高中物理新高考第一輪復(fù)習(xí)教案：第1講　交變電流的產(chǎn)生和描述

第十一章

交變電流傳感器電磁振蕩與電磁波第1講交變電流的產(chǎn)生和描述必備知識新學(xué)法基礎(chǔ)落實(shí)一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1．交變電流：大小和方向都隨時間做__________變化的電流．2．正弦式交變電流(1)產(chǎn)生：在勻強(qiáng)磁場里，線圈繞____________方向的軸勻速轉(zhuǎn)動．(2)中性面①定義：與磁場垂直的平面．②特點(diǎn)：線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量__________，磁通量的變化率為__________，感應(yīng)電動勢為__________．線圈每經(jīng)過中性面一次，電流的方向就改變一次．[主干知識·填一填]周期性垂直于磁場最大零零(3)變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)①電動勢(e)：e＝Emsin

ωt.②電壓(u)：u＝__________．③電流(i)：i＝__________．(4)圖像(如圖所示)Umsin

ωtImsin

ωt最大值相同熱量[規(guī)律結(jié)論·記一記]一、易混易錯判斷1．交變電流的主要特征是電流的方向隨時間周期性變化．()2．大小變化而方向不變的電流也叫交變電流．()3．線圈經(jīng)過中性面時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大．()4．在一個周期內(nèi)，正弦交流電的方向改變兩次．()5．最大值和有效值之間的倍關(guān)系只適用于正弦式交變電流．()6．交流電壓表及交流電流表的讀數(shù)均為峰值．()[必刷小題·測一測]√××√√×BC2．(人教版選擇性必修第二冊P55T4改編)如圖是一個正弦式交變電流的圖像，下列說法正確的是(

)A．頻率是0.2Hz，電流的峰值是10AB．周期是0.15s，電流的峰值是10AC．頻率是5Hz，電流的有效值是10AD．周期是0.2s，電流的有效值是7.07AD3．(魯科版選擇性必修第二冊P55T5改編)兩只相同的電阻，分別通以正弦波形的交變電流和方波形的交變電流，兩種交變電流的最大值與周期相等(如圖甲、乙所示)．在正弦波形交變電流的一個周期內(nèi)，正弦波形的交變電流在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱為Q1，其與方波形交變電流在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q2之比Q1∶Q2等于(

)A．1∶1

B．2∶1C．1∶2 D．4∶3C關(guān)鍵能力新探究思維拓展2．交變電流瞬時值表達(dá)式(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(yīng)峰值．(2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式．如：①線圈在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(dá)式為i＝Imsin

ωt.②線圈在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(dá)式為i＝Imcos

ωt.[題組突破]1．(交變電流的產(chǎn)生及變化)如圖所示，(a)→(b)→(c)→(d)過程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖，下列說法正確的是(

)A．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(a)位置時，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變化率最大B．從圖(b)開始計時，線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系是i＝Imsin

ωtC．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時，感應(yīng)電流最小，且感應(yīng)電流方向?qū)⒁淖僁．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時，感應(yīng)電動勢最小，ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閎→aC2．(交變電流最大值的計算)如圖所示，單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.01T，線圈邊長AB為20cm，寬AD為10cm，轉(zhuǎn)速n為50r/s，則線圈轉(zhuǎn)動時感應(yīng)電動勢的最大值為(

)A．1×10－2V

B．3.14×10－2VC．2×10－2V D．6.28×10－2V解析：D由Em＝BSω＝2πBSn可得Em＝2×3.14×0.01×0.2×0.1×50V＝6.28×10－2V．故選項D正確．DBCD關(guān)于交變電流的產(chǎn)生及規(guī)律的三點(diǎn)注意(1)只有當(dāng)線圈從中性面位置開始計時，電流的瞬時值表達(dá)式才是正弦形式，其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān)．(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S為有效面積．(3)在解決有關(guān)交變電流的圖像問題時，應(yīng)先把交變電流的圖像與線圈的轉(zhuǎn)動位置對應(yīng)起來，再根據(jù)特殊位置特征求解．題后反思命題點(diǎn)二有效值的理解與計算(自主學(xué)習(xí))[核心整合]1．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(biāo)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指的是有效值．(4)沒有特別加以說明的，是指有效值．(5)“交流的最大值是有效值的倍”僅適用于正(余)弦式交變電流．BABC題后反思命題點(diǎn)三對交變電流“四值”的理解和應(yīng)用(師生互動)[核心整合]例ABBCCDB核心素養(yǎng)新導(dǎo)向?qū)W科培優(yōu)典例1

(1)外力F的最大值；(2)金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動時電阻絲R1上消耗的最大功率；(3)在滑動過程中通過金屬棒的電流I與時間t的關(guān)系．典例2

