簡潔實用高效第十三章交變電流電磁波傳感器第1講交變電流的產生和描述物理內容索引必備知識梳理關鍵能力提升第一部分第二部分考點一交變電流的產生及變化規(guī)律考點二交變電流有效值的求解0102考點三交變電流“四值”的理解和應用03課時作業(yè)第三部分課程標準備考策略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．知道遠距離輸電時通常采用高壓輸電的原因。3．了解發(fā)電機和電動機工作過程中的能量轉化。認識電磁學在人類生活和社會發(fā)展中的作用。4．知道非電學量轉換成電學量的技術意義。5．初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想，初步了解場的統(tǒng)一性與多樣性，體會物理學對統(tǒng)一性的追求。6．通過實驗，了解電磁振蕩。知道電磁波的發(fā)射、傳播和接收。7．認識電磁波譜。知道各個波段的電磁波的名稱、特征和典型應用。

實驗十五：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系。

實驗十六：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置1．熟記基礎知識，掌握交變電流的特點、圖像及規(guī)律；注重交變電流四值適用的條件，掌握求解四值的基本方法。2．掌握變壓器模型及遠距離輸電模型，能在熟悉的情境中應用物理模型，并對相關的物理問題進行分析和推理。3．知道電磁波的產生與發(fā)射及電磁波譜，關注電磁波與生產生活的聯(lián)系，注重聯(lián)系實際，能夠根據(jù)電磁理論的發(fā)展過程，了解科技對人類生活和社會發(fā)展的促進作用，培養(yǎng)科學素養(yǎng)必備知識梳理第分部一自主學習·基礎回扣1．交變電流(1)定義方向隨時間做__________的電流叫作交變電流，簡稱“交流”。(2)圖像如圖所示：圖_____________所示電流都屬于交變電流，圖__所示電流屬于恒定電流。周期性變化甲、乙、丙、丁戊2．正弦式交變電流的產生和變化規(guī)律(1)產生如圖所示，在勻強磁場里，線圈繞__________方向的軸勻速轉動時，可產生正弦式交變電流，簡稱“正弦式電流”。垂直于磁場

只有轉軸和磁場垂直時，才產生正弦式交變電流。(2)中性面及其特點①定義：與磁場方向____的平面。②特點：a．線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量____，磁通量的變化率為__，感應電動勢為__。b．線圈轉動一周，__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002(3)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(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等于線圈轉動的______，Em＝__________＝________。EmsinωtUmsinωtImsinωt角速度nBl1l2ωnBSω3．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，即線圈______所需要的時間，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系T＝__。一次周期性轉一周秒(s)單位時間內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，也叫最大值。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系為E＝__，U＝__，I＝__。④平均值：用E＝____來計算。熱效應恒定

教材鏈接·想一想

請仔細閱讀人教版教材選擇性必修第二冊P56“拓展學習”——電感器和電容器對交變電流的作用，回答下列問題。如圖所示，把電阻R、電感線圈L、電容器C分別串聯(lián)一個燈泡后，并聯(lián)接在交流電源的兩端，三盞燈亮度相同。怎樣才能使燈泡L1變亮、燈泡L2變暗？提示：與燈泡L1串聯(lián)的是電感線圈，要使燈泡L1變亮，應減小感抗，即減小f或L，或同時減小f和L；與燈泡L2串聯(lián)的是電容器，要使燈泡L2變暗，應增大容抗，即減小f或C，或同時減小f和C。1．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(jīng)過中性面時，感應電動勢為0，感應電流方向發(fā)生改變。(

)4．當線圈從垂直于中性面位置開始計時，產生的電動勢按正弦規(guī)律變化，即e＝Emsinωt。(

)5．交變電流的有效值就是一個周期內的平均值。(

)6．交流電壓表和交流電流表測量的是交流電的峰值。(

)7．通過導體橫截面的電荷量q＝It，其中的I指的是有效值。(

)概念辨析××√××××關鍵能力提升第分部二互動探究·考點精講考點一交變電流的產生及變化規(guī)律1．交變電流產生過程中的兩個特殊位置圖示位置中性面位置與中性面垂直的位置特點B⊥SB∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小2.交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)【典例1】

