第13章 第1讲 交变电流的产生及其描述（PPT课件）-【满分思维】2027年高考一轮总复习·物理

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，依据高考评价体系梳理了交变电流的产生规律、图像分析及“四值”计算三大核心考点，通过近五年真题统计明确“四值”计算占比45%、图像分析占30%的高频考点分布，归纳出正弦式与非正弦式电流分析等常考题型。 课件亮点在于“真题溯源+方法建模+素养提升”的备考路径，如以2025山东卷导体棒切割磁感线问题为实例，运用科学思维中的模型建构和科学推理，通过“三同”原则（相同时间、电阻、热量）突破有效值计算。结合物理观念中的能量观念，指导学生掌握图像信息提取与公式应用技巧，助力学生高效得分，教师可据此精准开展专题复习。

第十三章　交变电流　传感器 核心概览 试题情境 生活实 践类 家用和工业电路、家用电器、磁电式电流表、发电机、变压器、远距离输电、无线充电 学习探 索类 探究变压器原、副线圈电压关系,传感器的简单应用,交变电流的规律,变压器动态分析等 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变化规律 考点二　交变电流“四值”的理解和计算 目 录 索 引 考点一　交变电流的产生及其变化规律 强基础•教考衔接 1.产生 如图所示,在匀强磁场里,线圈绕　　　　　　方向的轴匀速转动时,可产生正弦式交变电流,简称正弦式电流。 垂直于磁场 2.正弦式交变电流的图像(线圈从中性面位置开始计时) 物理量 函数表达式 图像 磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt   电动势 e=Emsin ωt=　　     电流 i=　　　　= (外电路为纯电阻电路)   电压 u=　　　 　= (外电路为纯电阻电路)   NBSωsin ωt Imsin ωt sin ωt Umsin ωt sin ωt 3.周期和频率 (1)周期(T):交变电流完成　　　　　　　　变化所需的时间,即线圈 　　　　　　　所需的时间,单位是　　　　　,公式　　　　　。 (2)频率(f):交变电流在　　　　　　　　　　　　　　　的次数,单位是　　　　　。 (3)交变电流的周期和频率的关系:T=。 一次周期性 转一周 秒(s) T= 单位时间内完成周期性变化 赫兹(Hz) √ × √ × √ 研考点•精准突破 1.产生正弦式交变电流的五种方法 (1)矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。 (2)导体棒在匀强磁场中平动且导体棒切割磁感线的有效长度按正(余)弦规律变化。 (3)导体棒在匀强磁场中沿平行导轨平动切割磁感线时,导体棒的速度按正(余)弦规律变化。 (4)导体棒在磁场中匀速平动切割磁感线,在导体棒的平动方向上,磁场按正(余)弦规律变化。 (5)闭合线圈垂直于匀强磁场,线圈静止不动,磁场按正(余)弦规律做周期性变化。 2.两个特殊位置及其特点 两个特殊位置 示意图 特点 中性面   Φ最大,=0,e=0,i=0,交变电流方向发生改变 与中性面垂直的位置   Φ=0,最大,e最大,i最大,交变电流方向不改变 考向一　交变电流的产生 典题1 (2025北京卷)如图所示,交流发电机中的线圈ABCD沿逆时针方向匀速转动,产生的电动势随时间变化的规律为e=10sin(100πt) V,下列说法正确的是(　　) A.该交变电流的频率为100 Hz B.线圈转到图示位置时,产生的电动势为0 C.线圈转到图示位置时,AB边受到的安培力方向向上 D.仅线圈转速加倍,电动势的最大值变为10 V C 解析 根据题意可知,该交变电流的频率f==50 Hz,故A错误;线圈转到图示位置时,磁场与线圈平面平行,磁通量最小,磁通量变化率最大,产生的感应电动势最大,故B错误;根据题意,由右手定则可知,线圈转到图示位置时,电流由B到A,由左手定则可知,AB边受到的安培力方向向上,故C正确;根据题意,由交变电流最大值公式Em=NBSω可知,仅线圈转速加倍,电动势的最大值变为原来的2倍,为20 V,故D错误。 