本文格式為Word版，下載可任意編輯——《高考風(fēng)向標(biāo)》物理第11章交變電流電磁振蕩與電磁波第1講交第十一章交變電流電磁振蕩與電磁波

一、考綱要求內(nèi)容1．交變電流、交變電流的圖象2．正弦交變電流的函數(shù)表達式，峰值和有效值3．理想變壓器4．遠距離輸電5．變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場，電磁波及其傳播6．電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收7．電磁波譜要求ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠ說明二、知識網(wǎng)絡(luò)

第1講交變電流的產(chǎn)生和描述

★一、考情直播

1.考綱要求

考綱內(nèi)容1．交變電流、交變電流的圖象

2．正弦交變電流的函數(shù)表達式，峰值和有效值

能力要求

1．知道交變電流的產(chǎn)生及其原理

2．理解描述交變電流的物理量以及它們之間的關(guān)系、作用

3．把握交變電流的變化規(guī)律及表示方法

考向定位

新課標(biāo)考綱對本講知識均只做了Ⅰ級要求，較舊考綱而言降低了要求，原則上應(yīng)當(dāng)不會出現(xiàn)難題、偏題．舊考綱中“正弦交變電流的圖象〞在新考綱中表述為“交變電流的圖象〞，則為圖象命題拓展了空間．已刪除的考點是“電感器、電容器對交變電流的影響〞．

2．考點整合

考點1交變電流及其產(chǎn)生描述交變電流的物理量

1．交變電流：和都隨時間做周期性變化的電流即交變電流．

2．正（余）弦式交流電：交變電流的產(chǎn)生有好多形式．常見的正（余）弦式交變電流可由線圈在勻強磁場中繞磁感應(yīng)強度方向的軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生．若從中性面開始轉(zhuǎn)動則產(chǎn)生交變電流，從峰值面開始轉(zhuǎn)動則產(chǎn)生交變電流

3．中性面與峰值面：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動至線圈平面垂直于磁感線位置時，各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這個特定位置叫做．其特點是：與磁場方向垂直，線圈每次經(jīng)過該面感應(yīng)電流方向均發(fā)生改變．峰值面的特點是：磁通量為，但電動勢．

4．描述交變電流的“四值〞：

①瞬時值：e?，i?Imsin?t（從中性面開始計時）②峰值：Em?，Im?Em/R

③平均值：E?，I?ER④有效值：根據(jù)電流的定義。E?，I?Im/2（正、余弦交流電）5．周期和頻率：周期T?2?/?，頻率f?1/T，轉(zhuǎn)速n?f．

[特別提醒]：1．書寫交變電流的表達式，一定要注意初始平面是中性面還是峰值面．若從中性面開始，則為正弦函數(shù)，若從峰值面開始，則為余弦函數(shù)。

2．只有正弦式效流電的峰值與有效值才有2倍關(guān)系．

3．計算電量只能用平均值．而電容耐壓值對應(yīng)的是最大值．

[例1]（2023山東濱州）單匝矩形線圈abcd放在勻強磁場中，如下圖，ab=de=l1，ad=bc=l2，從圖示位置起以角速度?繞不同轉(zhuǎn)軸做勻速轉(zhuǎn)動，則（）A．以O(shè)O′為轉(zhuǎn)軸時，感應(yīng)電動勢e?Bl1l2?sin?tB．以O(shè)1O1′為轉(zhuǎn)軸時，感應(yīng)電動勢e?Bl1l2?sin?tC．以O(shè)O′為轉(zhuǎn)軸時，感應(yīng)電動勢e?Bl1l2?cos?t

D．以O(shè)O′為轉(zhuǎn)軸或以ab為轉(zhuǎn)軸時，感應(yīng)電動勢e?Bl1l2?sin(?t??2)

