第13章 第1講　交變電流的產(chǎn)生和描述

考情分析溝通電及四值2022·浙江1月選考·T92022·廣東卷·T42022·河北卷·T32021·遼寧卷·T52021·江蘇卷·T122021·天津卷·T32021·北京卷·T52021·浙江1月選考·T162021·浙江6月選考·T52018·全國卷Ⅲ·T16變壓器綜合問題2022·山東卷·T42022·湖北卷·T92022·湖南卷·T62022·北京卷·T42022·重慶卷·T32021·廣東卷·T72021·河北卷·T82021·湖南卷·T62021·湖北卷·T62021·福建卷·T32020·全國卷Ⅲ·T202020·江蘇卷·T22020·山東卷·T5遠(yuǎn)距離輸電2020·全國卷Ⅱ·T192020·浙江7月選考·T11電磁波2021·浙江6月選考·T82021·福建卷·T52020·北京卷·T32020·江蘇卷·T13B(1)傳感器2022·河北卷·T122022·北京卷·T132022·重慶卷·T11試題情境生活實(shí)踐類發(fā)電機(jī)、變壓器、遠(yuǎn)距離輸電、無線充電、家用和工業(yè)電路、家用電器、雷達(dá)、射電望遠(yuǎn)鏡、X射線管、電子秤、煙霧報(bào)警器等學(xué)習(xí)探究類探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，探究家用小型發(fā)電機(jī)的原理，探究負(fù)載增加對(duì)供電系統(tǒng)的影響、電磁振蕩、利用傳感器制作簡(jiǎn)潔的自動(dòng)把握裝置第1講交變電流的產(chǎn)生和描述目標(biāo)要求1.理解正弦式交變電流的產(chǎn)生過程，能正確書寫交變電流的函數(shù)表達(dá)式.2.理解并把握交變電流圖像的意義.3.理解描述交變電流的幾個(gè)物理量，會(huì)計(jì)算交變電流的有效值.4.知道溝通電“四值”在具體狀況下的應(yīng)用．考點(diǎn)一正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1．產(chǎn)生在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中線圈繞________________磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．2．兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)(1)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面時(shí)，S⊥B，Φ______，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)___________．(2)線圈平面與中性面垂直時(shí)，S∥B，Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)________，e最大，i最大，電流方向________．3．一個(gè)周期內(nèi)線圈中電流的方向轉(zhuǎn)變______次．4．描述交變電流的物理量(1)最大值Em＝________，與轉(zhuǎn)軸位置________，與線圈外形________(均選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．(2)周期和頻率①周期(T)：交變電流完成________________變化所需的時(shí)間．單位是秒(s)，公式T＝eq\f(2π,ω).②頻率(f)：交變電流在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的________．單位是赫茲(Hz)．③周期和頻率的關(guān)系：T＝______或f＝______.5．交變電流的變化規(guī)律(線圈從中性面開頭計(jì)時(shí))函數(shù)表達(dá)式圖像磁通量Φ＝____________＝____________電動(dòng)勢(shì)e＝____________＝____________1．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，肯定會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流．()2．線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中穿過線圈的磁通量最大時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大．()3．線圈經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，感應(yīng)電流方向發(fā)生轉(zhuǎn)變．()4．當(dāng)線圈從垂直中性面開頭計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化，即e＝Emsinωt.()書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的技巧(1)確定正弦交變電流的峰值：依據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝NBSω求出相應(yīng)峰值．(2)明確線圈的初始位置：①若線圈從中性面位置開頭計(jì)時(shí)，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imsinωt.②若線圈從垂直中性面位置開頭計(jì)時(shí)，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imcosωt.例1(2023·廣西柳州市模擬)為爭(zhēng)辯交變電流產(chǎn)生的規(guī)律，某爭(zhēng)辯小組把長(zhǎng)60m導(dǎo)線繞制成N＝100匝的矩形閉合線圈，如圖所示．現(xiàn)把線圈放到磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.1T、方向水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈可以繞其對(duì)稱軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)．現(xiàn)讓線圈從圖示位置開頭(t＝0)以恒定的角速度ω＝10πrad/s轉(zhuǎn)動(dòng)．下列說法正確的有()A．t＝0時(shí)，線圈位于中性面位置B．t＝0.05s時(shí)，感應(yīng)電流達(dá)到最大值C．當(dāng)bc＝2ab時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e＝2πsin10πt(V)D．當(dāng)ab＝ad時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值最大聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________例2(2023·江蘇省高三月考)兩人在赤道上站立，各自手握金屬繩OPO′的一端，繞東西方向的水平軸沿順時(shí)針方向勻速搖動(dòng)，周期為T，將金屬繩連入電路，閉合回路如圖所示，取金屬繩在圖示的最高位置時(shí)為t＝0時(shí)刻，則下列說法正確的是()A．電路中存在周期為T的變化電流B．t＝0時(shí)刻，回路中磁通量最大，電路中電流最大C．t＝eq\f(T,4)時(shí)刻，電流向左通過靈敏電流計(jì)D．