件亮点在于“真题溯源+考点突破+素养提升”策略，如以2024年广东卷正弦式交流电真题为例，通过“图像分析—有效值计算—表达式推导”三步法，培养学生科学思维和模型建构能力。针对变压器动态分析题型，总结“原副线圈关系模型”，帮助学生掌握解题技巧，教师可依托此课件实现考点精准突破，助力学生高效冲刺高考。

第十三章　交变电流　 电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 第1讲　交变电流　发电机与电动机 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 1．知道交变电流及产生机理。 2．能用公式和图像描述正弦式交变电流。 3．知道发电机和电动机工作过程中的能量转化。 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 ωt v sin φ NBl1v⊥ -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 e1＋e2 NBl1l2ωsin ωt NBSωsin ωt 90° NBSω Emsin ωt -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 Imsin ωt ImR sin ωt ImR Umsin ωt -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 D -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 B -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 BC -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 220 V 311 V 220 V 0.02 s 50 Hz 100π rad/s 100 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 u＝311sin 100πt (V) 中性面 0 最大 45° -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 B -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 D -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 B -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 BC -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 AD -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 B -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 AD -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 谢谢观看 -- 第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 课标 内容 1．通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正弦式交变电流。 2．通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。 3．了解发电机和电动机工作过程中的能量转化。认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。 4．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求。 5．通过实验，了解电磁振荡。 6．知道电磁波的发射、传播和接收。 7．认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。 8．知道非电学量转换成电学量的技术意义。 9．通过实验，了解常见传感器的工作原理。会利用传感器制作简单的自动控制装置。 10．列举传感器在生产生活中的应用 对应 教材 粤教版必修第三册P143～151，选择性必修第二册P63～142；人教版必修第三册P119～123，选择性必修第二册P48～110 学业 要求 学业要求 水平 能用公式和图像描述正弦式交变电流 2、3 能用变压器变压规律和远距离输电技术解决实际问题 2、3 能完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验 2、3 能根据电磁振荡和电磁波理论解释生产生活中的电磁现象 2 考查 载体 1．生活实践问题情境：与大自然中物理相关的现象，与生产生活紧密联系的物理问题，与科技前沿、国家重大科技工程相关的情境。如自动控制装置、变压器、直流输电等。 2．