2025年高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件 第13章 第31講 交變電流的產(chǎn)生及描述

第十三章交變電流電磁振蕩和電磁波傳感器第31講交變電流的產(chǎn)生及描述知識(shí)梳理·易錯(cuò)辨析核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破名師講壇·素養(yǎng)提升提能訓(xùn)練練案[64]知識(shí)梳理·易錯(cuò)辨析一、交變電流1．定義：大小和方向都隨時(shí)間做______________的電流叫作交變電流。2．圖像：如圖所示，圖________________所示電流都屬于交變電流，圖______所示電流屬于恒定電流。周期性變化甲、乙、丙、丁戊二、正弦式交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1．產(chǎn)生：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，線圈繞________磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可產(chǎn)生正弦式交變電流。注意：交變電流的種類有很多，但同時(shí)具備這三個(gè)條件才會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流：勻強(qiáng)磁場(chǎng)；線圈轉(zhuǎn)軸和磁場(chǎng)垂直；勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。垂直2．中性面及其特點(diǎn)(1)定義：與磁場(chǎng)方向________的平面。(2)特點(diǎn)①線圈位于中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量________，磁通量的變化率為______，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為______。②線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，________經(jīng)過中性面，線圈每經(jīng)過中性面一次，電流的方向就改變一次。垂直最大零零2次3．圖像：用以描述交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，其圖像為________曲線，如圖所示。正弦4．變化規(guī)律(線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí))(1)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律：e＝_____________。(2)電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律：u＝_____________。(3)電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律：i＝____________。其中ω是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的__________，E

m＝____________。E

msinωtU

msinωtI

msinωt角速度nBSω三、描述交變電流的物理量1．周期和頻率(1)周期(T)：交變電流完成_____________變化，即線圈__________所需要的時(shí)間，單位是____________，公式T＝________。(2)頻率(f)：交變電流在__________________________的次數(shù)，單位是________________。(3)周期和頻率的關(guān)系：____________或____________。一次周期性轉(zhuǎn)一周秒(s)1s內(nèi)完成周期性變化赫茲(Hz)2．交變電流的“四值”(1)瞬時(shí)值：交變電流____________的值，是時(shí)間的函數(shù)。(2)峰值：交變電流的電流或電壓所能達(dá)到的__________。(3)有效值：讓交變電流與恒定電流分別通過相同的電阻，如果它們?cè)诮蛔冸娏鞯囊粋€(gè)周期內(nèi)______________相等，則這個(gè)恒定電流I、恒定電壓U就是這個(gè)交變電流的有效值。(4)正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系I＝______，U＝______，E＝______。某一時(shí)刻最大值產(chǎn)生的熱量1.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一定會(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．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過中性面時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，電流方向發(fā)生改變。()4．交流電氣設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值是交變電流的有效值。()××√√5．交流電壓表和電流表測(cè)量的是交流電的峰值。()××核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破1交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)1．正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))規(guī)律物理量函數(shù)表達(dá)式圖像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt2.正弦式交變電流產(chǎn)生過程中的兩個(gè)特殊位置3.書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的基本思路(2)根據(jù)公式Em＝nBSω求出相應(yīng)峰值。(3)明確線圈的初始位置，找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。①開始計(jì)時(shí)線圈與中性面重合，則i－t函數(shù)式為i＝Imsinωt；②開始計(jì)時(shí)線圈與中性面垂直，則i－t函數(shù)式為i＝Imcosωt；③開始計(jì)時(shí)線圈與中性面夾角為θ，則i－t函數(shù)式為i＝Imsin(ωt＋θ)。【跟蹤訓(xùn)練】

(交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律)為研究交變電流產(chǎn)生的規(guī)律，某研究小組把長(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始(t＝0)以恒定的角速度ω＝10πrad/s轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說(shuō)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D(交變電流的圖像)(多選)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，匝數(shù)N＝100的矩形線圈繞垂直磁感線的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化規(guī)律如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是()A．t＝0.5×10－2s時(shí)，線圈平面與中性面重合B．t＝1×10－2s時(shí)，線圈中磁通量變化率最大C．穿過每一匝線圈的最大磁通量為1×10－3WbD．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為100πrad/sCD2交變電流有效值的求解(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)1．正弦交變電流的有效值的計(jì)算【跟蹤訓(xùn)練】BA．10W B．15WC．25W D．30WC(交變電流的產(chǎn)生和有效值概念的綜合應(yīng)用)一個(gè)匝數(shù)為100匝、電阻為0.5Ω的閉合線圈處于某一磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，從某時(shí)刻起穿過線圈的磁通量按如圖所示規(guī)律變化，已知0～1s內(nèi)線圈內(nèi)的磁通量按正弦規(guī)律變化到最大值，π2≈10，則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為()A3交變電流“四值”的比較(能力考點(diǎn)·深度研析)交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較