考向二　交变电流的图像及变化规律 典题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 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。 考点二　交变电流“四值”的理解和计算 强基础•教考衔接 热效应 恒定 n √ × × √ 研考点•精准突破 1.有效值的计算 (1)公式法:利用E=、U=、I=计算,只适用于正(余)弦式交变电流。 (2)利用有效值的定义计算(非正弦式电流):计算时“相同时间”至少取一个周期或为一个周期的整数倍。 (3)利用能量关系:当有电能和其他形式的能转化时,可利用能的转化和能量守恒定律来求有效值。 2.交变电流的“四值” 物理量 表达式 适用情况及说明 瞬时值 e=Emsin ωt、u=Umsin ωt i=Imsin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 最大值(峰值) Em=nBSω,Im= 讨论电容器的击穿电压 有效值 对正弦式交变电流有E=,U=,I= (1)交流电流表、交流电压表的示数是有效值 (2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值 (3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流时均用有效值 平均值 =BL=n 计算通过电路截面的电荷量 考向一　有效值的理解与计算 典题3 (2026湖北宜昌月考)两个交变电流的电压随时间的变化关系图像如图甲、乙所示,其中图甲为正弦式图线,则图甲与图乙描述的交变电流的电压有效值之比为(　　) A.1∶1 B13 C.1∶2 D.1 D 解析 图甲描述的是正弦式交变电流,电压的有效值为U甲=,根据T,图乙交流电电压的有效值为U乙=U0,则图甲与图乙描述的交变电流的电压的有效值之比U甲∶U乙=1∶,故选D。 典题4 (2025山东卷)如图为一种交流发电装置的示意图,长度为2L、间距为L的两平行金属电极固定在同一水平面内,两电极之间的区域Ⅰ和区域Ⅱ有竖直方向的磁场,磁感应强度大小均为B、方向相反,区域Ⅰ边界是边长为L的正方形,区域Ⅱ边界是长为L、宽为0.5L的矩形。传送带从两电极之间以速度v匀速通过,传送带上每隔2L固定一根垂直运动方向、长度为L的导体棒,导体棒通过磁场区域过程中与电极接触良好。该装置产生电动势的有效值为(　　) A.BLv B C D D 解析 当一根根间隔为2L的导体棒跟随传送带以速度v向前运动时,导体棒会周期性地切割金属电极中间的磁感线,进而产生周期性的电动势。根据法拉第电磁感应定律可知,导体棒在区域Ⅰ中切割磁感线时产生的电动势为E1=BLv;导体棒在区域Ⅱ中切割磁感线时产生的电动势为E2=Bv。导体棒在区域Ⅰ中切割磁感线的时间为t1=,在区域Ⅱ中切割磁感线的时间为t2=,每根导体棒切割磁感线产生交变电流的总时间为t=t1+t2=,即该交变电流的周期。根据交变电流的描述可知,交变电流的有效值是根据电流热效应的等效来定义的,设该交流发电装置产生电动势的有效值为E,该电路的总电阻为R,在该交变电流的一个周期内,导体棒产生的总热量为 Q=t1+t2=t,即,解得E=,故选D。 考向二　对交变电流“四值”的理解和应用 典题5 (多选)(2025湖南长沙模拟)某发电机的示意图如图甲所示,边长为L的正方形单匝金属框阻值为R,在匀强磁场中以恒定角速度绕OO'轴转动,阻值为R的电阻两端的电压随时间变化的图像如图乙所示,其周期为T。图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周(　　) A.框内电流方向不变 B.磁通量的最大值为 C.流过电阻的电荷量为 D.电阻产生的焦耳热为 BC 解析 当线框转动时,每经过中性面一次框内电流方向都要变化一次,而线圈和外电路接点处通过换向器,保证电流的方向不发生变化,从而使加在电阻两端的电压方向保持不变,A错误;电阻的阻值与金属框的阻值相等,且电阻两端的电压的最大值为Um,根据闭合电路欧姆定律,可知金属框中电动势的最大值为2Um,电动势变化的周期为2T,Em=Φmω,其中ω=,代入得Φm=,B正确;线圈转过半周,则流过电阻的电荷量为q=t,其中 ,则金属框转过一周流过电阻的电荷量为q'=2q=,C正确;由焦耳定律可得Q=·2T=,D错误。 $