高考物理一輪復(fù)習(xí)講義專題14.1　交變電流的產(chǎn)生和描述（原卷版）

專題14.1交變電流的產(chǎn)生和描述【講】【講核心素養(yǎng)】1.物理觀念：①理解交變電流的產(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象的意義.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.2.科學(xué)思維：“圖象法”“等效法”。3.科學(xué)態(tài)度：認(rèn)識電磁學(xué)在人類生活和社會(huì)發(fā)展中的作用。【講考點(diǎn)題型】【知識點(diǎn)一】正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1．交變電流(1)定義：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流。(2)按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流。(3)一個(gè)周期內(nèi)線圈中電流的方向改變兩次.2.描述交變電流的物理量(1)最大值Em＝NBSω，與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，與線圈形狀無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”).(2)周期和頻率①周期(T)：交變電流完成一次周期性變化所需的時(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)完成周期性變化的次數(shù).單位是赫茲(Hz).③周期和頻率的關(guān)系：T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T).3．正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))(1)電動(dòng)勢e隨時(shí)間變化的規(guī)律：e＝Emsin_ωt。(2)負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律：u＝Umsin_ωt。(3)電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律：i＝Imsin_ωt。其中ω等于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，Em＝nBSω。4．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，最大Φ＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝nBSω，最大感應(yīng)電流為零，方向改變感應(yīng)電流最大，方向不變5.正弦式交變電流的變化規(guī)律如圖磁通量：Φ＝Φmcosωt；電動(dòng)勢：e＝Emsinωt；電流：i＝Imsinωt。【例1】（多選）（2022·山東聊城一中高三開學(xué)考試）如圖甲所示是一臺交流發(fā)電機(jī)構(gòu)造示意圖，產(chǎn)生交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示．發(fā)電機(jī)線圈電阻為SKIPIF1<0，外接電阻為SKIPIF1<0，其它電阻不計(jì)，則（??）A．電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為SKIPIF1<0B．理想電壓表的示數(shù)為SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0時(shí)刻，電路中電流的瞬時(shí)值為SKIPIF1<0D．該線圈磁通量變化率的最大值為SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念和科學(xué)思維?！咀兪接?xùn)練1】（2022·四川省成都市武侯高級中學(xué)模擬預(yù)測）如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場中，閉合線框繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線框產(chǎn)生的交變電流SKIPIF1<0隨時(shí)間SKIPIF1<0變化的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．交變電流的有效值為SKIPIF1<0B．交變電流的周期為SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0時(shí)穿過線框的磁通量為零D．線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為SKIPIF1<0【技巧總結(jié)】1、求解正弦式交變電流的三點(diǎn)注意(1)只有當(dāng)線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式才是正弦形式．(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S為有效面積．(3)轉(zhuǎn)軸相對線圈的位置改變，或線圈的形狀改變時(shí)，電動(dòng)勢的最大值仍可由Em＝nBSω計(jì)算．2、書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的技巧(1)確定正弦交變電流的峰值：根據(jù)已知圖象讀出或由公式Em＝NBSω求出相應(yīng)峰值.(2)明確線圈的初始位置：①線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imsinωt.②線【知識點(diǎn)二】交變電流的有效值1．利用公式法計(jì)算利用E＝eq\f(Em,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))、I＝eq\f(Im,\r(2))計(jì)算，只適用于正(余)弦式交變電流．2．利用有效值的定義計(jì)算(非正弦式電流)計(jì)算時(shí)“相同時(shí)間”至少取一個(gè)周期或周期的整數(shù)倍．3．利用能量關(guān)系計(jì)算當(dāng)有電能和其他形式的能轉(zhuǎn)化時(shí)，可利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來求有效值．4．幾種典型交變電流的有效值【例2】（2022·山西呂梁·二模）將有效值為220V，頻率為50Hz的正弦交流電通過一信號發(fā)生設(shè)備后，其電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，其有效值與原交流電有效值的比值為（）A．1∶2 B．1∶3 C．1∶4 D．1∶5【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維?！咀兪接?xùn)練2】（多選）（2022·重慶市江津第八中學(xué)校模擬預(yù)測）有一種家用電器工作原理圖如圖甲所示，當(dāng)電阻絲接在正弦式交流電源（如圖乙）上后，電阻絲開始加熱，當(dāng)其溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，自動(dòng)恒溫裝置啟動(dòng)，使電阻絲所接電壓如圖丙所示變化，從而進(jìn)入恒溫狀態(tài)。則當(dāng)自動(dòng)恒溫裝置啟動(dòng)后（）A．電阻絲所接交變電壓的頻率變?yōu)樵瓉淼囊话隑．電壓表的示數(shù)大約是原來的0.7倍C．電壓表的示數(shù)大約是原來的0.5倍D．電阻絲的功率變?yōu)樵瓉淼囊话搿炯记煽偨Y(jié)】計(jì)算交變電流有效值的方法(1)分段計(jì)算電熱，然后求和得出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量．(2)利用兩個(gè)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．(3)若圖象部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的eq\f(1,4)(但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(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系I＝eq\f(Im,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))求解．【知識點(diǎn)三】交變電流“四值”的理解與應(yīng)用交變電流“四值”的比較物理量重要關(guān)系適用情況及說明瞬時(shí)值e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)討論電容器的擊穿電壓有效值E＝eq\f(Em,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，I＝eq\f(Im,\r(2))(只適用于正弦式交變電流)(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流(4)交流電表的讀數(shù)平均值eq\x\to(E)＝BLeq\x\to(v)eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計(jì)算通過電路截面的電荷量【例3】（多選）（2022·遼寧·模擬預(yù)測）2021年6月28日，“國之重器”金沙江白鶴灘水電站首批機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電。近些年中國大力發(fā)展水電，既有助于減輕國家能源危機(jī)，又有利于減小碳排放。如圖甲是一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖，圖乙是該發(fā)電機(jī)的電路圖，圖中發(fā)電機(jī)的線圈為單匝線圈，其內(nèi)阻為SKIPIF1<0，外接一只電阻為SKIPIF1<0的燈泡（阻值恒定），下列說法正確的是（）A．電壓表的示數(shù)最大值為SKIPIF1<0B．在0~1s的過程中，燈泡產(chǎn)生的熱量為95JC．在SKIPIF1<0時(shí)，通過線圈的磁通量最大D．在0.005~0.015s的過程中，通過線圈的電荷量為SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維?！咀兪接?xùn)練3】（2022·遼寧·東北育才學(xué)校模擬預(yù)測）線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈匝數(shù)SKIPIF1<0、面積SKIPIF1<0，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的圖像如圖所示。下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0時(shí)刻線圈平面與中性面平行B．穿過線圈的磁通量最大值為SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0時(shí)間內(nèi)，穿過線圈的磁通量在減少D．在SKIPIF