第58講 交變電流的產(chǎn)生和描述（講義）（原卷版）-2025年高考物理一輪復習講練測（新教材新高考）

11/11第58講交變電流的產(chǎn)生和描述目錄01、考情透視，目標導航TOC\o"1-3"\h\u02、知識導圖，思維引航 1復習目標 203、考點突破，考法探究 2考點一.正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律 2知識點1．正弦式交變電流產(chǎn)生過程中的兩個特殊位置 2知識點2．正弦式交變電流的變化規(guī)律 3知識點3.書寫交變電流瞬時值表達式的步驟 3考向1．中性面和峰值面 3考向2．交變電流的產(chǎn)生及圖像 4考向3．交變電流的描述 4考點二.交變電流有效值的理解和計算 5知識點1．對有效值的理解 5知識點2．有效值的兩種計算方法 5考向1正弦式交變電流有效值的計算 5考向2峰值不對稱的正弦式波形有效值的計算 6考向3矩形波形有效值的計算 6考點三.交變電流“四值”的理解及應用 604、真題練習，命題洞見 8考情分析2024·廣東·高考物理第5題2024·河北·高考物理第4題2024·山東·高考物理第4題2024·勸過新課標·高考物理第19題復習目標目標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。目標2.理解并掌握交變電流圖像的意義。目標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。目標4.正確理解交變電流的四值，并進行有關計算?？键c一.正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律知識點1．正弦式交變電流產(chǎn)生過程中的兩個特殊位置位置中性面位置與中性面垂直的位置圖示特點B⊥SB∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝nBSω，最大電流為零，方向改變電流最大，方向不變知識點2．正弦式交變電流的變化規(guī)律物理量函數(shù)表達式圖像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動勢e＝Emsinωt＝nBSωsinωt電流i＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt電壓u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt知識點3.書寫交變電流瞬時值表達式的步驟(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝nωBS求出相應峰值。(2)明確線圈的初始位置，找出對應的函數(shù)關系式①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線圈從垂直于中性面的位置開始計時，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達式為i＝Imcosωt?？枷?．中性面和峰值面1.矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，線圈平面位于如圖所示的勻強磁場中。下列說法正確的是()A．圖甲時刻通過線圈的磁通量變化率最大B．圖乙時刻線圈中感應電流方向改變C．圖丙時刻線圈中磁通量最大D．圖丁時刻線圈中感應電動勢最小考向2．交變電流的產(chǎn)生及圖像2.(2024·北京市第四中學模擬)某交流發(fā)電機產(chǎn)生交變電流的裝置如圖1甲所示，產(chǎn)生的感應電動勢與時間的關系如圖乙所示，下列說法正確的是()A.t＝0時，線圈平面處于中性面位置，磁通量變化率最大B.線圈通過中性面時，交變電流改變方向C.線框中產(chǎn)生的感應電動勢e＝100sin(50t)VD.如果僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍，則電動勢的最大值和周期分別變?yōu)?00V、0.08s考向3．交變電流的描述3.一正弦式交變電流的i-t圖像如圖所示。下列說法正確的是()A．在t＝0.4s時電流改變方向B．該交變電流的周期為0.5sC．該交變電流的表達式為i＝2cos5πtAD．該交變電流的有效值為eq\f(\r(2),2)A考點二.交變電流有效值的理解和計算知識點1．對有效值的理解(1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)是指有效值；(2)用電器銘牌上標的值(如額定電壓、額定功率等)指的均是有效值；(3)計算熱量、電功率及保險絲的熔斷電流用的是有效值；(4)通常沒有特別加以說明的，一般指有效值。知識點2．有效值的兩種計算方法(1)公式法：對于正(余)弦式交變電流，利用E＝eq\f(Em,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))、I＝eq\f(Im,\r(2))計算有效值。注意：若圖像一部分是正(余)弦式交變電流，其中的eq\f(1,4)周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)和eq\f(1,2)周期部分可直接應用正弦式交變電流有效值與最大值間的關系I＝eq\f(Im,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))求解。(2)定義法：對于非正弦式交變電流，計算有效值時要抓住“三同”，即“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”，列式求解時相同時間一般取一個周期或周期的整數(shù)倍?？枷?正弦式交變電流有效值的計算1．(2023·湖南高考)(多選)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動，帶動小輪及線圈繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)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。假設發(fā)電時燈泡能發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi)，下列說法正確的是()A．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為4ωB．燈泡兩端電壓有效值為3eq\r(2)nBL2ωC．