(多選)(2024·廣東清遠高三質檢)如圖甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉速繞與磁感線垂直的軸勻速轉動，產生的感應電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示，則下列說法正確的是(

)A．t＝0時，穿過線圈的磁通量均為零B．a表示的瞬時值表達式為u＝10sin5πtVC．a表示的交變電流的頻率為25HzBD交變電流圖像及瞬時值表達式的書寫思路(1)交變電流圖像的信息①確定交變電流的最大值(峰值)。②確定不同時刻交變電流的瞬時值。規(guī)律方法(2)書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路①確定正弦式交變電流的峰值，根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝nBSω求出。②明確線圈的初始位置，找出對應的函數(shù)關系式。1．(多選)(2024·新課標卷)電動汽車制動時可利用車輪轉動將其動能轉換成電能儲存起來。車輪轉動時帶動磁極繞固定的線圈旋轉，在線圈中產生電流。磁極勻速轉動的某瞬間，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P對點演練BD解析：如題圖所示，開始時線圈處于中性面位置，當磁極再轉過90°時，此時穿過線圈的磁通量為0，故可知線圈中電流最大；在磁極轉動的過程中，穿過線圈的磁通量在減小，根據(jù)楞次定律可知，磁極再轉過90°時感應電流方向由Q指向P。故選BD。2．如圖甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉動軸勻速轉動，產生的電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，則下列說法正確的是(

)A．t＝0.01s時，線框平面與磁感線相互平行B．t＝0.005s時，穿過線框的磁通量最大C．當電動勢瞬時值為22V時，線圈平面與中性面夾角為45°D．線框中的感應電流方向每秒鐘改變50次C考點二交變電流有效值的求解1．利用公式法計算2．利用有效值的定義計算(1)計算有效值時要根據(jù)電流的熱效應，抓住“三同”：①電阻大小相同。②時間相同(交流電的一個周期)。③產生的熱量相同。(2)分段計算電熱，然后求和得出一個周期內產生的總熱量。B對點演練BB考點三交變電流“四值”的理解和應用1．交變電流“四值”的比較2.交變電流“四值”應用的三點提醒(1)在解答有關交變電流的問題時，要注意電路結構。(2)注意區(qū)分交變電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值，最大值是瞬時值中的最大值，有效值是以電流的熱效應來等效定義的。(3)與電磁感應問題一樣，求解與電能、電熱相關的問題時，一定要用有效值；而求解通過導體某橫截面的電荷量時，一定要用平均值?！镜淅?】如圖所示，N＝50匝的矩形線圈abcd，ab邊長l1＝20cm，ad邊長l2＝25cm，放在磁感應強度大小B＝0.4T、方向水平向右的勻強磁場中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO′軸以n＝3000r/min的轉速勻速轉動，線圈電阻r＝1Ω，外電路電阻R＝9Ω，t＝0時線圈平面與磁感線平行，ab邊正轉出紙外、cd邊轉入紙里。求：(π≈3.14)(1)t＝0時感應電流的方向；【解析】

根據(jù)右手定則知，t＝0時線圈中感應電流方向為adcba?！敬鸢浮扛袘娏鞣较蜓豠dcba(2)感應電動勢的瞬時值表達式；【解析】

線圈的角速度ω＝2πn＝100πrad/s，線圈在題圖位置的感應電動勢最大，其大小為Em＝NBl1l2ω，代入數(shù)據(jù)得Em＝314V，感應電動勢的瞬時值表達式為e＝Emcosωt＝314cos(100πt)V?！敬鸢浮縠＝314cos(100πt)V

