高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生及其描述第十二章2026內(nèi)容索引0102強基礎(chǔ)增分策略增素能精準突破【課程標準】

1.通過實驗,認識交變電流。能用公式和圖像描述正弦式交變電流。2.了解發(fā)電機和電動機工作過程中的能量轉(zhuǎn)化。認識電磁學(xué)在人類生活和社會發(fā)展中的作用。3.通過實驗,探究并了解變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。了解從變電站到用戶的輸電過程,知道遠距離輸電時用高電壓的道理【核心素養(yǎng)】

【試題情境】

【考向預(yù)測】

生活實踐類家用和工業(yè)電路、家用電器、磁電式電流表、發(fā)電機、變壓器、遠距離輸電、無線充電學(xué)習(xí)探索類探究變壓器原、副線圈電壓關(guān)系問題,傳感器的簡單應(yīng)用等本章內(nèi)容屬于高考考查的熱點,基本都是選擇題,有時出現(xiàn)在與電場綜合的壓軸題中?？疾榈木唧w內(nèi)容主要包括以下幾個方面:①交變電流的圖像及“四值”問題;②理想變壓器理解和應(yīng)用;③理想變壓器及遠距離輸電與交變電流的產(chǎn)生、交變電流的圖像、電容器或二極管等結(jié)合問題強基礎(chǔ)增分策略一、正弦式交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1.產(chǎn)生如圖所示,在勻強磁場里,線圈繞

方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時,可產(chǎn)生正弦式交變電流,簡稱正弦式電流。

垂直于磁場2.中性面及其特點(1)定義:與磁場方向

的平面。

(2)特點①線圈位于中性面時,穿過線圈的磁通量

,磁通量的變化率為

,感應(yīng)電動勢為

。

②線圈轉(zhuǎn)動一周,

次經(jīng)過中性面,線圈每經(jīng)過中性面一次,電流的方向就改變一次。

垂直最大零零23.圖像用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律,如果線圈從中性面位置開始計時,其圖像為

曲線,如圖所示。

正弦Em僅由N、B、S、ω四個量決定,與軸的具體位置和線圈的形狀都無關(guān)4.變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)(1)電動勢e隨時間變化的規(guī)律:e=

。

(2)電壓u隨時間變化的規(guī)律:u=

。

(3)電流i隨時間變化的規(guī)律:i=

。

其中ω是線圈轉(zhuǎn)動的

,Em=

。

易錯辨析

(1)交變電流的主要特征是電流的方向隨時間周期性變化。(

)(2)大小變化而方向不變的電流也叫交變電流。(

)(3)線圈經(jīng)過中性面時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大。(

)(4)在一個周期內(nèi),正弦式交變電流的方向改變兩次。(

)Emsin

ωtUmsin

ωtImsin

ωt角速度

NBSω√××√應(yīng)用提升1.右圖是一臺發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖,其中N、S是永久磁體的兩個磁極,它們的表面呈半圓柱面形狀。M是圓柱形鐵芯,它與磁極的柱面共軸,鐵芯上有一矩形線框,可繞與鐵芯M共軸的固定轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑、大小近似均勻的磁場。若從圖示位置開始計時,當(dāng)線框繞固定轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動時,下列圖像能正確反映線框中感應(yīng)電動勢e隨時間t變化規(guī)律的是(

)答案

D解析

因發(fā)電機的兩個磁極N、S呈半圓柱面形狀,磁極間的磁感線如圖所示,磁感應(yīng)強度的大小不變,僅方向發(fā)生改變,故線框在磁場中轉(zhuǎn)動時垂直切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小不變,線框越過空隙后,由于線框切割磁感線方向發(fā)生變化,所以感應(yīng)電動勢的方向發(fā)生變化,綜上所述,D正確。二、描述交變電流的物理量1.周期和頻率(1)周期(T):交變電流完成

變化所需的時間,即線圈

所需的時間,單位是

,公式

。

(2)頻率(f):交變電流在

的次數(shù),單位是

。

2.交變電流的周期和頻率的關(guān)系T=

。

一次周期性轉(zhuǎn)一周秒(s)單位時間內(nèi)完成周期性變化赫茲(Hz)3.交變電流的“四值”(1)瞬時值:交變電流某一時刻的值,是時間的函數(shù)。(2)峰值:交變電流(電流、電壓或電動勢)所能達到的最大的值。(3)有效值:跟交變電流的

等效的

電流的值叫作交變電流的有效值。對正弦式交變電流,其有效值和峰值的關(guān)系為E=

,U=

,I=

。

不同時間內(nèi)的平均值一般不同(4)平均值:用E=

來計算。

易錯辨析

(5)最大值和有效值之間的

倍關(guān)系只適用于正弦式交變電流。(

)(6)交流電壓表及交流電流表的讀數(shù)均為峰值。(

)熱效應(yīng)恒定√×應(yīng)用提升2.(多選)(2024新課標卷)電動汽車制動時可利用車輪轉(zhuǎn)動將其動能轉(zhuǎn)換成電能儲存起來。車輪轉(zhuǎn)動時帶動磁極繞固定的線圈旋轉(zhuǎn),在線圈中產(chǎn)生電流。磁極勻速轉(zhuǎn)動的某瞬間,磁場方向恰與線圈平面垂直,如圖所示。將兩磁極間的磁場視為勻強磁場,則磁極再轉(zhuǎn)過90°時,線圈中(