若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈，則燈泡兩端電壓有效值為eq\f(4\r(2)nBL2ω,3)D．若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則燈泡變得更亮考向2峰值不對稱的正弦式波形有效值的計算2．電壓u隨時間t的變化情況如圖所示，則電壓的有效值約為()A．137VB．163VC．174V D．196V考向3矩形波形有效值的計算3．如圖所示，一半徑為L的導體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心。環(huán)內(nèi)兩個圓心角為90°且關于O中心對稱的扇形區(qū)域內(nèi)分布有勻強磁場，兩磁場的磁感應強度大小均為B、方向相反且均與紙面垂直。導體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動，M端通過滑動觸點與圓環(huán)良好接觸，在圓心和圓環(huán)間連有電阻R，不計圓環(huán)和導體桿的電阻，當桿OM以恒定角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動時，理想電流表A的示數(shù)為()A．eq\f(\r(2)BL2ω,4R) B．eq\f(BL2ω,4R)C．eq\f(\r(2)BL2ω,2R) D．eq\f(BL2ω,2R)考點三.交變電流“四值”的理解及應用交變電流的“四值”及應用物理含義重要關系適用情況瞬時值交變電流某一時刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計算線圈某一時刻的受力情況峰值交變電流最大的瞬時值Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)確定用電器的耐壓值、電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流值E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))(1)計算與電流熱效應相關的量(如功率、熱量)(2)交流電表的測量值(3)用電器設備標注的額定電壓、額定電流(4)保險絲的熔斷電流平均值i-t圖像中圖線與時間軸所圍面積與時間的比值eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計算通過電路某截面的電荷量1．(2024·重慶高三調(diào)研)如圖所示，空間中分布著磁感應強度大小為B的勻強有界磁場，EF是其左邊界，一面積為S的n匝圓形金屬線框垂直于磁場放置，圓形線框的圓心O在EF上，線框電阻為R，若線框以角速度ω繞EF勻速轉(zhuǎn)動，并從圖示位置開始計時，則()A．t＝eq\f(2π,ω)時，線框中的感應電流最大B．0到eq\f(π,2ω)時間內(nèi)，通過線框的電荷量為eq\f(BS,2R)C．線框中產(chǎn)生的交變電動勢的最大值為nBSωD．線框中產(chǎn)生的交變電動勢的有效值為eq\f(\r(2),4)nBSω2．(2024·內(nèi)江高三模擬)如圖為一交流發(fā)電機的原理示意圖。矩形線圈abcd可繞過bc、ad邊中點且垂直于勻強磁場方向的水平軸OO′勻速轉(zhuǎn)動。線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上；用導體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動過程中可以通過滑環(huán)和電刷保持其兩端與外電路的定值電阻R連接。已知矩形線圈邊長ab＝cd＝L1＝50cm，bc＝ad＝L2＝20cm，匝數(shù)n＝100匝，線圈的總電阻r＝5.0Ω，線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω＝282rad/s，外電路的定值電阻R＝45Ω，勻強磁場的磁感應強度B＝0.05T，eq\r(2)＝1.41。從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時，求：(1)線圈內(nèi)的電流i隨時間t變化的函數(shù)關系式；(2)線圈轉(zhuǎn)動90°時電壓表的示數(shù)；(3)在線圈轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過線圈導線某截面的電荷量。1．（2024·廣東·高考真題）將阻值為的電阻接在正弦式交流電源上。電阻兩端電壓隨時間的變化規(guī)律如圖所示。下列說法正確的是（）A．該交流電的頻率為B．通過電阻電流的峰值為C．電阻在1秒內(nèi)消耗的電能為D．電阻兩端電壓表達式為2．（2024·河北·高考真題）為兩個完全相同的定值電阻，兩端的電壓隨時間周期性變化的規(guī)律如圖1所示（三角形脈沖交流電壓的峰值是有效值的倍），兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化如圖2所示，則兩電阻在一個周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為（

）A． B． C． D．3．（2024·山東·高考真題）如圖甲所示，在-d≤x≤d，-d≤y≤d的區(qū)域中存在垂直O(jiān)xy平面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場（用陰影表示磁場的區(qū)域），邊長為2d的正方形線圈與磁場邊界重合。線圈以y軸為轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生的交變電動勢如圖乙所示。若僅磁場的區(qū)域發(fā)生了變化，線圈中產(chǎn)生的電動勢變?yōu)閳D丙所示實線部分，則變化后磁場的區(qū)域可能為（）A． B．C． D．9．（2024·新疆河南·高考真題）電動汽車制動時可利用車輪轉(zhuǎn)動將其動能轉(zhuǎn)換成電能儲存起來。車輪轉(zhuǎn)動時帶動磁極繞固定的線圈旋轉(zhuǎn)，在線圈中產(chǎn)生電流。磁極勻速轉(zhuǎn)動的某瞬間，磁場方向恰與線圈平面垂直，如圖所示。將兩磁極間的磁場視為勻強磁場，則磁極再轉(zhuǎn)過90°時，線圈中（）A．電流最小 B．電流最大C．電流方向由P指向Q D．電流方向由Q指向P5．（2024·廣西·高考真題）某興趣小組為研究非摩擦形式的阻力設計了如圖甲的模型。模型由大齒輪、小齒輪、鏈條、阻力裝置K及絕緣圓盤等組成。K由固定在絕緣圓盤上兩個完全相同的環(huán)狀扇形線圈、組成。