第13章 交变电流 传感器 电磁波-第1节 交变电流的产生和描述 课件—2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦交变电流、变压器、电能输送及传感器等高频考点，依据高考评价体系明确考查要求。通过三年考情分析，梳理出交变电流图像分析、有效值计算等核心考点权重，归纳线框旋转、导体棒切割等常考题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于高考真题深度融入与应试技巧指导，如以2025北京卷交变电流产生真题为例，通过“四值”对比与图像分析法，培养学生科学思维与模型建构素养。设置有效值计算、传感器性能探究等专题突破，帮助学生掌握答题逻辑，教师可据此精准教学，助力高考冲刺。

考点 三年考情 命题趋势 交变电流 2025黑吉辽蒙卷；2025北京卷；2025全国新课标卷；2025山东卷； 2024河北卷、2024全国卷、2024广东卷、2024湖北卷；2024山东卷； 2023浙江卷、2023湖南卷；2023广东卷； 对交变电流的命题趋势是注重基础知识的掌握、图像分析能力的培养、函数表达式的应用、实际应用场景的考查以及综合分析能力的提升。考生在备考过程中需要全面复习，不仅要掌握理论知识，还要学会如何将这些知识应用到实际问题的分析和解决中。 1 续表 考点 三年考情 命题趋势 变压器 2025湖南卷；2025云南卷；2025广西卷；2025福建卷；2025安徽卷；2025广东卷；2025河北卷； 2024辽宁卷；2024北京卷；2024海南卷；2024全国甲卷； 2023北京卷； 1.变压器是考查频率较高的知识，考查命题热点主要有:变压器与交变电流产生结合；变压器动态变化；变压器与交变电流描述的物理量结合等。2.电能输送是考查频率较高的知识，考查命题热点主要有:发电与电能输送结合；电能输送与用电结合；电能输送与电能损耗结合。 电能 输送 2025湖北卷；2025广东卷；2025重庆卷； 2024湖南卷； 2023山东卷； 2 续表 考点 三年考情 命题趋势 传感器元件性能探究 2025河南卷；2025江苏卷； 2024湖南卷；2024全国甲卷；2024广东卷；2024江西卷；2024河北卷； 2023湖南卷； 1.传感器元件主要有:热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻、霍尔元件等，传感器元件性能探究是考查频率较高的知识点。传感器元件性能探究与电阻测量、电表读数、图像法处理实验数据有机结合一直是考查的热点。 2.传感器的简单运用的考查主要是电路设计、电路分析、电路连线等。 3 第13章 交变电流 传感器 电磁波 第1节 交变电流的产生和描述 4 考点一 正弦式交变电流的产生及变化规律 考点二 交变电流有效值的求解 考点三 交变电流“四值”的理解和计算 5 考点一 正弦式交变电流的产生及变化规律 6 1.产生 在匀强磁场中线圈绕________磁场方向的轴匀速转动。 2.两个特殊位置的特点 垂直于 图示 _________________________________ ___________________________________ 概念 中性面位置 与中性面垂直的位置 7 特点 ，磁通量最____， ___ ，磁通量最____ ___ _______ _______，电动势最 ____ 感应电流 ，方向______ 感应电流最____，方向______ 一个周期内电流方向改变____次，在________位置改变 大 0 小 0 大 改变 大 不变 两 中性面 续表 8 3.描述交变电流的物理量 （1）最大值 _______，与转轴位置______，与线圈形状______（均选填“有关”或“无关”）。 （2）周期和频率 ①周期：交变电流完成____________变化所需的时间。单位是秒，公式 。 ②频率：交变电流在单位时间内完成周期性变化的______。单位是赫兹 。 ③周期和频率的关系：或 。 无关 无关 一次周期性 次数 9 4.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 _____________________________________ 电动势 _________ ____________ ______________________________________ 10 物理量 函数表达式 图像 电流 _________ （外电路为纯 电阻电路） ______________________________________ 电压 _________ （外电路为纯 电阻电路） ______________________________________ 续表 11 5.书写交变电流瞬时值表达式的技巧 （1）确定正弦交变电流的峰值：根据已知图像读出或由公式<m></m> 求出相应峰值。 （2）明确线圈的初始位置： ①若线圈从中性面位置开始计时，则<m></m>图像为正弦函数图像，函数表达式为 <m></m>。 ②若线圈从垂直中性面位置开始计时，则<m></m>图像为余弦函数图像，函数表达式为 <m></m>。 12 6.产生正弦交流电的几种非常规方式 正（余）弦交流电是一种最常见、最特殊而且应用广泛的交变电流，关于它的产生、 描述及有关的变化规律是高考的一个热点。探究其产生方法，由法拉第电磁感应定律 <m></m>及其推论<m></m>可知，除了教材中介绍的由矩形线圈绕垂直于匀强 磁场的轴匀速转动可产生正（余）弦交变电流外，还有常见下列几种方式： 13 导体棒在匀强磁 场中平动 导体棒在匀强磁场中匀速平动，但导体棒切割磁感线的有效 长度按正弦规律变化，则导体棒组成的闭合电路中就会产生 正弦式交变电流 导体棒在匀强磁 场中振动 导体棒在匀强磁场中沿平行导轨平动切割磁感线时，棒的速 度按正弦规律变化，则棒中会产生正弦交变电流 棒在不均匀磁场 中平动 导体棒在磁场中匀速平动切割磁感线，在棒的平动方向上， 磁场按照正弦规律变化，则棒中会产生正弦交变电流 线圈处于周期性 变化的磁场中 闭合线圈垂直于匀强磁场，线圈静止不动，磁场按正弦规律 做周期性变化，则线圈中会产生正弦交变电流 14 【视角1】　交变电流的产生+线框旋转 例1 (2025·北京)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( ) C A.