2025年高考物理一輪復習（新人教版） 第13章　第1課時　交變電流的產(chǎn)生和描述

第十三章交變電流電磁波傳感器考情分析試題情境生活實踐類發(fā)電機、變壓器、遠距離輸電、無線充電、家用和工業(yè)電路、家用電器、雷達、射電望遠鏡、X射線管、電子秤、煙霧報警器等學習探究類探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系，探究家用小型發(fā)電機的原理，探究負載增加對供電系統(tǒng)的影響、電磁振蕩、利用傳感器制作簡單的自動控制裝置第1課時交變電流的產(chǎn)生和描述目標要求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)表達式。2.理解并掌握交變電流圖像的意義。3.理解描述交變電流的幾個物理量，會計算交變電流的有效值。4.知道交流電“四值”在具體情況下的應用。內容索引考點一正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律考點二交變電流的四值及應用課時精練><考點一正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1.產(chǎn)生在勻強磁場中線圈繞_______磁場方向的軸勻速轉動。垂直于2.交流電產(chǎn)生過程中的兩個特殊位置圖示

概念中性面位置與中性面垂直的位置特點B⊥SB∥SΦ＝BS，磁通量最___，

＝__Φ＝0，磁通量最____e＝____e＝_____＝______，電動勢最___感應電流i＝0，方向_____感應電流最____，方向_____一個周期內電流方向改變___次，在_______位置改變大0小0NBSωNΦmω大改變大不變兩中性面3.正弦式交變電流的圖像(線圈從中性面位置開始計時)物理量函數(shù)表達式圖像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動勢e＝________＝___________EmsinωtNBSωsinωt物理量函數(shù)表達式圖像電流i＝________＝__________(外電路為純電阻電路)電壓u＝________＝__________(外電路為純電阻電路)ImsinωtUmsinωt4.描述交變電流的物理量(1)最大值Em＝_______，與轉軸位置_____，與線圈形狀_____(后兩個空均選填“有關”或“無關”)。NBSω無關無關(2)周期和頻率①周期(T)：交變電流完成___________變化所需的時間。單位是秒(s)，公式T＝

。②頻率(

f

)：交變電流在單位時間內完成周期性變化的_____。單位是赫茲(Hz)。③周期和頻率的關系：T＝____或f＝____。一次周期性次數(shù)1.矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動時，一定會產(chǎn)生正弦式交變電流。(

)2.線圈在磁場中轉動的過程中穿過線圈的磁通量最大時，產(chǎn)生的感應電動勢也最大。(

)3.線圈經(jīng)過中性面時，感應電動勢為零，感應電流方向發(fā)生改變。(

)4.當從線圈垂直中性面位置開始計時，產(chǎn)生的電動勢按正弦規(guī)律變化，即e＝Emsinωt。(

)××√×例1

(2023·遼寧卷·4)如圖，空間中存在水平向右的勻強磁場，一導體棒繞固定的豎直軸OP在磁場中勻速轉動，且始終平行于OP。導體棒兩端的電勢差u隨時間t變化的圖像可能正確的是√如圖所示，導體棒勻速轉動，設速度大小為v，設導體棒從A到B的過程中，棒轉過的角度為θ，則導體棒垂直磁感線方向的分速度為v⊥＝vcosθ，可知導體棒垂直磁感線的分速度為余弦變化，根據(jù)左手定則可知，導體棒經(jīng)過B點和B點關于P點的對稱點時，電流方向不同，根據(jù)u＝BLv⊥可知，導體棒兩端的電勢差u隨時間t變化的圖像為余弦圖像，故選C。例2

(2023·廣西柳州市模擬)為研究交變電流產(chǎn)生的規(guī)律，某研究小組把長60m導線繞制成N＝100匝的矩形閉合線圈，如圖所示?，F(xiàn)把線圈放到磁感應強度大小B＝0.1T、方向水平向右的勻強磁場中，線圈可以繞其對稱軸OO′轉動?，F(xiàn)讓線圈從圖示位置開始(t＝0)以恒定的角速度ω＝10πrad/s轉動。下列說法正確的有A.t＝0時，線圈位于中性面位置B.t＝0.05s時，感應電流達到最大值C.當bc＝2ab時，感應電動勢的瞬時值表達式為e＝2πsin10πt(V)D.當ab＝ad時，感應電動勢的有效值最大√t＝0時，線圈位于與中性面垂直的位置，故A錯誤；線圈轉動的周期為T＝