t＝eq\f(T,2)時(shí)刻，回路磁通量最大，電路中電流最大聽課記錄：_______________________________________________________________________________________________________________________________________例3一手搖溝通發(fā)電機(jī)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)阻不計(jì)．轉(zhuǎn)軸位于線圈平面內(nèi)，并與磁場(chǎng)方向垂直．產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，則()A．該交變電流的頻率是0.4HzB．t＝0時(shí)刻，線圈恰好與中性面重合C．t＝0.1s時(shí)，穿過線圈的磁通量最大D．該交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式是e＝10eq\r(2)cos5πt(V)聽課記錄：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考點(diǎn)二交變電流有效值的求解1．有效值讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，假如在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)它們________________相等，則這個(gè)恒定電流的電流I與電壓U就是這個(gè)交變電流的有效值．2．正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系I＝______________，U＝________________，E＝________________.1．有效值等于峰值的eq\f(\r(2),2)，這一關(guān)系適用于全部交變電流．()2．交變電流的有效值就是一個(gè)周期內(nèi)的平均值．()例4阻值為R的電阻上通以如圖所示的交變電流，則此交變電流的有效值為()A．1A B.eq\r(2)AC．2A D．3A聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________例5(2023·湖北黃岡市模擬)如圖是某一線圈通過的溝通電的電流－時(shí)間關(guān)系圖像(前半個(gè)周期為正弦波形的eq\f(1,2))，則一個(gè)周期內(nèi)該電流的有效值為()A.eq\f(3,2)I0B.eq\f(\r(5),2)I0C.eq\f(\r(3),2)I0D.eq\f(5,2)I0聽課記錄：_______________________________________________________________________________________________________________________________________有效值的計(jì)算1．計(jì)算有效值時(shí)要依據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”，先分段計(jì)算熱量，求和得出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量，然后依據(jù)Q總＝I2RT或Q總＝eq\f(U2,R)T列式求解．2．若圖像部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的eq\f(1,4)周期(必需是從零至最大值或從最大值至零)和eq\f(1,2)周期部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系I＝eq\f(Im,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))求解．考點(diǎn)三交變電流“四值”的理解和計(jì)算物理量物理含義重要關(guān)系適用狀況及說明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力狀況峰值最大的瞬時(shí)值Em＝NBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)爭(zhēng)辯電容器的________電壓平均值交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所圍的面積與時(shí)間的比值eq\x\to(E)＝Neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計(jì)算通過導(dǎo)線橫截面的________有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))適用于正(余)弦式交變電流(1)溝通電流表、溝通電壓表的示數(shù)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的值(如額定電壓、額定電流等)(3)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱、保險(xiǎn)絲的熔斷電流等)(4)沒有特殊加以說明的1．溝通電壓表和電流表測(cè)量的是溝通電的峰值．()2．可以用平均值計(jì)算交變電流產(chǎn)生的熱量．()3．求通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q＝It，其中的I指的是有效值．()例6(多選)如圖甲所示，標(biāo)有“220V40W”的燈泡和標(biāo)有“20μF320V”的電容器并聯(lián)接到溝通電源上，為溝通電壓表，溝通電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)．下列推斷正確的是()A．t＝eq\f(T,2)時(shí)刻，的示數(shù)為零B．燈泡恰好正常發(fā)光C．電容器不行能被擊穿D.的示數(shù)保持110eq\r(2)V不變聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________例7一個(gè)U形金屬線框在兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過導(dǎo)線給同一電阻R供電，如圖甲、乙所示．甲圖中OO′軸右側(cè)有磁場(chǎng)，乙圖中整個(gè)空間均有磁場(chǎng)，兩圖中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同．則甲、乙兩圖中溝通電流表的示數(shù)之比為()A．1∶eq\r(2) B．1∶2C．1∶4 D．1∶1聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例8(2023·江蘇省常熟中學(xué)模擬)圖甲是某發(fā)電機(jī)的示意圖，正方形金屬框邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，其兩端與兩個(gè)半圓環(huán)相連，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定角速度繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)．阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示，Um為已知，其他電阻不計(jì)，則金屬框轉(zhuǎn)動(dòng)一周()A．框內(nèi)電流方向不變B．電動(dòng)勢(shì)的有效值大于eq\f(\r(2),2)UmC．流過電阻的電荷量為eq\f(2BL2,R)D．電阻產(chǎn)生的焦耳熱為eq\f(πUmBL2,R)聽課記錄：____________