考情分析生活實踐類發(fā)電機、變壓器、遠距離輸電、無線充電、家用和工業(yè)電路、家用電器、雷達、射電望遠鏡、X射線管、電子秤、煙霧報警器等學習探究類探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系，探究家用小型發(fā)電機的原理，探究負載增加對供電系統(tǒng)的影響、電磁振蕩、利用傳感器制作簡單的自動控制裝置第71課時交變電流的產生和描述目標要求1.理解正弦式交變電流的產生過程，能正確書寫交變電流的函數(shù)表達式。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物理量，會計算交變電流的有效值。4.知道交流電“四值”在具體情況下的應用。考點一正弦式交變電流的產生及變化規(guī)律1.產生在勻強磁場中線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動。2.兩個特殊位置的特點(1)線圈平面轉到中性面時，S⊥B，Φ最大，ΔΦΔt=0，e=0，i(2)線圈平面與中性面垂直時，S∥B，Φ=0，ΔΦΔt最大，e最大，i3.一個周期內線圈中電流的方向改變兩次。4.描述交變電流的物理量(1)最大值Em=NBSω，與轉軸位置無關，與線圈形狀無關(后兩個填空均選填“有關”或“無關”)。(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間。單位是秒(s)，公式T=2πω②頻率(f)：交變電流在單位時間內完成周期性變化的次數(shù)。單位是赫茲(Hz)。③周期和頻率的關系：T=1f或f=11.矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動時，一定會產生正弦式交變電流。（×）2.線圈在磁場中轉動的過程中穿過線圈的磁通量最大時，產生的感應電動勢也最大。（×）3.線圈經過中性面時，感應電動勢為零，感應電流方向發(fā)生改變。（√）4.當線圈從垂直中性面開始計時，產生的電動勢按正弦規(guī)律變化，即e=Emsinωt。（×）(2023·遼寧卷·4)如圖，空間中存在水平向右的勻強磁場，一導體棒繞固定的豎直軸OP在磁場中勻速轉動，且始終平行于OP。導體棒兩端的電勢差u隨時間t變化的圖像可能正確的是()答案C解析如圖所示，導體棒勻速轉動，設速度為v，設導體棒從A到B的過程中，棒轉過的角度為θ，則導體棒垂直磁感線方向的分速度為v⊥=vcosθ，可知導體棒垂直磁感線的分速度為余弦變化，根據(jù)左手定則可知，導體棒經過B點和B點關于P點的對稱點時，電流方向不同，根據(jù)u=BLv⊥可知，導體棒兩端的電勢差u隨時間t變化的圖像為余弦圖像，故選C。例1為研究交變電流產生的規(guī)律，某研究小組把長60m導線繞制成N=100匝的矩形閉合線圈，如圖所示。現(xiàn)把線圈放到磁感應強度大小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'轉動。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，感應電流達到最大值C.當bc=2ab時，感應電動勢的瞬時值表達式為e=2πsin10πt(V)D.1s內電流方向變化10次答案D解析t=0時，線圈位于與中性面垂直的位置，故A錯誤；線圈轉動的周期為T=2πω=0.2s，t=0.05s時，線圈轉過90°，到達中性面位置，此時磁通量最大，感應電流為零，故B錯誤；感應電動勢最大值為Em0=NBS0ω，S0=ab·bc，N(ab+bc)×2=60m，2ab=bc，聯(lián)立可得Em0=2πV，線圈從題圖位置(平行于磁場方向)開始轉動，因此感應電動勢的瞬時值表達式為e=2πcos10πt(V)，故C錯誤；一個周期內電流方向改變兩次，1s=5T，則1s內電流方向變化10次，故D拓展在例1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時的感應電動勢隨時間變化的圖像(已知bc=2ab)。(3)當ab=ad時，寫出線圈從中性面開始轉動的感應電動勢的瞬時值表達式。答案(1)0~0.05s過程中，穿過線圈的磁通量逐漸增大，磁通量變化率逐漸減小。(2)(3)1匝線圈周長為0.6m，ab=ad時，邊長L=0.15m，Em=NBL2ω=2.25π(V)，得e=Emsinωt=2.25πsin10πt(V)。書寫交變電流瞬時值表達式的技巧1.確定正弦交變電流的峰值：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時，則i-t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達式為i=Imsinωt。(2)若線圈從垂直中性面位置開始計時，則i-t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達式為i=Imcosωt。考點二交變電流的四值及應用物理量物理含義重要關系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e=Emsinωti=Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值Em=NBSωIm=E討論電容器的擊穿電壓平均值交變電流圖像中圖線與時間軸所圍的面積與時間的比值E=NΔΦI=E計算通過導線橫截面的電荷量有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值E=EU=UI=I適用于正(余)弦式交變電流(1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)(2)電氣設備“銘牌”上所標的值(如額定電壓、額定電流等)(3)計算與電流的熱效應有關的量(如電功、電功率、電熱、保險絲的熔斷電流等)(4)沒有特別加以說明的1.交流電壓表和電流表測量的是交流電的峰值。（×）2.可以用平均值計算交變電流產生的熱量。（×）3.求通過導體橫截面的電荷量q=It，其中的I指的是有效值。（×）4.交變電流電動勢最大值Em和有效值E之間的關系式E=Em2僅適用于正弦式交流電。（例2(多選)(2021·浙江1月選考·16)發(fā)電機的示意圖如圖甲所示，邊長為L的正方形金屬框，在磁感應強度為B的勻強磁場中以恒定角速度繞OO'軸轉動，阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示。其它電阻不計，圖乙中的Um為已知量。則金屬框轉動一周()A.框內電流方向不變B.電動勢的最大值為UmC.流過電阻的電荷量q=2D.電阻產生的焦耳熱Q=π答案BD解析金屬框轉動一周電流方向改變兩次，A項錯誤；因除電阻R外其它電阻不計，R兩端電壓就等于電動勢，所以電動勢最大值為Um，B項正確；金屬框轉動一周，穿過金屬框的磁通量的變化量為零，故由q=ΔΦR知q=0，C項錯誤；電阻R兩端的電壓的有效值U=Um2，Um=BL2ω，T=2πω，又Q=U2RT拓展(1)若用交流電壓表測量電阻R兩端電壓，則電壓表的示數(shù)為。

