第59講交變電流的產(chǎn)生和描述（講義）（原卷版）

第59講交變電流的產(chǎn)生和描述目錄復(fù)習(xí)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點(diǎn)一交變電流的產(chǎn)生規(guī)律【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1正弦式交變電流的產(chǎn)生知識(shí)點(diǎn)2交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式【提升·必考題型歸納】考向1有關(guān)中性面的問(wèn)題考向2交變電流的圖像問(wèn)題考點(diǎn)二有效值的理解與計(jì)算【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1求解有效值的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2幾種典型交變電流的有效值【提升·必考題型歸納】考向交變電流有效值的求解考點(diǎn)三交變電流“四值”的理解和應(yīng)用【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)交變電流“四值”的比較【提升·必考題型歸納】考向1交變電流的最大值考向2交變電流的瞬時(shí)值考向3交變電流的有效值考向4交變電流的平均值真題感悟理解和掌握交變電流的產(chǎn)生規(guī)律。理解和掌握交變電流的四值問(wèn)題?？键c(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析（1）交變電流的產(chǎn)生（2）交變電流的四值問(wèn)題2023年湖南卷第9題2022年海南卷第5題2021年江蘇卷第12題高考對(duì)交變電流的產(chǎn)生和描述的單獨(dú)考查不是特別的頻繁，大多與變壓器類(lèi)的高考題相結(jié)合，一并考查，難度上不是太大。考點(diǎn)一交變電流的產(chǎn)生規(guī)律知識(shí)點(diǎn)1正弦式交變電流的產(chǎn)生(1)線(xiàn)圈繞垂直于磁場(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(xiàn)圈平面與中性面重合時(shí)，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)l(fā)生改變。②線(xiàn)圈平面與中性面垂直時(shí)，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變。(3)電流方向的改變：線(xiàn)圈通過(guò)中性面時(shí)，電流方向發(fā)生改變，一個(gè)周期內(nèi)線(xiàn)圈兩次通過(guò)中性面，因此電流的方向改變兩次。(4)交變電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBSω，與轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān)，與線(xiàn)圈形狀無(wú)關(guān)。知識(shí)點(diǎn)2交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式(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＝nBSω求出相應(yīng)峰值。(2)明確線(xiàn)圈的初始位置，找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。如：①線(xiàn)圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則it圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imsinωt。②線(xiàn)圈在垂直于中性面的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則it圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imcosωt?？枷?有關(guān)中性面的問(wèn)題1．如圖所示，過(guò)程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖，線(xiàn)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(dǎo)體制成的兩個(gè)電刷分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路連接，線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，線(xiàn)圈中最大電流為，以下說(shuō)法正確的是（）

A．圖（a）中，線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)垂直，磁通量變化率為零B．從圖（b）開(kāi)始計(jì)時(shí)，線(xiàn)圈中電流隨時(shí)間t變化的關(guān)系式C．當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到圖（c）位置時(shí)，感應(yīng)電流最小，且電流改變方向D．當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到圖（d）位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，ab邊電流方向?yàn)?．如圖1為小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場(chǎng)可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。線(xiàn)圈繞垂直于磁場(chǎng)的水平軸沿逆時(shí)針?lè)较蛞越撬俣葎蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖2所示，下列結(jié)論正確的是（）

A．線(xiàn)圈從圖1所示位置轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)的時(shí)刻是圖2的計(jì)時(shí)0點(diǎn)B．線(xiàn)圈每經(jīng)過(guò)圖1所示位置1次，電流方向就改變1次C．若線(xiàn)圈的匝數(shù)為20，則電動(dòng)勢(shì)的最大值是D．若增大線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，則磁通量變化率的最大值增大考向2交變電流的圖像問(wèn)題3．如圖所示，單匝矩形線(xiàn)圈的左半部分放在具有理想邊界（圖中虛線(xiàn)）的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線(xiàn)圈中軸線(xiàn)與磁場(chǎng)邊界重合。若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，使線(xiàn)圈繞軸按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并規(guī)定電流方向沿為正方向，則線(xiàn)圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像正確的是（）

A．

B．

C．

D．

4．如圖甲所示，在水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，匝數(shù)為100匝的矩形線(xiàn)圈繞與線(xiàn)圈平面共面的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到某一位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，線(xiàn)圈中的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示。則下列說(shuō)法中正確的是（）A．時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零B．時(shí)，線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向夾角為30°C．瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化關(guān)系為D．線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過(guò)程中，穿過(guò)線(xiàn)圈磁通量的最大值為考點(diǎn)二有效值的理解與計(jì)算知識(shí)點(diǎn)1求解有效值的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)1．計(jì)算有效值的根據(jù)是電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解。2．利用公式Q＝I2Rt和Q＝eq\f(U2,R)t可分別求得電流有效值和電壓有效值。知識(shí)點(diǎn)2幾種典型交變電流的有效值電流圖像有效值正弦式交變電流I＝eq\f(Im,\r(2))正弦半波電流I＝eq\f(Im,2)矩形脈沖電流I＝eq\r(\f(t0,T))Im非對(duì)稱(chēng)性交變電流I＝eq\r(\f(1,2)I\o\al(2,1)＋I(xiàn)\o\al(2,2))考向交變電流有效值的求解1．先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電，第一次燈泡兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，如圖甲所示；第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示。若甲、乙圖中的U0、T所表示的電壓、周期值是相同的，則以下說(shuō)法正確的是（）