)A.電流最小B.電流最大C.電流方向由P指向QD.電流方向由Q指向PBD解析

開始時線圈處于中性面,這時電流最小,再轉(zhuǎn)過90°,電流最大,選項A錯誤,B正確。由楞次定律和安培定則可得,磁極再轉(zhuǎn)過90°時,線圈中的電流方向由Q指向P,選項D正確,C錯誤。3.(人教版教材選擇性必修第二冊P55“思考與討論”改編)某交變電流的i-t圖像如圖所示,則其電流的有效值為(

)答案

C增素能精準突破考點一交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律[自主探究]1.變化規(guī)律(線圈從中性面位置開始計時)2.兩個特殊位置及其特點

【對點演練】1.(2023廣西柳州模擬)為研究交變電流產(chǎn)生的規(guī)律,某研究小組把長60m的導(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)強度大小B=0.1T、方向水平向右的勻強磁場中,線圈可以繞其對稱軸OO'轉(zhuǎn)動?，F(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,下列說法正確的有(

)A.t=0時,線圈位于中性面位置B.t=0.05s時,感應(yīng)電流達到最大值C.當(dāng)bc=2ab時,感應(yīng)電動勢的表達式為E=2πsin10πt(V)D.當(dāng)ab=ad時,感應(yīng)電動勢的有效值最大D解析

t=0時,線圈位于與中性面垂直的位置,故A錯誤。線圈的周期為T==0.2

s,t=0.05

s時,線圈轉(zhuǎn)過90°,到達中性面位置,此時穿過的磁通量最大,感應(yīng)電流為零,故B錯誤。電動勢最大值為Em0=NBS0ω,S0=ab·bc,N(ab+bc)×2=60

m,2ab=bc,聯(lián)立可得Em0=2π(V),線圈從題中圖示位置(平行于磁場方向)開始轉(zhuǎn)動,因此感應(yīng)電動勢的表達式為E=2πcos

10πt

(V),故C錯誤。線圈周長為0.6

m,當(dāng)ab=ad時,邊長相等,此時線圈面積最大,Em=NBSω,則感應(yīng)電動勢最大,即感應(yīng)電動勢的有效值最大,故D正確。

C

考點二有效值的理解與計算[師生共研]方法規(guī)

律適

用公式法只適用于正弦式交變電流定義法計算時“相同時間”取一個周期或周期的整數(shù)倍非正弦式交變電流能量關(guān)系能量守恒定律以上方法不能解決的問題

甲乙B

考題點睛

考點考向點睛有效值問題規(guī)律:據(jù)電流的熱效應(yīng)計算有效值方法:等效替代法,取一個周期分段計算熱量得出有效值易錯:三角形脈沖交流電壓的峰值與有效值之間:Um≠U有【對點演練】3.(2023廣東實驗中學(xué)月考)如圖甲所示,為某品牌電熱毯的簡易電路,電熱絲的電阻為R=484Ω,現(xiàn)將其接在u=220sin100πt(V)的正弦交流電源上,電熱毯被加熱到一定溫度后,溫控裝置P使輸入電壓隨時間t的變化圖線變?yōu)閳D乙所示的波形,從而進入保溫狀態(tài),若電熱絲的電阻保持不變,則保溫狀態(tài)下,理想交流電壓表V的示數(shù)最接近下列哪一組數(shù)據(jù)(

)A.220V B.156VC.110V D.311VB

B

考點三交變電流“四值”的比較[名師破題]交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較

物理量物理含義重要關(guān)系應(yīng)用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e=Emsin

ωt,u=Umsin

ωt,i=Imsin

ωt計算線圈某時刻的受力情況峰值(最大值)最大的瞬時值Em=nBSω,Em=nΦmω,當(dāng)考慮某些電學(xué)元件(電容器、晶體管等)的擊穿電壓時,指的是交流電壓的最大值【典例突破】典例2.(多選)圖甲為旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖,多匝矩形線圈在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與可變電阻R連接,與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表,當(dāng)R=10Ω時電壓表示數(shù)是10V。已知線圈的內(nèi)阻為r=5Ω,圖乙是矩形線圈磁通量Φ隨時間t變化的圖像,則(

)A.可變電阻R消耗的電功率為10WB.穿過線圈磁通量的最大值為

WbC.R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u=14.1sin100πt(V)D.調(diào)節(jié)可變電阻R的大小,其消耗的最大電功率可以達到11.25WAD思路突破

(1)根據(jù)“當(dāng)R=10

Ω時電壓表示數(shù)是10

V”計算電阻R消耗的功率;根據(jù)閉合電路歐姆定律計算交流電源的電動勢的有效值,然后計算最大值;由圖乙得出角速度。(2)當(dāng)R=r時可變電阻消耗的功