如圖所示，線圈平面與磁感線平行，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，邊長(zhǎng)L＝10cm的正方形線圈共100匝，線圈的總電阻r＝1Ω，線圈繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω＝2πrad/s，外電路中的電阻R＝4Ω，不計(jì)摩擦，π取3.14，求：(1)由圖示位置計(jì)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式；(2)由圖示位置轉(zhuǎn)過60°時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過60°的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；(4)交流電壓表的示數(shù)；(5)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的總熱量；(7)外力使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周所做的功。[解析]

(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝nBSω＝100×0.5×0.12×2πV≈3.14V感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表達(dá)式為e＝Emcosωt＝3.14cos2πt(V)。(2)由圖示位置轉(zhuǎn)過60°時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e＝Emcos60°＝3.14×0.5V＝1.57V。[答案]

(1)e＝3.14cos2πt(V)

(2)1.57V(3)2.6V

(4)1.78V

(5)0.99J

(6)0.087C(7)0.99J【跟蹤訓(xùn)練】(交變電流最大值的應(yīng)用)(多選)如圖甲所示，標(biāo)有“220V

40W”的燈泡和標(biāo)有“20μF

320V”的電容器并聯(lián)接到交流電源上，

為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)。下列判斷正確的是()BC(交變電流有效值和平均值的應(yīng)用)(多選)如圖所示，處在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線框MNPQ，以恒定的角速度ω繞對(duì)角線NQ轉(zhuǎn)動(dòng)。已知MN長(zhǎng)為l1，NP長(zhǎng)為l2，線框電阻為R。在t＝0時(shí)刻線框平面與紙面重合，下列說(shuō)法正確的是()ABD(交變電流有效值與力、電知識(shí)的綜合應(yīng)用)(多選)(2023·湖南卷)某同學(xué)自制了一個(gè)手搖交流發(fā)電機(jī)，如圖所示。大輪與小輪通過皮帶傳動(dòng)(皮帶不打滑)，半徑之比為4∶1，小輪與線圈固定在同一轉(zhuǎn)軸上。線圈是由漆包線繞制而成的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形，共n匝，總阻值為R。磁體間磁場(chǎng)可視為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。大輪以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)小輪及線圈繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直。線圈通過導(dǎo)線、滑環(huán)和電刷連接一個(gè)阻值恒為R的燈泡。假設(shè)發(fā)電時(shí)燈泡能發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi)，下列說(shuō)法正確的是()AC名師講壇·素養(yǎng)提升交變電流規(guī)律的“等效”應(yīng)用有些題目中，產(chǎn)生交變電流的方式與發(fā)電機(jī)不同，但產(chǎn)生的交變電流的規(guī)律相似，可以等效應(yīng)用交變電流規(guī)律求解相應(yīng)的物理量。A．水平拉力F的最大值為8NB．拉力F的最大功率為12.8WC．拉力F要做25.6J的功才能讓線框通過此磁場(chǎng)區(qū)D．拉力F要做12.8J的功才能讓線框通過此磁場(chǎng)區(qū)C(2023·江蘇常州聯(lián)考)如圖1所示為音響中的揚(yáng)聲器，結(jié)構(gòu)圖和沿對(duì)稱軸的截面圖如圖2所示。當(dāng)交變電流通過線圈時(shí)，圓形線圈在磁場(chǎng)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)振膜發(fā)出聲音。已知線圈由粗細(xì)均勻的鋼絲繞制而成，線圈的半徑a＝2.5cm、匝數(shù)n＝100匝，電阻r＝8Ω。某實(shí)驗(yàn)小組揚(yáng)聲器與阻值R＝8Ω的電阻相連，將揚(yáng)聲器充當(dāng)話筒讓振膜振動(dòng)，帶動(dòng)線圈以速度v＝0.2sin2000t(m/s)垂直磁場(chǎng)振動(dòng)。線