[解析]以O(shè)O′為轉(zhuǎn)軸時，圖示位置相當(dāng)于是峰值面，根據(jù)感應(yīng)電動勢的表達式e?Emcos?t可知e?Bl1l2?cos?t，則C對A錯。再根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可知D選項正確。若線圈以O(shè)1O1′為轉(zhuǎn)軸，則線圈磁通量變化始終為零，則感應(yīng)電動勢為零。

C、D

[規(guī)律總結(jié)]交變電流的產(chǎn)生與線圈平面初始位置有關(guān)，因此書寫表達式時首先要看清初始位置。若線圈平面與磁感應(yīng)強度方向平行，則不會有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。

[例2]交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子有n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，勻速轉(zhuǎn)動的角速度為ω，線圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R．當(dāng)線圈由圖13-1-1中實線位置第一次勻速轉(zhuǎn)動90°到達虛線位置過程中，求：⑴通過R的電荷量q為多少？⑵R上產(chǎn)生電熱QR為多少？⑶外力做的功W為多少？

[解析]⑴由電流的定義，計算電荷量應(yīng)當(dāng)用平均值：即q?It，而

I?En??nBS，故q?nBS．??R?rt?R?r?t?R?r?R?r⑵求電熱應(yīng)當(dāng)用有效值，先求總電熱Q，再依照內(nèi)外電阻之比求R上產(chǎn)生的電熱QR．

?E2?nBS??2???n2B2S2R??n2B2S2RQ?I(R?r)t????Q?，QR?2R?r2?2?R?r?2?4?R?r?R?r4?R?r?2

⑶根據(jù)能量守恒，外力做功的過程是機械能向電能轉(zhuǎn)化的過程，電流通過電阻，又將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即放出電熱．因此W?Q???n2B2S24?R?r?．

??n2B2S2??n2B2S2RnBS⑴q?⑵QR?⑶W?

4?R?r?R?r4?R?r?2[規(guī)律總結(jié)]要把握交變電流“四值〞的意義：計算電量只能用平均值．計算電功、電功

率、電熱等與熱效應(yīng)有關(guān)的量必需用有效值．而電壓表、電流表所能測量到的也是有效值．

考點2交變電流的圖象

1．根據(jù)圖象的意義，從圖象的縱坐標(biāo)軸上可以直接讀出交變電流的，從圖象的橫坐標(biāo)軸上可以直接讀出交變電流的，從而可推導(dǎo)角速度及頻率．

2．周期與角速度、頻率的關(guān)系是。交變電流的頻率與線圈的相等。3．圖象本身則表達了函數(shù)關(guān)系，反映了交變電流的瞬時變化關(guān)系，故圖線本身是書寫交變電流瞬時表達式的依據(jù)。

[例3]（2023佛山模擬）電阻為1Ω的矩形線圈繞垂直于磁場方向的軸，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖象如下圖．現(xiàn)把交流電加在電阻為9Ω的電熱絲上，以下判斷正確的是（）

A．線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω＝100rad/s

B．在t＝0.01s時刻，穿過線圈的磁通量最大

C．電熱絲兩端的電壓U?1002V

D．電熱絲此時的發(fā)熱功率P＝1800W

[解析]由圖可以看出該交變電流的周期T?0.02s，則角速度??2?2???100?T0.02rad/s，A錯。t＝0.01s時刻，電壓達到最大，則此時磁通量

變化率最大，磁通量為零，B錯。

電熱絲兩端電壓為路端電壓UR?R9U??(Um/2)V?902V，則C錯。根據(jù)電R?r9?12UR(902)2?W?1800W可知D正確。功率公式P?R9D

[規(guī)律總結(jié)]弄清圖象與瞬時表達式的關(guān)系是處理圖象問題的要點此外，由圖象直接可以看出周期與峰值。要注意交變電動勢、電流實際上還是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，取決于磁通量的變化率，因此，與磁通量、磁感應(yīng)強度的圖象是互余的關(guān)系。

★高考重點熱點題型探究

熱點1交變電流的圖象

[真題1]（2023廣東高考）小型交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動。產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如下圖，此線圈與一個R＝10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的其他電阻，以下說法正確的是（）e/V20A．交變電流的周期為0.125