(3)線圈轉一圈外力做的功；【答案】98.6J(4)從圖示位置轉過90°的過程中流過電阻R的電荷量?！敬鸢浮?.1CA．通過電阻的交變電流的頻率是0.1HzB．線圈中產生的感應電動勢的有效值為80VC．電壓表V的示數(shù)為40VD．線圈的發(fā)熱功率為16W對點演練BD6．(多選)(2023·湖南卷)某同學自制了一個手搖交流發(fā)電機，如圖所示。大輪與小輪通過皮帶傳動(皮帶不打滑)，半徑之比為4∶1，小輪與線圈固定在同一轉軸上。線圈是由漆包線繞制而成的邊長為L的正方形，共n匝，總阻值為R。磁體間磁場可視為磁感應強度大小為B的勻強磁場。大輪以角速度ω勻速轉動，帶動小輪及線圈繞轉軸轉動，轉軸與磁場方向垂直。線圈通過導線、滑環(huán)和電刷連接一個阻值恒為R的燈泡。假設發(fā)電時燈泡能發(fā)光且工作在額定電壓以內，下列說法正確的是(

)AC課時作業(yè)65第分部三1．(5分)(2022·浙江卷)如圖甲是一種手搖發(fā)電機及用細短鐵絲顯示的磁場分布情況，搖動手柄可使對稱固定在轉軸上的矩形線圈轉動；如圖乙是另一種手搖發(fā)電機及磁場分布情況，皮帶輪帶動固定在轉軸兩側的兩個線圈轉動。下列說法正確的是(

)A．甲圖中線圈轉動區(qū)域磁場可視為勻強磁場B．乙圖中線圈轉動區(qū)域磁場可視為勻強磁場C．甲圖中線圈轉動時產生的電流是正弦交流電D．乙圖線圈勻速轉動時產生的電流是正弦交流電A解析：甲圖中細短鐵絲顯示的磁場分布均勻，則線圈轉動區(qū)域磁場可視為勻強磁場，故A正確；乙圖中細短鐵絲顯示的磁場分布不均勻，則線圈轉動區(qū)域磁場不能看成勻強磁場，故B錯誤；根據(jù)發(fā)電機原理可知甲圖中線圈在勻強磁場中繞垂直磁場的轉軸勻速轉動時才能產生正弦交流電，故C錯誤；乙圖中是非勻強磁場，則線圈勻速轉動時不能產生正弦交流電，故D錯誤。2．(5分)(2024·四川綿陽高三診斷)交流發(fā)電機模型如圖所示。矩形線圈ABCD在勻強磁場中繞其中心軸OO′勻速轉動，其角速度ω＝πrad/s。線圈轉動過程中，某時刻線圈平面與磁場垂直，取此時刻為計時起點，下列說法正確的是(

)A．t＝0時，穿過線圈的磁通量最大，產生的電流也最大B．t＝0.5s時，穿過線圈的磁通量為零，產生的電流最小C．圖中交流電流表在t＝0與t＝0.5s兩個時刻示數(shù)相同D．t＝0.5s時，AB與CD邊所受安培力相同C3．(5分)如圖所示，虛線是正弦交流電的圖像，實線是另一交流電的圖像，它們的周期T和最大值Um相同，則實線所對應的交流電的有效值U滿足(

)DD5．(5分)如圖所示的垂直于紙面向里的有界勻強磁場中有一個矩形線框abcd，線框以OO′為軸勻速轉動，OO′與磁場右邊界重合。若線框中產生電流的峰值為Im，由圖示位置開始計時，則下列可以正確描述線框中電流隨時間變化的圖像是(

)D6．(5分)(2024·廣東卷)將阻值為50Ω的電阻接在正弦式交流電源上。電阻兩端電壓隨時間的變化規(guī)律如圖所示。下列說法正確的是(

)A．該交流電的頻率為100HzB．通過電阻電流的峰值為0.2AC．電阻在1s內消耗的電能為1JD7．(5分)(2024·廣西柳州高三質檢)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?，F(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?，F(xiàn)讓線圈從圖示位置開始(t＝0)以恒定的角速度ω＝10πrad/s轉動。下列說法正確的是(

)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，感應電動勢的表達式為e＝2πsin10π