学习探索问题情境：与物理学史、课程标准、新教材、科学探究相关的问题情境。如：正弦式交变电流、电磁振荡、电磁场、电磁波发射等 命题 思路 1.命题方式:以选择题为主,也可以命制实验题。 2.命题重点:重点考查交变电流产生规律及其图像的理解能力,理想变压器与电路定量计算(或动态变化的分析及交变电流图像综合)以及传感器在自动控制中的应用。 3.命题难点:难点在于创新性实验的综合考查,具有一定难度 广东 真题 2021年适应考：T7变压器与交变电流 2021年学选考：T7变压器与电路 2022年学选考：T4电磁感应与交变电流 2023年学选考：T6通过理想变压器对电动汽车充电，考查电流的有效值和频率 2024年学选考：T1正弦式交流电，考查频率、峰值、电能、表达式；T12光电传感器的应用 2025年学选考：T2考查交流电、变压器的相关概念 考点一　交变电流的产生及图像 【考点内化】 1．直流电和交流电的辨析。 (1)将方向不随时间改变的电流叫作直流电；强弱和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 (2)只要方向发生周期性变化的电流都属于交流电；若方向不变，尽管强弱发生变化也属于直流电。 2．正弦式交变电流的产生机理和图像。 (1)产生机理：在匀强磁场里，矩形线框绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)图像：线框从中性面位置开始计时，呈正弦式变化，如图甲、乙、丙所示。 　　甲　　　　　　乙　　　 　丙　 【考点过关】 如图甲，一个矩形线框绕垂直于匀强磁场且位于线框平面的轴OO′匀速转动。已知磁感应强度为B，线框匝数为N，面积为S(两边的边长分别是l1和l2)，转动角速度为ω。如图乙，如果线框从中性面开始转动，请完成下面填空。 　甲　　　　　　　　　乙　　 NBl1l2ωsin ωt NBl1l2ωsin ωt (1)转动的速度v＝______。 (2)在任意时刻t，转过的角度φ＝________。 (3)分解至垂直于磁感线的速度v⊥＝________＝______________。 (4)在任意时刻t，dc边产生的感应电动势 e1＝_________＝___________________＝_____________________。 (5)在任意时刻t，ab边产生的感应电动势e2＝__________________。 sin ωt NBl1sin ωt (6)在任意时刻t，线框产生的总感应电动势e＝__________＝____________________＝___________________。 (7)取t＝，即φ＝__________时，感应电动势具有最大值(峰值)Em，Em＝__________。 (8)在任意时刻t，线框的感应电动势可简化为e＝_______________。 (9)如果把线框(内阻为r)和电阻R组成闭合电路，电路中感应电流i＝_____________。取电流的最大值为Im＝_________，线框的感应电流可简化为i＝_____________。 (10)电阻R两端的电压u＝__________________。取电压的最大值为Um＝________，则电阻R的电压u＝______________。 小结：线框产生的感应电动势、感应电流、电阻两端的电压都按正弦规律变化。 sin ωt 【考教衔接】 　(单选)(教材改编)如图为一交流发电机示意图，线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴OO′沿顺时针方向匀速转动，产生的电动势的瞬时值表达式为e＝110sin 100πt(V)。已知线圈电阻r＝2 Ω，定值电阻R＝20 Ω，电表均为理想交流电表，下列说法正确的是(　　) A．电流表读数为5 A B．电压表读数为110 V C．t＝5×10-3 s时刻，穿过线圈的磁通量最大 D．0～5×10-3 s内，通过电阻R的电荷量为 C 解析：线圈产生的感应电动势的最大值为Em＝110 V，线圈产生的感应电动势的有效值为E＝＝110 V，根据闭合电路的欧姆定律可知I＝＝＝5 A，故A错误；电压表读数为UR＝IR＝5 A×20 Ω＝100 V，故B错误；t＝5×10-3 s时刻，线圈产生的感应电动势最大，此时线圈位于与中性面垂直位置，故穿过线圈的磁通量为零，故C错误；0～5×10-3 s内，通过电阻R的电荷量为q＝Δt，＝＝，则q＝＝ C，故D正确。故选D。 【练习1】　(单选)由交流发电机、定值电阻R、交流电流表组成的闭合回路如图所示，线圈ABCD逆时针方向转动。下列说法正确的是(　　) A．线圈转动过程中AD、BC边产生感应电动势 B．线圈转动到图中位置时，感应电流方向为ADCBA C.线圈匀速转动时，交流电流表指针左右摆动 D．线圈转动到中性面的瞬间，电路中的电流最大 解析：线圈转动过程中AD、BC边没有切割磁感线，故它们不产生感应电动势，故A错误；对于DC边，利用右手定则可知，线圈转动到题图位置时，DC边向上运动，故感应电流方向为由D到C，所以整个线圈的感应电流为ADCBA，故B正确；线圈匀速转动时，线圈产生的是交流电，而交流电流表测量的是其有效值，有效值是不变的，故其指针稳定，不会左右摆动，故C错误；线圈转动到中性面的瞬间，AB和DC边不切割磁感线，故电路中的电流最小，故D错误。