资源简介

(共68张PPT)
第十三章
交变电流　电磁振荡和电磁波　传感器
第69讲　交变电流的产生及描述
学习目标 命题热点
(1)理解正弦式交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的函数表达式。 (2)理解并掌握交变电流图像的意义。 (3)理解描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值。 (4)知道交流电“四值”在具体情况下的应用。 交变电流的产生过程和变化规律、交变电流的描述在高考中考查频率较高。
考点一
考点二
提能训练　练案[69]
考点一　交变电流的产生及变化规律
1．交变电流
(1)定义：大小和方向都随时间做____________的电流叫作交变电流。
(2)图像：如图所示
图________________所示电流都属于交变电流，图____所示电流属于恒定电流。
2．交变电流的产生：在匀强磁场里，线圈绕_____磁场方向的轴匀速转动。
周期性变化
甲、乙、丙、丁
戊
垂直
3．交流电产生过程中的两个特殊位置及特点
(1)中性面定义：与磁场方向______的平面。
(2)交变电流产生过程中的两个特殊位置及特点
图示
位置 中性面位置 与中性面垂直的位置
垂直
特点 B⊥S B∥S
磁通量最___，磁通量变化率为___ 磁通量最____，磁通量变化率最____
感应电动势e＝___ 感应电动势e＝______＝_______，电动势最____
感应电流i＝0，方向_____ 感应电流最____，方向_____
一个周期内电流方向改变____次，在_________位置改变 大
0
小
大
0
NBSω
NΦmω
大
改变
大
不变
两
中性面
4．正弦式交变电流的图像(线圈从中性面位置开始计时)
物理量 函数表达式 图像
磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势 e＝____________＝_____________
E msin ωt
NBSωsin ωt
物理量 函数表达式 图像
电流 i＝__________＝______________ (外电路为纯电阻电路)
电压 u＝___________＝____________ (外电路为纯电阻电路)
I msin ωt
U msin ωt
5．描述交变电流的物理量
(1)周期和频率
①周期(T)：交变电流完成_____________变化，即线圈_________所
需要的时间，单位是______，公式T＝______。
②频率(f)：交变电流在________________________的次数，单位是__________。
③周期和频率的关系：_______________。
一次周期性
转一周
秒(s)
1 s内完成周期性变化
赫兹(Hz)
(2)最大值和有效值
①峰值：交变电流的电流或电压所能达到的________。
②有效值：让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内_____________相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值。
(3)正弦式交变电流的有效值
E＝______，U＝______，I＝______。
最大值
产生的热量
易 错 辨 析
1．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流。(　 　)
2．线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，磁通量变化率为0，产生的感应电动势也为0。(　 　)
3．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过与中性面垂直的位置时，磁通量为0，磁通量变化率最大，电流方向发生改变。(　 　)
×
√
×
交变电流的产生和变化规律
考向1
　(2025·北京卷·4题)如图所示，交流发电机中的线圈ABCD沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律为e＝10sin(100πt)V。下列说法正确的是(　　)
A．该交流电的频率为100 Hz
B．线圈转到图示位置时，产生的电动势为0
C．线圈转到图示位置时，AB边受到的安培
力方向向上
[答案]　C
交变电流的变化规律和图像
考向2
　图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与R＝10 Ω的电阻连接，发电机内总电阻r＝2 Ω，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V。图乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间t变化的图像，则(　　)
A．该电动势的瞬时值表达式e＝12sin
100πt(V)
B．R两端的电压瞬时值表达式u＝14.1cos
100πt(V)
C．t＝0.02 s时，R两端的电压瞬时值为零
D．通过R的电流i随时间t变化的规律是i＝14.1cos 50πt(A)
[答案]　B
[规律方法]　书写交变电流瞬时值表达式的技巧
1．确定正弦式交变电流的峰值：根据已知图像读出或由公式Em＝NBSω求出相应峰值。
2．明确线圈的初始位置：
(1)若线圈从中性面位置开始计时，则i－t图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsin ωt。
(2)若线圈从垂直中性面位置开始计时，则i－t图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imcos ωt。
跟 踪 训 练
1．(2024·山东卷·8题)如图甲所示，在－d≤x≤d、－d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域)，边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为(　　)
[答案]　C
考点二　交变电流“四值”的比较
2．交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。(　 　)
3．交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。(　 　)
4．求通过导体横截面的电荷量q＝It，其中的I指的是有效值。(　 　)
×
√
×
×
有效值的计算和应用
考向1