(2)若金屬框匝數(shù)為n，轉動角速度為ω，金屬框的電阻也為R，則從圖甲位置開始，轉動180°的過程中，金屬框中產生的焦耳熱為，除安培力以外的力對金屬框做的功為。

答案(1)Um2(2)n解析(1)交流電壓表示數(shù)為電壓有效值E=U(2)轉動180°的過程中，金屬框產生的焦耳熱Q內=(nBSω2×2R)2·R·πω例3一個U形金屬線框在兩勻強磁場中繞OO'軸以相同的角速度勻速轉動，通過導線給同一電阻R供電，如圖甲、乙所示。甲圖中OO'軸右側有磁場，乙圖中整個空間均有磁場，兩圖中磁場的磁感應強度相同。(1)分別畫出一個周期甲、乙兩種情形下感應電流隨時間變化的圖像(從圖示位置開始計時)。(2)甲、乙兩圖中理想電流表的示數(shù)之比為。

A.1∶2 B.1∶2C.1∶4 D.1∶1答案(1)見解析圖(2)A解析(1)題圖甲中OO'軸的右側有磁場，所以線框只在半個周期內有感應電流產生，感應電流隨時間變化的圖像如圖(a)；題圖乙中整個空間均有磁場，線框中產生的感應電流隨時間變化的圖像如圖(b)。(2)交流電流表測的是有效值，圖(a)：由(BSω2R)2·R·T2=I2RT，得圖(b)：I'=BSω2R，故I∶I'=1∶2，有效值的計算1.計算有