CA．電流表的示數(shù)為0.24AB．0.01s時回路中的電流最大C．回路中交變電流的頻率為50HzD．0.015s時電珠L中電流的方向?yàn)閺腄→L→C典例3

模式四線圈處于周期性變化的磁場中邊長為a、匝數(shù)為n的正方形導(dǎo)線框置于均勻分布的磁場區(qū)域內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與線框平面垂直，如圖甲所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間按圖乙所示的正弦規(guī)律變化．設(shè)導(dǎo)線框橫截面的面積為S，電阻率為ρ，圖像中所標(biāo)物理量為已知量，求在時間t內(nèi)(t?T)線框中產(chǎn)生的熱量．典例4

正弦式交流電的產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生了正弦式感應(yīng)電動勢，根據(jù)E＝Blv，可以分別在B、l、v這三個物理量上做文章．歸納總結(jié)限時規(guī)范訓(xùn)練1234567891011121314D12345678910111213141234567891011121314C12345678910111213143．(2021·全國高三專題練習(xí))圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化，圖乙所示電壓是正弦交變電流的一部分，則下列說法正確的是(

)A．圖乙所示的電壓也是正弦式交流電壓B．圖甲所示電壓的瞬時值表達(dá)式為u＝10sin50πt(V)C．圖乙所示電壓的周期與圖甲所示電壓周期相同D．圖甲所示電壓的有效值比圖乙所示電壓的有效值小1234567891011121314D12345678910111213141234567891011121314BD12345678910111213141234567891011121314B12345678910111213141234567891011121314C12345678910111213141234567891011121314BC1234567891011121314[能力提升]8．(2021·湖北襄陽模擬)矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動．若軸線右側(cè)沒有磁場(磁場具有理想邊界)，如圖所示．設(shè)abcda方向?yàn)楦袘?yīng)電流的正方向．從圖示位置開始一個周期內(nèi)線圈中感應(yīng)電流隨時間變化的圖像正確的是(

)1234567891011121314A12345678910111213149．(多選)如圖所示，矩形單匝線圈abcd，線圈放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的周期為T，ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線OO′恰好位于勻強(qiáng)磁場的邊界線上，轉(zhuǎn)軸OO′垂直于磁場方向，線圈的阻值為R，與線圈相連的電阻的阻值也為R，從圖示位置開始計時，線圈轉(zhuǎn)過30°時線圈中的瞬時感應(yīng)電流為I.以下判斷正確的是(

)1234567891011121314AD123456789101112131412345678910111213141234567891011121314D12345678910111213141234567891011121314123456789101112131411．(多選)如圖甲所示，abcd是匝數(shù)為50匝、邊長為20cm、總電阻為1.0Ω的正方形閉合導(dǎo)線圈，放在與線圈平面垂直向里的磁場中．磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t發(fā)生周期性變化，變化關(guān)系如圖乙所示．不考慮線圈各邊電流之間的相互作用，以下說法中正確的是(

)BD123456789101112131412345678910111213141234567891011121314BC1234567891011121314123456789101112131413．(多選)手機(jī)無線充電工作原理的示意圖如圖所示，由送電線圈和受電線圈組成．已知受電線圈的匝數(shù)為n＝50匝，電阻r＝1.0Ω，在它的c、d兩端接一阻值R＝9.0Ω的電阻．設(shè)在受電線圈內(nèi)存在與線圈平面垂直的磁場，其磁通量隨時間按圖乙所示的規(guī)律變化，可在受電線圈中產(chǎn)生電動勢最大值為20V的正弦式交變電流，設(shè)t1時刻磁場豎直向上．則(

)1234567891011121314ADA．在t＝π×10－3s時，受電線圈中產(chǎn)生電流的大小2.0AB．在t＝π×10－3s時，c端電勢低于d端C．在一個周期內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量為5.7×10－3JD．從t1到t2時間內(nèi)，通過電阻R的電荷量為2×10－3C1234567891011121314123456789101112131414．(2021·北京高三期末)如圖所示，交流發(fā)電機(jī)的矩形金屬線圈，ab邊和cd邊的長度L1＝50cm，bc邊和ad邊的長度L2＝20cm，匝數(shù)n＝100匝，線圈的總電阻r＝10Ω，線圈位于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.05T的勻強(qiáng)磁場中．線圈的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)E、F(集流環(huán))焊接在一起，并通過電刷與阻值R＝90Ω的定值電阻連接．初始狀態(tài)時線圈平面與磁場方向平行，現(xiàn)使線圈繞過bc和ad邊中點(diǎn)、且垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸OO′以角速度ω＝400rad/s勻速轉(zhuǎn)動．電路中其他電阻以及線圈的自感系數(shù)均可忽略不計．123456789101