　R1、R2为两个完全相同的定值电阻，R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图甲所示，R2两端的电压随时间周期性变化的规律如图乙所示，其中每段曲线都是四分之一正弦曲线，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q1∶Q2为(　　)
[答案]　A
(2)有效值定义法(非正、余弦式交变电流)
计算时要抓住“三同”，即“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，列式求解时注意时间取一个周期。
[答案]　B
3．如图所示，将一根均匀导线围成圆心角为60°的扇形导线框OMN，O为圆心，半径为R，线框总电阻为r，将线框O点置于坐标系的原点，在第二、四象限有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B。从t＝0时刻开始，导线框绕O点以角速度ω匀速转动，则导线框中感应电流的有效值为(　　)
[答案]　C
交变电流四值的应用
考向2
[答案]　C
跟 踪 训 练
4．(多选)如图甲所示，标有“220 V　40 W”的灯泡和标有“20 μF　320 V”的电容器并联接到交流电源上， 为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关。下列判断正确的是(　　)
[答案]　BC
提能训练　练案[69]
[答案]　AB
2．(2024·广东卷·1题)将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该交流电的频率为100 Hz
B．通过电阻的电流峰值为0.2 A
C．电阻在1 s内消耗的电能为1 J
[答案]　D
3．(2026·广东广州期中联考)如图甲为某同学的科技小制作，其原理简化图如图乙所示。马达M内部装有磁铁和可转动的多匝线圈，当风垂直吹向扇叶时，扇叶旋转带动线圈ABCD转动，从而使灯泡发光，电流传感器会记录下这段时间内电流i随时间t变化的图像如图丙所示。则下列说法正确的是(　　)
A．马达M在电路中的作用是充当电动机
B．风速越大，交变电流的周期T就越大
C．风速越大，交变电流的最大值Im就越大
D．风速越大，AB边受到的安培力一定越大
[答案]　C
[解析]　马达M在电路中的作用是充当发电机，A错误；风速越大，扇叶旋转越快，则交变电流的周期T就越小，B错误；风速越大，扇叶旋转越快，角速度越大，根据Em＝NBSω可知，交变电流的最大值Im就越大，C正确；AB边受到的安培力做周期性变化，则风速越大，AB边受到的安培力不一定大，D错误。故选C。
4．(多选)如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦式交变电流的图像，当调整线圈转速后，其在同一磁场中匀速转动过程所产生正弦式交变电流的图像如图线b所示。下列关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是(　　)
A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均
为零
B．线圈先后两次转速之比为3∶2
C．交变电流a的电动势瞬时值表达式为e＝10sin(5πt)V
[答案]　BCD
A．9.5 J B．10.5 J
C．11.5 J D．12.5 J
[答案]　B
6．(多选)(2025·重庆模拟)如图1所示，用输出电压u＝Umsin ωt的交流电对定值电阻R供电，通过定值电阻R的电流变化频率为f1，其电功率为P1。在该电路中连接一个理想二极管D(正向导通时电阻为零，反向截止时电阻无限大)，其他条件不变，如图2所示，通过定值电阻R的电流变化频率为f2，其电功率为P2。下列说法正确的是(　　)
A．f2＝f1
B．f2＝2f1
[答案]　AC
7．(2026·江苏南通市质监)如图所示，纸面内有一“凹”字形单匝金属线框组成闭合回路，置于垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线框的总电阻为R，边长如图所示。线框绕ab轴做角速度为ω的匀速圆周运动。则从图示位置(　　)
A．转动90°时回路中电流方向发生改变
B．转动180°的过程中通过导线横截面的电荷
量为零
C．转动90°时回路中感应电动势大小为3BL2ω
[答案]　C
能力提升练
8．如图甲所示，匝数n＝100的圆形导体线圈面积S1＝0.5 m2，电阻r＝1 Ω，线圈的两端a、b与一个R＝2 Ω的电阻连接。线圈中存在面积S2＝0.4 m2的圆形匀强磁场区域，磁场区域圆心与线圈圆心重合。选垂直于线圈平面向外为正方向，磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，则下列选项正确的是(　　)
A．0～4 s内a点电势高于b点电势
B．4～6 s内线圈两端a、b间的电压为12 V
C．4～6 s内通过电阻R的电荷量为6 C
[答案]　D
A．图示时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．线圈从图示位置转过180°的过程中，线圈磁通量改变量为0
C．图示时刻电压表的示数为80 V
D．线圈从图示位置转过60°过程中，通过电流表的电荷量为0.2 C
[答案]　D
A．水平拉力F的最大值为8 N
B．拉力F的最大功率为12.8 W
C．拉力F要做25.6 J的功才能让线框通过此磁场区
D．拉力F要做12.8 J的功才能让线框通过此磁场区
[答案]　C
11．(多选)(2023·湖南卷·9题)某同学自制了一个
手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带
传动(皮带不打滑)，半径之比为4∶1，小轮与线圈
固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边
长为L的正方形，共n匝，总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡。假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是(　　)
[答案]　AC
(1)金属棒到达最低点时通过电阻R的电流；
(2)若金属棒在拉力作用下，从cd开始以速度v0向
右沿轨道做匀速圆周运动，则在到达ab的过程中拉力
做的功为多少？
(2)设金属棒做匀速圆周运动的角速度大小为ω，以金属棒在cd处为计时零点，则t时刻产生的感应电动势大小为e＝BLv0cos ωt，
谢谢观看

展开更多......

收起↑