2027届高三物理一轮复习课件　交变电流的产生及其描述

该高中物理高考复习课件聚焦“交变电流的产生及其描述”专题，依据课程标准和高考评价体系，梳理交变电流的产生条件、瞬时值表达式、图像分析、“四值”计算等核心考点，通过真题统计明确“四值”计算（占比约45%）和图像分析（占比30%）为高频考点，归纳正弦式交变电流图像解读、有效值计算等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题情境+能力梯级训练”，如以2024广东卷电压图像题为例，运用科学思维中的模型建构和科学推理，解析“确定计时起点-提取图像信息-关联四值关系”三步法，突破瞬时值表达式书写难点。特设“易错警示”（如非正弦式电流有效值需用定义法），通过基础-能力-素养三级训练提升得分率，助力学生高效冲刺，为教师提供精准复习指导。

物 理 构建知识体系 形成关键能力 提高学科素养 精准高效备考 高考能力梯级集训 第十三章　交变电流　传感器 课 程 标 准 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 第1讲　交变电流的产生及其描述 要 点 导 览 第1讲　交变电流的产生及其描述 第1讲　交变电流的产生及其描述 目录 1 2 3 基础满分练 课前 自检自测·夯基固本 能力高分练 课中 关键能力·可视思维 素养提升练 课中 高考定向·捕捉热点 第1讲　交变电流的产生及其描述 基础 满分练 课前 自检自测·夯基固本 知识点一　交变电流的产生及其描述 3个高考关键点 关键点1　交变电流的产生 1.(原创+教材改编)实际应用中,交变电流有着不同的变化规律,交变电流产生的方法可以不同,我们常见的交变电流是由线圈在匀强磁场中转动产生的。下列两题是关于交变电流的认识和产生过程的,请根据你的理解回答: 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 (1)下列表示电动势随时间变化的四个e-t图像中,不属于交变电流的是 (　　)[命题点❶❷] C 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 (2)假定线圈沿逆时针方向匀速转动,下面给出了各位置对应的平面图。 ①在线圈由图甲转到图乙所示位置的过程中,AB边中电流向哪个方向流动? ②在线圈由图丙转到图丁所示位置的过程中,AB边中电流向哪个方向流动? ③转到什么位置时线圈中没有电流,转到什么位置时线圈中的电流最大? 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 答案 ①由右手定则可知,图甲转到图乙所示位置的过程中,AB边中电流由B指向A。②由右手定则可知,图丙转到图丁所示位置的过程中,AB边中电流由A指向B。③由右手定则可知,线圈转到中性面(垂直磁感线)位置线圈中没有电流,转到平行磁感线位置线圈中感应电流最大。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 关键点2　交变电流的瞬时值表达式 2.(原创+教材改编)一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势峰值为Em=400 V,线圈匀速转动的角速度为ω=314 rad/s。从垂直中性面位置开始计时,则电动势瞬时表达式为　　　　　　 　　。[命题点❸] e=Emcos ωt=400cos 314t(V) 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 关键点3　交变电流的图像 3.右图为交流发电机模型的示意图。位于磁场中的矩形导线框abcd可绕过其对称轴的轴线(图中虚线)转动。已知在t=0时刻,线框的平面与磁场方向垂直(图示位置),并从此位置开始以恒定的角速度绕转轴沿逆时针方向转动。若规定通过电阻的电流方向由e到f为正,则下列i-t图像正确的是(　　)[命题点❸] C 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 解析 在t=0时刻,线框处于中性面位置,此时产生的感应电动势为零,感应电流为零,故A、D错误;根据楞次定律和安培定则可知在前时间内,产生的感应电流方向为由a到b,故流过电阻的电流方向为由f到e,与规定的正方向相反,故C正确,B错误。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 回归基础·考教衔接 一、交变电流的产生 1.交变电流:随时间做周期性变化的电流叫作交变电流,简称交流。 [❶]主要看方向,既有正方向又有负方向的电流为交变电流。 2.正弦式交变电流的产生:在匀强磁场中线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 3.交变电流产生过程中的两个特殊位置 图 示     概念 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B∥S Φ=BS,磁通量最大,=0 Φ=0,磁通量最小 e=0 e=NBSω=NΦmω,电动势最大 感应电流i=0,方向改变 感应电流最大,方向不变 一个周期内电流方向改变两次,在中性面位置改变 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 [❷]线圈通过中性面位置,导线不切割磁感线;线圈通过与中性面垂直的位置,导线垂直切割磁感线。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 二、正弦式交变电流的图像(线圈从中性面位置开始计时) 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 [❸]确定线圈转动从哪个位置开始计时,以确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 知识点二　描述交变电流的物理量 1个高考关键点 关键点　描述交变电流的物理量 4.图甲是交流发电机模型示意图。