故选B。 【练习2】　(多选)风力发电的简易模型图如图甲所示，在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的磁铁转动，转速与风速成正比。在某一风速下，线圈中产生的正弦式电流如图乙所示，则(　　) 甲　　　　　　　乙　　　 A．磁铁的转速为10 r/s B．电流的瞬时值表达式为i＝0.6sin 10πt(A) C．风速加倍时，线圈中电流的有效值为 A D．风速加倍时，电流的瞬时值表达式为i′＝1.2sin 10πt(A) 解析：磁铁的转速n＝＝5 r/s，故A错误；由图乙可知Im＝0.6 A，T＝0.2 s，则ω＝＝10π rad/s，故电流的瞬时值表达式为i＝0.6sin 10πt (A)，故B正确；风速加倍时，电流的最大值Im＝1.2 A，有效值I＝＝ A，故C正确；风速加倍时，转速也加倍，形成的电流加倍，故电流的瞬时值表达式变为i′＝1.2sin 20πt(A)，故D错误。故选BC。 考点二　交变电流的描述 【考点内化】 1．表征交流电的主要物理量。 瞬时值(e、i、u)，最大值(Em、Im、Um)和有效值(E、I、U)；周期T、频率f(或者指转数n)和角频率ω(即角速度)。 2．瞬时值、峰值、有效值、平均值的区别与联系。 要点 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 正弦式电流某时刻的值 e＝Emsin ωt； i＝Imsin ωt 计算线圈某一时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝NBSω； Im＝ 电容器极板、氖泡电丝的耐压值是指交流电的峰值 有效值 跟正弦式电流的热效应等效的恒定电流值 E＝≈0．707Em； I＝≈0．707Im； U＝≈0．707Um (1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)。 (2)交流电表的测量值。 (3)电气设备标注的额定电压、额定电流、额定功率。 (4)保险丝的熔断电流 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值 ＝N；＝ 计算通过电路某一截面的电量，需用交流电电流平均值乘所用时间，通过计算发现它与时间无关 【考点过关】 一矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的转轴匀速转动产生交变电流，其输出电压的图像如图所示，这是我国工农业生产和生活常用的交流电。请完成下面填空。 (1)t＝0.002 5 s时电压的瞬时值为__________。 (2)电压的最大值为__________。 (3)电压的有效值为__________。 (4)交变电流的周期为____________。 (5)交变电流的频率为__________。 (6)线框转动的角速度为_________________。 (7)每1 s电流方向改变________次。 (8)该交流电的表达式为___________________。 (9)t＝0、0.01 s、0.02 s时线框平面为_________。 (10)t＝0.005 s、0.015 s时线框磁通量为______，但磁通量变化率却________。 (11)对照(1)与(3)，发现t＝0.002 5 s(转角为_________)时的瞬时值等于有效值。 【考教衔接】 　(单选)(教材改编)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交流电源的图像如图乙所示，则(　　) 甲　　　　　　　　乙　　 A．t＝0.005 s时线框磁通量变化率为零 B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合 C．线框产生的交流电动势的有效值为311 V D．线框产生的交流电源的频率为100 Hz 解析：由题图乙可知，该交变电源瞬时值的表达式为e＝311sin 100πt(V)，当t＝0.005 s时，瞬时值e＝311 V，此时磁通量变化率最大，故A错误；同理，当t＝0.01 s时，e＝0，此时线框处于中性面位置，磁通量最大，磁通量的变化率为零，故B正确；正弦式交流电源的有效值为，题给电动势的有效值为220 V，故C错误；交变电流的频率为f＝＝＝50 Hz，故D错误。故选B。 【练习3】　(单选)(2024广东卷)将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该交流电的频率为100 Hz B．通过电阻电流的峰值为0.2 A C．电阻在1秒内消耗的电能为1 J D．电阻两端电压表达式为u＝10·sin 100πt(V) 解析：由图可知交流电的周期为0.02 s，则频率为f＝＝50 Hz，故A错误；根据图像可知电压的峰值为10 V，根据欧姆定律可知电流的峰值Im＝＝＝ A，故B错误；电流的有效值为I＝＝0.2 A，所以电阻在1秒内消耗的电能为W＝I2Rt＝0.22×50×1 J＝2 J，故C错误；根据图像可知其电压表达式为u＝Umsin ωt＝10sin t(V)＝10sin 100πt(V)，故D正确。