＝0.2s，t＝0.05s時，線圈轉過90°，到達中性面位置，此時磁通量最大，感應電流為零，故B錯誤；感應電動勢最大值為Em0＝NBS0ω，S0＝ab·bc，N(ab＋bc)×2＝60m,2ab＝bc，聯(lián)立可得Em0＝2πV，線圈從題圖位置(平行于磁場方向)開始轉動，因此感應電動勢的瞬時值表達式為e＝2πcos10πt(V)，故C錯誤；當ab＝ad時，邊長相等，此時線圈面積最大，又Em＝NBSω，則感應電動勢最大，即感應電動勢的有效值最大，故D正確。拓展在例2中(1)0～0.05s過程中，穿過線圈的磁通量變化率如何變化？答案0～0.05s過程中，穿過線圈的磁通量逐漸增大，磁通量變化率逐漸減小。(2)畫出從圖示位置開始計時的感應電動勢隨時間變化的圖像(已知bc＝2ab)。答案(3)當ab＝ad時，寫出線圈從中性面開始轉動的感應電動勢的瞬時值表達式。答案1匝線圈周長為0.6m，ab＝ad時，邊長L＝0.15m，Em＝NBL2ω＝2.25π(V)，得e＝Emsinωt＝2.25πsin10πt(V)。書寫交變電流瞬時值表達式的技巧1.確定正弦式交變電流的峰值：根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝NBSω求出相應峰值。2.明確線圈的初始位置：(1)若線圈從中性面位置開始計時，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達式為i＝Imsinωt。(2)若線圈從垂直中性面位置開始計時，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達式為i＝Imcosωt。返回交變電流的四值及應用><考點二物理量物理含義重要關系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值Em＝NBSωIm＝(外電路為純電阻電路)討論電容器的_____電壓擊穿物理量物理含義重要關系適用情況及說明平均值交變電流圖像中圖線與時間軸所圍的面積與時間的比值(外電路為純電阻電路)計算通過導線橫截面的_______電荷量物理量物理含義重要關系適用情況及說明有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值適用于正弦式交變電流(1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)(2)電氣設備“銘牌”上所標的值(如額定電壓、額定電流等)(3)計算與電流的熱效應有關的量(如電功、電功率、電熱、保險絲的熔斷電流等)(4)沒有特別加以說明的1.交流電壓表和電流表測量的是交流電的峰值。(

)2.可以用平均值計算交變電流產(chǎn)生的熱量。(

)3.求通過導體橫截面的電荷量q＝It，其中的I指的是有效值。(

)4.最大值和有效值之間的

倍關系僅適用于正弦式交流電。(

)×××√例3

(多選)(2021·浙江1月選考·16)發(fā)電機的示意圖如圖甲所示，邊長為L的正方形金屬框，在磁感應強度為B的勻強磁場中以恒定角速度繞OO′軸轉動，阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示。其他電阻不計，圖乙中的Um為已知量。則金屬框轉動一周A.框內電流方向不變B.電動勢的最大值為Um√√金屬框轉動一周電流方向改變兩次，A項錯誤；因除電阻R外其他電阻不計，R兩端電壓就等于電動勢，所以電動勢最大值為Um，B項正確；拓展

(1)若用交流電壓表測量電阻R兩端電壓，則電壓表的示數(shù)為_____。(2)若金屬框匝數(shù)為n，轉動角速度為ω，金屬框的電阻也為R，則從圖甲位置開始，轉動180°的過程中，金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱為__________，除安培力以外的力對金屬框做的功為__________。例4一個U形金屬線框在兩勻強磁場中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉動，通過導線給同一電阻R供電，如圖甲、乙所示。甲圖中OO′軸右側有磁場，乙圖中整個空間均有磁場，兩圖中磁場的磁感應強度相同。(1)分別畫出一個周期甲、乙兩種情形下感應電流隨時間變化的圖像(從圖示位置開始計時)。答案見解析圖題圖甲中OO′軸的右側有磁場，所以線框只在半個周期內有感應電流產(chǎn)生，感應電流隨時間變化的圖像如圖(a)；題圖乙中整個空間均有磁場，線框中產(chǎn)生的感應電流隨時間變化的圖像如圖(b)。(2)甲、乙兩圖中理想電流表的示數(shù)之比為____。A.