在磁 感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线 圈ABCD可绕线圈平面内垂直于磁感线过 BC边中点的OO'轴转动,由线圈引出的导 线分别与两个跟线圈一起绕OO'转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路。图乙是线圈的主视图,导线AB和CD分别用它们的横截面来表示。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 已知AB长度为L1,BC长度为L2,线圈以恒定角速度ω逆时针转动,线圈匝数为N。[命题点❹❺] (1)求线圈产生感应电动势的最大值Em及有效值。 (2)当线圈平面处于与中性面成90°夹角位置时开始计时,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e的表达式。 (3)如图甲所示,求线圈平面从处于中性面位置开始转过90°过程中,线圈产生感应电动势的平均值。 答案 (1)NBL1L2ω　　(2)e=NBL1L2ωcos ωt　(3) 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 回归基础·考教衔接 三、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。 2.频率(f):交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作频率,数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。 3.周期和频率的关系:T=。 4.角速度与周期、频率的关系:ω==2πf。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 四、交变电流“四值”的理解和计算 物理量 物理含义 重要关系 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e=Emsin ωt i=Imsin ωt 峰值 最大的瞬时值 Em=NBSω Im= (外电路为纯电阻电路) 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 物理量 物理含义 重要关系 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 (外电路为纯电阻电路) 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E= U= I= 适用于正弦式交变电流 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 [❹]正弦式交变电流感应电动势的最大值由线圈匝数、磁感应强度、转动角速度及线圈面积共同决定,与线圈的形状无关,与转轴的位置无关。 [❺]只有正弦式交变电流才有这样的比值关系;当电流是非正弦式交变电流时,必须根据有效值的定义求解。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 考点一　交变电流的产生及其描述 能力 高分练 课中 关键能力·可视思维 返回目录 考点一 考点二 第1讲　交变电流的产生及其描述 角度一　交变电流的产生与探究 例1 在水平向右的匀强磁场中,一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到如图甲、乙所示的位置,图甲中线框与磁感线平行,图乙中线框与磁感线垂直,下列说法正确的是(　　) A.t1时刻穿过线框的磁通量最大 B.t1时刻通过电阻的电流最大,方向从右向左 C.t2时刻穿过线框的磁通量变化最快 D.t2时刻通过电阻的电流最大,方向从右向左 B 返回目录 考点一 考点二 第1讲　交变电流的产生及其描述 解析 t1时刻,穿过线框的磁通量为零,线框产生的感应电动势最大,通过电阻的电流最大,根据楞次定律判断知通过电阻的电流方向从右向左,A错误, B正确;t2时刻,穿过线框的磁通量最大,磁通量的变化率为零,线框产生的感应电动势为零,通过电阻的电流为零,C、D错误。 返回目录 考点一 考点二 第1讲　交变电流的产生及其描述 解题精要 两个特殊位置 1.中性面位置(S⊥B) 线圈平面与磁场垂直的位置,此时Φ最大,为0,e为0,i为0。 线圈经过中性面时,电流方向发生改变,线圈转一圈电流方向改变两次。 2.垂直中性面位置(S∥B) 此时Φ为0,最大,e最大,i最大。 返回目录 考点一 考点二 第1讲　交变电流的产生及其描述 角度二　交变电流的瞬时值表达式和图像的融合应用 例2 (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.该交变电流的频率为100 Hz B.通过电阻电流的峰值为0.2 A C.电阻在1 s内消耗的电能为1 J D.电阻两端电压表达式为u=10sin(100πt) V D 返回目录 考点一 考点二 第1讲　交变电流的产生及其描述 解析 本题考查交变电流的表达式和“四值”问题。交变电流的频率f==50 Hz,选项A错误;交变电流的峰值为Im==0.2 A,选项B错误;电阻在1 s内消耗的电能Q=t=×1 J=2 J,选项C错误;根据u-t图像得,ω==100π rad/s,电阻两端电压表达式为u=10sin(100πt) V,选项D正确。 返回目录 考点一 考点二 第1讲　交变电流的产生及其描述 破题思维链 交变电流的瞬时值表达式和图像的融合应用 返回目录 考点一 考点二 第1讲　交变电流的产生及其描述 解题精要 电动势峰值Em=NωBS由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定,与线圈的形状无关,与转轴的位置无关。 如图所示的几种情况中,如果N、B、ω、S均相同,则感应电动势的峰值均相同。 