故选D。 【练习4】　(单选)如图甲是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交流电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数约为(　　) 甲　　　　　　　乙　　 A．110 V　 B．156 V C．220 V　 D．311 V 解析：从u-t图像看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为220 V；后半周期电压为零。根据有效值的定义，有T＝·＋0，得U≈156 V。故选B。 点评：求交流电有效值的方法：(1)利用正弦关系有效值、方波有效值等确定各半周期内的有效值。(2)利用有效值的定义计算，至少取一个周期或周期的整数倍。(3)利用能量守恒定律列式解答。 【练习5】　(多选)如图甲所示，标有“220 V　40 W”的电灯和标有“20 μF　300 V”的电容器并联接到交流电源上，V为交流电压表。交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关S，下列判断正确的是(　　) 甲　　　　　　　　　乙　　 A．t＝时刻，交流电压表的示数为零 B．电灯正常发光 C．电容器有可能被击穿 D．交流电压表的示数保持110 V不变 解析：交流电压表的示数应是电压的有效值220 V，故AD错误；电压的有效值恰等于电灯的额定电压，电灯正常发光，故B正确；电压的峰值220 V≈311 V，大于电容器的耐压值，故电容器有可能被击穿，故C正确。故选BC。 考点三　发电机与电动机 【考教衔接】 　(多选)(教材改编)一台教学用手摇式交流发电机如图所示。已知大皮带轮的半径为0.2 m，小皮带轮的半径为0.02 m，若摇动手柄以每分钟60圈匀速转动，且摇动过程中皮带不打滑，则下列说法中正确的是(　　) A．发电机产生的交变电流的频率为10 Hz B．大皮带轮与小皮带轮转动的角速度之比为10∶1 C．若手摇手柄的转速减半，产生交流电的最大值不变 D．若手摇手柄的转速减半，产生交流电的有效值也减半 解析：摇动手柄以每分钟60圈的转速匀速转动，即n＝60 r/min＝ 1 r/s，角速度ω大＝2πn＝2π rad/s，大轮与小轮通过皮带相连，与皮带接触的点线速度大小相等，由v＝ωr，可知＝＝，则小轮转动的角速度ω小＝10ω大＝20π rad/s，故产生交流电的频率f＝10 Hz，故A正确，B错误；若手摇手柄的转速减半，小轮的角速度减半，由Em＝NBSω知，产生交流电的最大值减半，根据E＝可知，有效值减半，故C错误，D正确。故选AD。 【练习6】　(单选)如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是(　　) A．两线圈产生的电动势的有效值相等 B．两线圈产生的交变电流频率相等 C．两线圈产生的电动势同时达到最大值 D．两电阻消耗的电功率相等 解析：根据E＝n，可知穿过两线圈的磁通量的变化率相等，但是匝数不同，则产生的感应电动势最大值不相等，有效值也不相等，根据P＝可知，两电阻消耗的电功率也不相等，故AD错误；因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交变电流的频率相等，故B正确；当磁铁的磁极到达线圈轴线时，磁通量变化率最大，感应电动势最大，由题图可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，故C错误。故选B。 点评：本题以交流发电机模型为背景，综合电路知识设计问题，突出考查学生的物理观念、科学思维以及综合分析能力等，体现了综合性。 【练习7】　(多选)如图甲是一种振动发电装置的示意图，半径为r＝0.1 m、匝数n＝20的线圈位于辐向分布的磁场中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(如图乙所示)；线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B＝ T，线圈电阻R1＝0.5 Ω，它的引出线接有R2＝9.5 Ω的小灯泡L。外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计)，则(　　) 　　甲　　　　　　 乙 丙 A．小灯泡中电流的峰值为0.16 A B．小灯泡中电流的有效值为0.16 A C．电压表的示数约为1.5 V D．t＝0.01 s时外力的大小为0.128 N 解析：由题意及法拉第电磁感应定律可知，线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势的大小符合正弦曲线变化规律，线圈中的感应电动势的峰值Em＝nBlv＝nB·2πrv，故小灯泡中电流的峰值Im＝＝ A＝0.16 A，故A正确，B错误；电压表示数为U＝·R2≈1.07 V，故C错误；当t＝0.01 s 也就是时，外力的大小等于线圈所受的安培力，则外力的大小F＝nB·2πrIm＝0.128 N，故D正确。故选AD。 $