0－200.1250.250t/sB．交變電流的頻率為8HzC．交變電流的有效值為2A

D．交變電流的最大值為4A

[解析]由e－t圖像可知，交變電流電流的周期為0.25s，故頻率為4Hz，選項A、B錯誤。根據(jù)歐姆定律可知交變電流的最大值為2A，故有效值為2A，選項C正確。C

[名師指引]用交變電流的圖象能夠較全面的考察描述交變電流和各物理量，還可以結(jié)合交變電流的產(chǎn)生、變壓器、電阻定律等命題，因此倍受命題專家的青睞。遇到此類問題，考生應(yīng)盡量先寫出交變電流的表達式，然后才進一步作答。

[新題導(dǎo)練]（2023廣州天河區(qū)模擬）矩形金屬線圈共10匝，繞垂直磁場方向的轉(zhuǎn)軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生的交流電動勢e隨時間t變化的狀況如圖2所示.以下說法中正確的是（）e/VA.此交流電的頻率為0.2HzB.此交流電動勢的有效值為1VC.t=0.1s時，線圈平面與磁場方向平行

D.線圈在轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的最大磁通量為1Wb

100?

1O-10.10.20.3t/s

圖2★搶分頻道

限時基礎(chǔ)訓(xùn)練卷

1．如下圖，一單匝閉合線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動過程線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值為e=0.5sin20t(V)，由該表達式可推知以下哪些物理量？

A．勻強磁場的磁感應(yīng)強度B．線框的面積

C．穿過線框的磁通量的最大值D．線框轉(zhuǎn)動的角速度

2．如圖甲，單匝矩形線圈的一半放在具有理想邊界的勻強磁場中，線圈軸線OO′與磁場邊界重合，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動，t=0時刻線圈平面與磁場方向垂直，規(guī)定電流方向沿abcda為正方向，則線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時間變化的圖象是圖乙中的哪一個？（）

3．（2023廣州越秀區(qū)）某交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間的關(guān)系如下圖．假使此線圈和一個R＝l00Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的其它電阻，以下說法中正確的是（）

A．交變電流的周期為0.04s

B．電阻R兩端的最大電壓是l002V

C．交變電流的有效值為1AD．交變電流的最大值為1A4．（2023肇慶二模）一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電動勢為

e?2202sin100?t.關(guān)于這個交變電流,以下說法中正確的是()

A.交變電流的頻率為100HzB.電動勢的有效值為220VC.電動勢的峰值約為311VD.t=0時,線圈平面與中性面垂直

5．電阻R1、R2交流電源依照圖13-1-15甲所示方式連接，R1＝10Ω，R2＝20Ω．合上開關(guān)后S后，通過電阻R2的正弦交變電流i隨時間t變化的狀況如圖13-1-15乙所示．則()

A．通過R1的電流的有效值是1.2AB．R1兩端的電壓有效值是6V

C．通過R2的電流的有效值是1.22AD．R2兩端的電壓有效值是62V

6.（2023山東煙臺）把一只電熱器接到100V的直流電源上時，在時間t內(nèi)能產(chǎn)生熱量Q，若將它接到u=100sinωt（V）的交流電源上，仍要產(chǎn)生熱量Q，則所需的時間為()A.tB.2tC.2tD.4t

7．長為a、寬為b的矩形線框有n匝，每匝線圈電阻為R如下圖，對稱軸MN的左側(cè)個在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，第一次將線框從磁場中以速度v勻速拉出；其次次讓線框以??2v/b的角速度轉(zhuǎn)過90°角那么（）A．通過導(dǎo)線橫截面的電量q1：q2=1：n

B．通過導(dǎo)線橫截面的電量q1：q2=1：1C．線框發(fā)熱功率P1：P2=2n：1

D．線框發(fā)熱功率P1：P2=2：18．（2023茂名一模）如圖表示一交變電流隨時間而