该交流电的频率为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 15 [解析] 根据题意可知，该交流电的频率为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，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→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。 16 【视角2】　交变电流的产生+导体棒旋转 例2 (2023·辽宁)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( ) C 17 [解析] 如图所示，导体棒匀速转动，设速度为v，设导体棒从A到B过程，棒转过的角度为θ，则导体棒垂直磁感线方向的分速度为v⊥ = vcos θ，可知导体棒垂直磁感线的分速度为余弦变化，根据左手定则可知，导体棒经过B点和B点关于P点的对称点时，电流方向发生变化，根据u = BLv⊥，可知导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像为余弦图像。 18 【视角3】　交变电流的产生+圆环旋转 例3 (多选)(2025·全国新课标)如图，过P点的虚线上方存在方向垂直于纸面的匀强磁场。一金属圆环在纸面内以P点为轴沿顺时针方向匀速转动，O为圆环的圆心，OP为圆环的半径。则( ) BC A.圆环中感应电流始终绕O逆时针流动 B.OP与虚线平行时圆环中感应电流最大 C.圆环中感应电流变化的周期与环转动周期相同 D.圆环在磁场内且OP与虚线垂直时环中感应电流最大 19 [解析] 在圆环进入磁场的过程中圆环中感应电流绕O逆时针流动，圆环出磁场的过程中圆环中感应电流绕O顺时针流动，故A错误；由几何关系可知圆环进入磁场的过程中，圆环的圆心轨迹是以P点为圆心且半径与圆环的半径大小相等的圆，则圆环切割磁感线的有效长度为l = 2rcos (90°−ωt)，其中ω为圆环匀速转动的角速度，90°−ωt为OP与虚线的夹角，则金属圆环在纸面内以P点为轴沿顺时针方向匀速转动产生的感应电动势瞬时值为e = ，化简得e = Bωr2[1−cos (2ωt)]，可见OP与虚线平行时即ωt = 90°或270°圆环中感应电流最大；分析可知当环转动一圈的过程中，圆环中的感应电流先逆时针增大再减小，后顺时针增大再减小，故圆环中感应电流变化的周期与环转动周期相同；而圆环在磁场内且OP与虚线垂直时ωt = 180°此时环中感应电流为零，故BC正确、D错误。 20 考点二 交变电流有效值的求解 21 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 ____________相等，则这个恒定电流的电流与电压 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 ，， 。 产生的热量 22 3.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 <m></m>或<m></m>列式求解。 （2）若图像部分是正弦（或余弦）式交变电流，其中的<m></m>周期（必须是从零至最大值 或从最大值至零）和<m></m>周期部分可直接应用正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关 系<m></m>、<m></m>求解。 23 【视角1】　正弦式交变电流的有效值计算 例1 如图所示，N匝正方形闭合金属线圈abcd边长为L，线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO'以角速度ω匀速转动，ab边距轴。线圈中感应电动势的有效值为( ) B A. B. C. D. [解析] 交流电的最大值和两条边到转轴的距离无关，为Em = NBSω = NBωL2，因此有效值为E = NBωL2。 24 【视角2】　方波式交变电流的有效值计算 例2 (2025·山东)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 A.BLv B. C. D. D 25 [解析] 由题意可知导体棒通过磁场区域过程需要的时间，即周期为T = ，导体棒通过区域Ⅰ时，产生的电动势大小为E1 = BLv，经过的时间为t1 = ，导体棒通过区域Ⅱ时，产生的电动势大小为E2 = B×0.5Lv，经过的时间为t2 = ，根据有效值的定义有t1+t2 = T，代入数据可得E有 = 。 26 【视角3】　组合式交变电流的有效值计算 例3 (2024·河北)R1、R2为两个完全相同的定值电阻，R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍)，R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q1∶Q2为( ) B A.2∶3 B.4∶3 C.2∶ D.5∶4 27 [解析] 根据有效值的定义可知图1的有效值的计算为T = ×+×，解得U1 = U0， 图二的有效值为U2 = ，接在阻值大小相等的电阻上，因此Q1∶Q2 = ∶ = 4∶3，故选B。 