A．第一次，燈泡兩端的電壓有效值是B．第一次，燈泡兩端的電壓有效值是C．第二次，燈泡兩端的電壓有效值是D．第二次，燈泡兩端的電壓有效值是2．在如圖所示的電路中，電阻和的阻值分別為、，若閉合開(kāi)關(guān)后，通過(guò)的交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為，則下列說(shuō)法正確的是（）

A．通過(guò)的電流的頻率為B．通過(guò)的電流的有效值為C．兩端電壓的有效值為D．的電功率為考點(diǎn)三交變電流“四值”的理解和應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)交變電流“四值”的比較物理含義重要關(guān)系適用情況瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e＝Emsinωte＝Emcosωt正弦形式，從中性面開(kāi)始余弦形式，從垂直中性面開(kāi)始峰值交變電流最大的瞬時(shí)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(yīng)等效的恒定電流值E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))(1)計(jì)算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量(如功率、熱量)(2)交流電表的測(cè)量值(3)電器設(shè)備的額定電壓、額定電流(4)保險(xiǎn)絲的熔斷電流平均值i-t圖像中圖線(xiàn)與時(shí)間軸所圍面積與時(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(guò)電路某截面的電荷量考向1交變電流的最大值1．如圖所示，空間中分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)有界磁場(chǎng)，EF是其左邊界，一面積為S的n匝圓形金屬線(xiàn)框垂直于磁場(chǎng)放置，圓形線(xiàn)圈的圓心O在EF上，線(xiàn)圈電阻為R，若線(xiàn)框以角速度ω繞EF勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則（

）

A．時(shí)，線(xiàn)框中的感應(yīng)電流最大B．0到時(shí)間內(nèi)，通過(guò)線(xiàn)框的電量為C．線(xiàn)框中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為nBsωD．線(xiàn)框中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的有效值為考向2交變電流的瞬時(shí)值2．圖甲為風(fēng)力發(fā)電機(jī)檢測(cè)電路的簡(jiǎn)易模型，在風(fēng)力作用下，風(fēng)葉帶動(dòng)與桿固連的永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵下方的檢測(cè)線(xiàn)圈與電壓傳感器相連，在某一風(fēng)速時(shí)，傳感器顯示如圖乙所示，則（）

A．磁鐵的轉(zhuǎn)速為B．線(xiàn)圈兩端電壓的有效值為C．交變電壓的表達(dá)式為D．由乙圖可知時(shí)，穿過(guò)檢測(cè)線(xiàn)圈的磁通量最大考向3交變電流的有效值3．利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦?，可以?duì)交變電流進(jìn)行整流，將交變電流變?yōu)橹绷?。一種簡(jiǎn)單的整流電路如圖甲所示，a、b為交變電流信號(hào)輸入端，D為半導(dǎo)體二極管，R為定值電阻。信號(hào)輸入后，電阻R兩端的電壓如圖乙所示，則下列說(shuō)法正確的是（）

A．交變電流的頻率為50HzB．R兩端電壓的有效值為VC．若電阻，則1min內(nèi)R產(chǎn)生的熱量為D．一個(gè)標(biāo)有“95V，30μF”的電容器并聯(lián)在電阻R兩端，可以正常工作考向4交變電流的平均值4．如圖所示，面積為、電阻為的單匝矩形閉合導(dǎo)線(xiàn)框處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為的垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中（邊右側(cè)沒(méi)有磁場(chǎng)）。若線(xiàn)框從圖示位置開(kāi)始繞與邊重合的豎直固定軸以角速度開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則線(xiàn)框旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）

A．線(xiàn)框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為B．線(xiàn)框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為C．線(xiàn)框中感應(yīng)電流的有效值為D．從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)某橫截面的電荷量為（2023年湖南卷高考真題）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(guò)皮帶傳動(dòng)（皮帶不打滑），半徑之比為，小輪與線(xiàn)圈固定在同一轉(zhuǎn)軸上。線(xiàn)圈是由漆包線(xiàn)繞制而成的邊長(zhǎng)為的正方形，共匝，總阻值為。磁體間磁場(chǎng)可視為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。大