返回目录 考点一 考点二 第1讲　交变电流的产生及其描述 考点二　交变电流“四值”的理解和计算 第1讲　交变电流的产生及其描述 考点一 考点二 返回目录 角度一　有效值的理解和计算 例3 如图所示电路,电阻R1与电阻R2阻值都为R,R1与理想二极管D(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大)并联,在A、B间加一电压u=20sin 100πt(V)的交流电源,则加在R2上的电压有效值为(　　) A.10 V　　 B.20 V C.5 V D.15 V C 第1讲　交变电流的产生及其描述 考点一 考点二 返回目录 解析 因为是正弦式交流电源,所以应该分两种情况考虑:当A点电势高于B点电势时,二极管导通,即R1被短路,R2两端电压为电源电压,其有效值U1 = V=20 V;当B点电势高于A点电势时,二极管无法导通,R1、R2串联各分得一半电压,R2两端电压的有效值U2=10 V,则由有效值的定义可得: T=,解得U=5 V。故选C。 第1讲　交变电流的产生及其描述 考点一 考点二 返回目录 解题精要 交变电流有效值的计算 计算交变电流有效值应注意: (1)根据电流的热效应,抓住“三同”;“相同时间”内“相同电阻”上产生的“热量相同”,进而列式求解。 (2)利用公式Q=I2Rt和Q=t可分别求得电流有效值和电压有效值。 (3)正弦式交变电流在。 (4)交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的,与电流的方向无关,一般以一个周期来计算有效值。 第1讲　交变电流的产生及其描述 考点一 考点二 返回目录 角度二　交变电流“四值”的理解和计算 例4 (2026山东滨州模拟)如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈总电阻为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。下列说法正确的是(　　) A.在图示位置,线圈中的电流瞬时值为0 B.从图示位置开始计时,电阻R两端电压瞬时值表达式为 u=NBSωcos ωt C.当线圈由图示位置转过90°的过程中,电阻R上所产生 的热量为 D.当线圈由图示位置转过90°的过程中,通过电阻R的电荷量为 C 第1讲　交变电流的产生及其描述 考点一 考点二 返回目录 解析 在图示位置,线圈中感应电动势最大,大小为Em=NBSω,线圈中的电流瞬时值为Im=,故A错误;从图示位置开始计时,感应电动势的瞬时值表达式为e=Emcos ωt=NBSωcos ωt,电阻R两端电压瞬时值表达式为u=e=NBSωcos ωt,故B错误;电流的有效值为I=,由图示位置转过90°所用的时间为t=,电阻R产生的热量为Q=I2Rt=,故C正确;由,q=Δt,得q=,又ΔΦ=BS,联立可得通过电阻R的电荷量为q=,故D错误。 第1讲　交变电流的产生及其描述 考点一 考点二 返回目录 破题思维链 交变电流“四值”的理解和计算 第1讲　交变电流的产生及其描述 考点一 考点二 返回目录 素养 提升练 课中 高考定向·捕捉热点 一、从“知识考查”到“能力导向”、趋于“综合化”与“情境化” 备考方向　深刻理解“四值”的物理内涵,而非记忆公式; 在面对不同问题时,能迅速、准确地调用正确的物理量;具备强大的图像分析能力、模型建构能力和跨模块知识整合能力。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 1.(多选)(2025黑吉辽蒙卷)如图所示,“ ”形导线框置于磁感应强度大小为B、水平向右的匀强磁场中。线框相邻两边均互相垂直,各边长均为l。线框绕b、e所在直线以角速度ω顺时针匀速转动,be与磁场方向垂直。t=0时,abef与水平面平行,则(　　) A.t=0时,电流方向为abcdefa B.t=0时,感应电动势为Bl2ω C.t=时,感应电动势为0 D.t=0到t=过程中,感应电动势平均值为0 AB 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 解析 t=0时,af边切割磁感线,由右手定则可知电流在af边中由f流向a,则电流方向为abcdefa,故A正确;由法拉第电磁感应定律有Eaf=Blv=Bl2ω,故B正确;由转过角度θ=ωt知,当t=时,线框转过180°,所处位置如图所示,此时af边切割磁感线,cd边不切割磁感线,感应电动势不为0,故C错误;从t=0到t=过程中,≠0,故D错误。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 二、基础概念考查稳定且细致、数学工具运用愈发凸显 备考方向　强化对概念和公式的记忆与运用,构建完整且牢固的知识体系;积累实际情境分析经验,提升从复杂情境中提取关键信息、构建物理模型并解决问题的能力;加强三角函数、图像等数学知识在物理中的应用训练。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 2.(2026天津开学考试)一单匝闭合矩形线圈abcd以角速度ω绕垂直于磁感线的固定轴OO'匀速转动,线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中,线圈电阻为R。通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.t1、t3时刻线圈中感应电流方向 改变,线圈平面与中性面垂直 B.t1、t4时刻通过线圈平面的磁通 量变化率最大,线圈中感应电动势最大 C.从t1到t3的过程,通过线圈某一截面的电荷量为 D.线框转动一周产生的焦耳热为 D 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 解析 由图可知,t1、t3时刻穿过线圈的磁通量达到最大,线圈平面与磁场方向垂直,线圈处于中性面位置,此时感应电动势、感应电流为零,电流方向改变,故A错误;t2、t4时刻通过线圈平面的磁通量变化率最大,线圈中感应电动势最大,故B错误;从t1到t3的过程,通过线圈某一截面的电荷量为q=Δt=Δt=,故C错误;线框转动一周产生的焦耳热为Q=T=,故D正确。 返回目录 第1讲　交变电流的产生及其描述 物理量 函数表达式 图像 磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt 电动势 e=Emsin ωt=NBSωsin ωt 物理量 函数表达式 图像 电流 i=Imsin ωt=sin ωt (外电路为纯电阻电路) 电压 u=Umsin ωt=sin ωt (外电路为纯电阻电路) $