28 考点三 交变电流“四值”的理解和计算 29 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 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 讨论电容器的______电压 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 计算通过导线横截面的 ________ 击穿 电荷量 30 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 有效值 跟交变电流的 热效应等效的 恒定电流的值 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 续表 31 【视角1】　交变电流“四值”的计算 例1 如图所示，N = 50 匝的矩形线圈abcd，ab边长l1 = 20 cm，ad边长l2 = 25 cm，放在磁感应强度B = 0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO'轴以n = 3 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r = 1 Ω，外电路电阻R = 9 Ω，t = 0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里。求:(π≈3.14) 32 （1）t = 0时感应电流的方向； [解析] 根据右手定则知，t = 0时线圈中感应电流方向为adcba。 （2）感应电动势的瞬时值表达式； [解析] 线圈的角速度ω = 2πn = 100π rad/s 题图位置的感应电动势最大，其大小为Em = NBl1l2ω 代入数据得Em = 314 V 感应电动势的瞬时值表达式为 e = Emcos ωt = 314cos(100πt)V。 33 （3）线圈转一圈外力做的功； [解析] 电动势的有效值E = 线圈匀速转动的周期T = = 0.02 s 线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即W = I2(R+r)T = T 代入数据得W = 98.6 J。 34 （4）从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。 [解析] 从t = 0时起线圈转过90°的过程中，流过电阻R的电荷量 q = ·Δt = 代入数据得q = 0.1 C。 35 【视角2】　已知交变电流瞬时值表达式 例2 如图所示，闭合开关后，R = 5 Ω 的电阻两端的交流电压为u = 50sin 10πt V，电压表和电流表均为理想交流电表，则( ) C [解析] 该交流电的周期T = s = 0.2 s，电压表的读数为交流电的有效值，即U = V = 50 V，选项B错误；电流表的读数为I = A = 10 A，选项C正确；电阻的电功率为P = IU = 10×50 W = 500 W，选项D错误。 A.该交流电周期为0.02 s B.电压表的读数为100 V C.电流表的读数为10 A D.电阻的电功率为1 kW 36 【视角3】　已知交变电流i−t图像 例3一正弦式交变电流的i−t图像如图所示。下列说法正确的是( ) C A.在t = 0.4 s时电流改变方向 B.该交变电流的周期为0.5 s C.该交变电流的表达式为i = 2cos 5πt A D.该交变电流的有效值为 A [解析] 由图可知t = 0.4 s时电流为正方向最大，电流方向没有发生变化，故A错误；由图可知，该交变电流的周期为T = 0.4 s，故B错误；由图可知，电流的最大值为imax = 2 A，角速度为ω = = 5π rad/s，故该交变电流的表达式为i = imaxcos ωt = 2cos 5πt A，故C正确；该交变电流的有效值为i = A，故D错误。 37 【视角4】　已知交变电流u−t图像 例4 (多选)在一小型交流发电机中，矩形金属线圈abcd的面积为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，绕轴OO'(从上往下看逆时针转动)以角速度ω匀速转动，从如图甲所示的位置作为计时的起点，产生的感应电动势随时间的变化关系如图乙所示，矩形线圈与阻值为R的电阻构成闭合电路，下列说法中正确的是( ) BC A.t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率大小为E0 B.在t1~t3时间内，通过电阻R的电荷量为 C.在t1~t3时间内，穿过线圈的磁通量的变化量为2BS D.t4时刻，电压表的示数为 38 [解析] t4时刻产生的电动势最大为E0，根据法拉第电磁感应定律得E0 = n，可得磁通量的变化率为，故A错误；由图乙可知，t1、t3电动势为0，线圈处于中性面，所以在t1~t3时间内，穿过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ = BS−(−BS) = 2BS，通过电阻R的电荷量为q = Δt = Δt = Δt = ，又E0 = nBSω，可得q = ，故BC正确；电压表的示数为R两端电压的有效值，则有U = E = ·，故D错误。 39 【视角5】　已知Φ−t图像 例5 (多选)单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是( ) BC A.时刻线框平面与中性面垂直 B.线框的感应电动势有效值为 C.线框转一周外力所做的功为 D.从t = 0到t = 过程中线框的平均感应电动势为 40 解析] 由图像可知时刻线圈的磁通量最大，因此此时线圈处于中性面位置，因此A错误；由图可知交流电的周期为T，则ω = ，由交流电的电动势的最大值为Em = nBSω = Φm，则有效值为E有 = ，故B正确，线圈转一周所做的功为转动一周的发热量，W = T = ，故C正确；从0时刻到时刻的平均感应电动势为E = ，故D错误。 41 $