第十三章　第1課時(shí)　交變電流的產(chǎn)生和描述-2025年高中物理大一輪復(fù)習(xí)

考情分析試題情境生活實(shí)踐類發(fā)電機(jī)、變壓器、遠(yuǎn)距離輸電、無線充電、家用和工業(yè)電路、家用電器、雷達(dá)、射電望遠(yuǎn)鏡、X射線管、電子秤、煙霧報(bào)警器等學(xué)習(xí)探究類探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，探究家用小型發(fā)電機(jī)的原理，探究負(fù)載增加對(duì)供電系統(tǒng)的影響、電磁振蕩、利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置第1課時(shí)交變電流的產(chǎn)生和描述目標(biāo)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(dá)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(gè)物理量，會(huì)計(jì)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(yīng)用?？键c(diǎn)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(qiáng)磁場(chǎng)中線圈繞________________磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。2．交流電產(chǎn)生過程中的兩個(gè)特殊位置圖示概念中性面位置與中性面垂直的位置特點(diǎn)B⊥SB∥SΦ＝BS，磁通量最____，eq\f(ΔΦ,Δt)＝______Φ＝0，磁通量最______e＝________e＝______＝______，電動(dòng)勢(shì)最________感應(yīng)電流i＝0，方向________感應(yīng)電流最________，方向________一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變__________次，在________位置改變3.正弦式交變電流的圖像(線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí))物理量函數(shù)表達(dá)式圖像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動(dòng)勢(shì)e＝________＝________電流i＝________＝________(外電路為純電阻電路)電壓u＝________＝________(外電路為純電阻電路)4.描述交變電流的物理量(1)最大值Em＝________，與轉(zhuǎn)軸位置________，與線圈形狀____________(后兩個(gè)空均選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。(2)周期和頻率①周期(T)：交變電流完成______________變化所需的時(shí)間。單位是秒(s)，公式T＝eq\f(2π,ω)。②頻率(f)：交變電流在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的________。單位是赫茲(Hz)。③周期和頻率的關(guān)系：T＝________________或f＝________。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．線圈經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，感應(yīng)電流方向發(fā)生改變。()4．當(dāng)從線圈垂直中性面位置開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)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(qiáng)磁場(chǎng)，一導(dǎo)體棒繞固定的豎直軸OP在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且始終平行于OP。導(dǎo)體棒兩端的電勢(shì)差u隨時(shí)間t變化的圖像可能正確的是()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(dǎo)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(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)的瞬時(shí)值表達(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？(2)畫出從圖示位置開始計(jì)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像(已知bc＝2ab)。(3)當(dāng)ab＝ad時(shí)，寫出線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)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(yīng)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(jì)時(shí)，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imsinωt。(2)若線圈從垂直中性面位置開始計(jì)時(shí)，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imcosωt。考點(diǎn)二交變電流的四值及應(yīng)用物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值Em＝NBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)(外電路為純電阻電路)討論電容器的________電壓平均值交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所圍的面積與時(shí)間的比值eq\x\to(E)＝Neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)(外電路為純電阻電路)計(jì)算通過導(dǎo)線橫截面的________有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))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(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的值(如額定電壓、額定電流等)(3)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱、保險(xiǎn)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(cè)量的是交流電的峰值。()2．可以用平均值計(jì)算交變電流產(chǎn)生的熱量。()3．求通過導(dǎo)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eq\r(2)倍關(guān)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(jī)的示意圖如圖甲所示，邊長為L的正方形金屬框，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定角速度繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示。其他電阻不計(jì)，圖乙中的Um為已知量。則金屬框轉(zhuǎn)動(dòng)一周()A．框內(nèi)電流方向不變B．電動(dòng)勢(shì)的最大值為UmC．流過電阻的電荷量q＝eq\f(2BL2,R)D．電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q＝eq\f(πUmBL2,R)拓展(1)若用交流電壓表測(cè)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(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω，金屬框的電阻也為R，則從圖甲位置開始，轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)金屬框做的功為__________________。例4一個(gè)U形金屬線框在兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過導(dǎo)線給同一電阻R供電，如圖甲、乙所示。甲圖中OO′軸右側(cè)有磁場(chǎng)，乙圖中整個(gè)空間均有磁場(chǎng)，兩圖中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同。(1)分別畫出一個(gè)周期甲、乙兩種情形下感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像(從圖示位置開始計(jì)時(shí))。(2)甲、乙兩圖中理想電流表的示數(shù)之比為________。A．1∶eq\r(2)B．1∶2C．1∶4D．1∶1有效值的計(jì)算1．計(jì)算有效值時(shí)要根據(jù)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”，先分段計(jì)算熱量，求和