第1講交變電流的產(chǎn)生和描述核心素養(yǎng)重要考點(diǎn)物理觀念(1)理解交變電流、峰值、有效值的概念；(2)理解理想變壓器及其電壓比和電流比的規(guī)律1.交變電流、交變電流的圖像2.正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值3.理想變壓器4.遠(yuǎn)距離輸電5.傳感器的簡單使用科學(xué)思維(1)用等效法定義有效值和計(jì)算非正弦交變電流問題；(2)運(yùn)用推理的思維方法分析理想變壓器的動(dòng)態(tài)問題科學(xué)探究(1)探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系；(2)探究傳感器的簡單使用科學(xué)態(tài)度與責(zé)任了解交變電流、傳感器知識在生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1.交變電流.(1)定義：大小和方向隨時(shí)間做________變化的電流.

(2)圖像：下圖甲、乙、丙、丁所示都屬于交變電流，其中甲屬于________交變電流.

甲

乙丙丁周期性

正弦式

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(dòng).

(2)中性面.①定義：與磁場方向________的平面.

②特點(diǎn)：線圈位于中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量________，磁通量的變化率為________，感應(yīng)電動(dòng)勢為________.線圈每經(jīng)過中性面一次，電流的方向就改變一次.

(3)變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))①電動(dòng)勢(e)：e＝________.

②電壓(u)：u＝________.

③電流(i)：i＝________.

垂直于磁場

垂直

最大

零

零

EmsinωtUmsinωtImsinωt(4)圖像(如圖所示).甲

乙丙丁二、描述交變電流的物理量1.交變電流的周期和頻率的關(guān)系：T＝________.

最大值

相等

熱量

3.平均值：E＝________.

1.[交變電動(dòng)勢]下列各圖中面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其中能產(chǎn)生正弦式交變電動(dòng)勢e＝BSωsinωt的是(

)甲

乙丙丁【答案】A2.[正弦式交變電流]如圖所示，單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.01T，線圈長AB為20cm、寬AD為10cm、轉(zhuǎn)速n為50r/s，則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為(

)

A.1×10－2V B.3.14×10－2VC.2×10－2V D.6.28×10－2V【答案】D

【解析】感應(yīng)電動(dòng)勢最大值Em＝BSω＝BS·2πn＝6.28×10－2

V.

4.[交變電流有效值]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相等，且周期相等(如圖甲、乙所示).在正弦波形交變電流的一個(gè)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為(

)A.1∶1 B.2∶1C.1∶2 D.4∶3【答案】C

(3)電流方向的改變：線圈通過中性面時(shí)，電流方向發(fā)生改變，一個(gè)周期內(nèi)線圈兩次通過中性面，因此電流的方向改變兩次.(4)交變電動(dòng)勢的最大值Em＝nBSω，與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，與線圈形狀無關(guān).2.正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)，規(guī)定開始方向?yàn)檎?物理量函數(shù)表達(dá)式圖像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt

電動(dòng)勢e＝Emsinωt＝nBSωsinωt

電壓

電流

例1

(2022年廣東卷)如圖是簡化的某種旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)原理圖.定子是僅匝數(shù)n不同的兩線圈，n1＞n2，二者軸線在同一平面內(nèi)且相互垂直，兩線圈到其軸線交點(diǎn)O的距離相等，且均連接阻值為R的電阻，轉(zhuǎn)子是中心在O點(diǎn)的條形磁鐵，繞O點(diǎn)在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩線圈輸出正弦式交變電流.不計(jì)線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響，下列說法正確的是(

)A.兩線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢的有效值相等B.兩線圈產(chǎn)生的交變電流頻率相等C.兩線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢同時(shí)達(dá)到最大值D.兩電阻消耗的電功率相等【答案】B

1.(2022年廣州模擬)(多選)如圖是電動(dòng)充氣泵的結(jié)構(gòu)示意圖.其工作原理是：電磁鐵通入電流，彈簧片上下振動(dòng)，通過橡皮碗對氣室施加力的作用，達(dá)到充氣目的.當(dāng)電流從電磁鐵的a端流入時(shí)，小磁體被吸引而向下運(yùn)動(dòng)，則(

)A.小磁鐵的下端為S極B.小磁鐵的下端為N極C.a、b間接入的可能是交流電D.a、b間接入的可能是恒定電流【答案】BC

【解析】根據(jù)安培定則可得電磁鐵上端為S極；根據(jù)異名磁極相吸可得小磁鐵下端為N極，A錯(cuò)誤，B正確.用交流電可以讓電磁鐵上端的磁極交替變化，從而讓氣室不斷從外吸氣，對目標(biāo)充氣.如果用直流電，小磁鐵要么被吸引，要么被排斥遠(yuǎn)離，無法連續(xù)充氣，C正確，D錯(cuò)誤.

【答案】D

考點(diǎn)2

交變電流有效值的求解[能力考點(diǎn)]1.有效值的理解交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來定義的，讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，而這個(gè)恒定電流是I，電壓是U，我們就把I、U叫作這個(gè)交變電流的有效值.

[方法歸納]

幾種典型交變電流的有效值

電流名稱電流圖像有效值正弦式交變電流正弦半波電流

矩形脈沖電流

非對稱性交變電流

考點(diǎn)3

交變電流的四值[能力考點(diǎn)]1.交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較比較含義關(guān)系說明瞬時(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)值討論電容器的擊穿電壓比較含義關(guān)系說明有效值與交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值①計(jì)算電功、電功率、電熱等②設(shè)備“銘牌”一般是指有效值③保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值④交流電壓表和電流表的示數(shù)為有效值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)間的比值計(jì)算通過電路截面的電荷量

甲

乙

【答案】BD

導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中平動(dòng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中勻速平動(dòng)，但導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長度按正弦規(guī)律變化，則導(dǎo)體棒組成的閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中振動(dòng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中沿平行導(dǎo)軌平動(dòng)切割磁感線時(shí)，棒的速度按正弦規(guī)律變化，則棒中會(huì)產(chǎn)生正弦交變電流棒在不均勻磁場中平動(dòng)導(dǎo)體棒在磁場中勻速平動(dòng)切割磁感線，在棒的平動(dòng)方向上，磁場按照正弦規(guī)律變化，則棒中會(huì)產(chǎn)生正弦交變電流線圈處于周期性變化的磁場中閉合線圈垂直于勻強(qiáng)磁場，線圈靜止不動(dòng)，磁場按正弦規(guī)律做周期性變化，則線圈中會(huì)產(chǎn)生正弦交變電流例4

(2022年福建名校質(zhì)檢)(多選)在我國南海上有一浮桶式波浪發(fā)電燈塔，其原理如圖甲所示.浮桶內(nèi)的磁體通過支柱固定在暗礁上，浮桶內(nèi)置圓形線圈隨波浪相對磁體沿豎直方向做簡諧運(yùn)動(dòng)，其速度隨時(shí)間滿足v＝0.4πsinπt(單位：m/s)，且始終處于輻射磁場中，該線圈與阻值R＝15Ω的燈泡串聯(lián)；浮桶下部由內(nèi)、外兩密封圓筒構(gòu)成(俯視為圖乙中陰影部分)，其內(nèi)部為產(chǎn)生磁場的磁體；線圈匝數(shù)n＝200匝，線圈所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.1