B.1∶2

C.1∶4

D.1∶1A交流電流表測的是有效值，圖(a)：有效值的計算返回課時精練1.(多選)一矩形金屬線圈，繞垂直磁場方向的轉軸在勻強磁場中勻速轉動，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢e隨時間t變化的規(guī)律如圖所示，下列說法中正確的是A.此交流電的頻率為10HzB.此感應電動勢的有效值為C.t＝0.1s時，線圈平面與磁場方向垂直D.在線圈平面與磁場方向成30°時，感應電動勢的大小為1V√123456789101112√由題圖可知，t＝0.1s時，感應電動勢為0，所以線圈平面與磁場方向垂直，故C正確；1234567891011122.(2022·廣東卷·4)如圖是簡化的某種旋轉磁極式發(fā)電機原理圖。定子是僅匝數(shù)n不同的兩線圈，n1>n2，二者軸線在同一平面內且相互垂直，兩線圈到其軸線交點O的距離相等，且均連接阻值為R的電阻，轉子是中心在O點的條形磁鐵，繞O點在該平面內勻速轉動時，兩線圈輸出正弦式交變電流。不計線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響，下列說法正確的是A.兩線圈產(chǎn)生的電動勢的有效值相等B.兩線圈產(chǎn)生的交變電流頻率相等C.兩線圈產(chǎn)生的電動勢同時達到最大值D.兩電阻消耗的電功率相等√123456789101112因兩線圈放在同一個旋轉磁鐵的旁邊，則兩線圈產(chǎn)生的交變電流的頻率相等，選項B正確；當條形磁鐵的磁極到達線圈軸線時，磁通量變化率最大，感應電動勢最大，由題圖可知兩線圈產(chǎn)生的感應電動勢不可能同時達到最大值，選項C錯誤。1234567891011123.一只低壓電源輸出的交變電壓為U＝

，π取3.14，以下說法正確的是A.這只電源可以使“10V

2W”的燈泡正常發(fā)光B.這只電源的交變電壓的周期是314sC.這只電源在t＝0.01s時輸出的電壓達到最大值D.擊穿電壓為10V的電容器可以直接接在這只電源上√123456789101112在t＝0.01s時，這只電源的輸出電壓為零，故C項錯誤；1234567891011124.(多選)在同一勻強磁場中，兩個相同的矩形金屬線圈a、b分別繞線圈平面內與磁場垂直的軸勻速轉動，產(chǎn)生的感應電動勢隨時間變化的圖像如圖所示，則A.線圈a的轉速是b的3倍B.線圈b產(chǎn)生的感應電動勢最大值為10VC.t＝0.01s時，線圈a恰好經(jīng)過中性面D.t＝0.03s時，線圈b恰好經(jīng)過中性面√123456789101112√由于最大感應電動勢為Em＝NBSω＝NBS·2πn，由題圖可知，a線圈最大感應電動勢為15V，則b線圈最大感應電動勢為10V，故B正確；由題圖可知，t＝0.01s時，線圈a中感應電動勢最大，則此時線圈a位于垂直中性面位置，故C錯誤；t＝0.03s時，線圈b中感應電動勢為0，則此時線圈b恰好經(jīng)過中性面，故D正確。1234567891011125.(多選)某音響電路的簡化電路圖如圖所示，輸入信號既有高頻成分，也有低頻成分，則A.電感線圈L1的作用是通高頻B.電容器C2的作用是通高頻C.揚聲器甲用于輸出高頻成分D.揚聲器乙用于輸出高頻成分√123456789101112√在交流電路中，電感線圈的作用是“通低頻、阻高頻”，電容器的作用是“通交流、隔直流”和“通高頻、阻低頻”，選項A錯誤，B正確；當輸入端的信號既有高頻成分也有低頻成分時，低頻成分通過電感線圈L1，到達揚聲器甲，高頻成分通過電容器C2，到達揚聲器乙，選項C錯誤，D正確。1234567891011126.某研究小組成員設計了一個如圖所示的電路，已知純電阻R的阻值不隨溫度變化。與R并聯(lián)的是一個理想的交流電壓表，D是理想二極管(它的導電特點是正向電阻為零，反向電阻為無窮大)。在A、B間加一交流電壓，其瞬時值的表達式為u＝

則交流電壓表的示數(shù)為A.10VB.20VC.15VD.14.1V√1234567891011121234567891011127.在圖乙的電路中，通入如圖甲所示的交變電流，此交變電流的每個周期內，前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定。電阻R的阻值為12Ω，電表均為理想電表，下列說法正確的是C.電阻R一個周期內產(chǎn)生的熱量為12JD.電流表的示數(shù)為0.5A√1234567891011121234567891011128.(2023·江蘇淮安市二模)如圖所示，KLMN是一個豎直的單匝矩形導線框，全部處于磁感應強度為B的水平方向的勻強磁場中，線框面積為S，電阻為R，MN邊水平，線框繞某豎直固定軸以角速度ω勻速轉動，轉動方向為俯視時順時針。在t＝0時刻，MN邊與磁場方向的夾角為30°。則下列判斷正確的是A.從圖示位置開始，轉動30°的過程中，穿過線框的磁通量的變化率逐漸減小B.從圖示位置開始，轉動60°的過程中，導線框中電流方向由KLMNK變?yōu)镵NMLK123456789101112√從圖示位置開始轉動30°過程中，穿過導線框的磁通量逐漸減小，磁通量變化率逐漸增大，故A錯誤；由安培定則可知，從圖示位置轉動60°過程中，電流方向為KNMLK，故B錯誤；1234567891011121234567891011129.(多選)(2024·浙江省模擬)如圖甲所示為一臺小型發(fā)電機構造示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，單匝線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉動，產(chǎn)生的電動勢隨時間按正弦規(guī)律變化，其e－t圖像如圖乙所示。發(fā)電機線圈內阻為1Ω，外接燈泡的電阻為9Ω。電壓表為理想電壓表，則A.線圈的轉速n＝240r/minB.電壓表的示數(shù)為C.t＝0.125s時，穿過線圈的磁通量最大D.0～0.125s的時間內，通過燈泡的電荷量為√123456789101112√√在t＝0.125s時，電動勢為零，則線圈所在位置和中性面重合，穿過線圈的磁通量最大，故C正確；12345678910111212345678910111210.(多選)(2023·廣東省肇慶中學模擬)電阻為1Ω的單匝矩形線圈繞垂直于磁場方向的軸在勻強磁場中勻速轉動，產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖像如圖所示，現(xiàn)把交變電流加在電阻為9Ω的電熱絲上，下列說法正確的是A.線圈轉動的角速度為100rad/sB.在0～0.005s時間內，通過電熱絲的電荷量為C.電熱絲兩端的電壓為180VD.電熱絲的發(fā)熱功率為1800W√123456789101112√12345678910111211.(多選)(2023·湖南卷·9)某同學自制了一個手搖交流發(fā)電機，如圖所示。大輪與小輪通過皮帶傳動(皮帶不打滑)，半徑之比為4∶1，小輪與線圈固定在同一轉軸上。線圈是由漆包線繞制而成的邊長為L的正方形，共n匝，總阻值為R。磁體間磁場可視為磁感應強度大小為B的勻強磁場。

大輪以角速度ω勻速轉動，帶動小輪及線圈繞轉軸轉動，轉軸與磁場方向垂直。線圈通過導線、滑環(huán)和電刷連接一個阻值恒為R的燈泡。123456789