高考物理一輪復習講義專題14.1　交變電流的產(chǎn)生和描述（原卷版）

專題14.1交變電流的產(chǎn)生和描述【講】【講核心素養(yǎng)】1.物理觀念：①理解交變電流的產(chǎn)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象的意義.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.2.科學思維：“圖象法”“等效法”。3.科學態(tài)度：認識電磁學在人類生活和社會發(fā)展中的作用?！局v考點題型】【知識點一】正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1．交變電流(1)定義：大小和方向都隨時間做周期性變化的電流。(2)按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流。(3)一個周期內(nèi)線圈中電流的方向改變兩次.2.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(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＝eq\f(2π,ω).②頻率(f)：交變電流在單位時間內(nèi)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＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T).3．正弦式交變電流的函數(shù)表達式(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＝Emsin_ωt。(2)負載兩端的電壓u隨時間變化的規(guī)律：u＝Umsin_ωt。(3)電流i隨時間變化的規(guī)律：i＝Imsin_ωt。其中ω等于線圈轉動的角速度，Em＝nBSω。4．交流電產(chǎn)生過程中的兩個特殊位置圖示概念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e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝nBSω，最大感應電流為零，方向改變感應電流最大，方向不變5.正弦式交變電流的變化規(guī)律如圖磁通量：Φ＝Φmcosωt；電動勢：e＝Emsinωt；電流：i＝Imsinωt?！纠?】（多選）（2022·山東聊城一中高三開學考試）如圖甲所示是一臺交流發(fā)電機構造示意圖，產(chǎn)生交變電流的感應電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示．發(fā)電機線圈電阻為SKIPIF1<0，外接電阻為SKIPIF1<0，其它電阻不計，則（??）A．電動勢的瞬時值表達式為SKIPIF1<0B．理想電壓表的示數(shù)為SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0時刻，電路中電流的瞬時值為SKIPIF1<0D．該線圈磁通量變化率的最大值為SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是物理觀念和科學思維。【變式訓練1】（2022·四川省成都市武侯高級中學模擬預測）如圖甲所示，在勻強磁場中，閉合線框繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動。線框產(chǎn)生的交變電流SKIPIF1<0隨時間SKIPIF1<0變化的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．交變電流的有效值為SKIPIF1<0B．交變電流的周期為SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0時穿過線框的磁通量為零D．線框勻速轉動的角速度為SKIPIF1<0【技巧總結】1、求解正弦式交變電流的三點注意(1)只有當線圈從中性面位置開始計時，電流的瞬時值表達式才是正弦形式．(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S為有效面積．(3)轉軸相對線圈的位置改變，或線圈的形狀改變時，電動勢的最大值仍可由Em＝nBSω計算．2、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)已知圖象讀出或由公式Em＝NBSω求出相應峰值.(2)明確線圈的初始位置：①線圈在中性面位置開始計時，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)表達式為i＝Imsinωt.②線【知識點二】交變電流的有效值1．利用公式法計算利用E＝eq\f(Em,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))、I＝eq\f(Im,\r(2))計算，只適用于正(余)弦式交變電流．2．利用有效值的定義計算(非正弦式電流)計算時“相同時間”至少取一個周期或周期的整數(shù)倍．3．利用能量關系計算當有電能和其他形式的能轉化時，可利用能的轉化和守恒定律來求有效值．4．幾種典型交變電流的有效值【例2】（2022·山西呂梁·二模）將有效值為220V，頻率為50Hz的正弦交流電通過一信號發(fā)生設備后，其電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示，其有效值與原交流電有效值的比值為（）A．1∶2 B．1∶3 C．1∶4 D．1∶5【素養(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學思維?！咀兪接柧?】（多選）（2022·重慶市江津第八中學校模擬預測）有一種家用電器工作原理圖如圖甲所示，當電阻絲接在正弦式交流電源（如圖乙）上后，電阻絲開始加熱，當其溫度達到某一數(shù)值時，自動恒溫裝置啟動，使電阻絲所接電壓如圖丙所示變化，從而進入恒溫狀態(tài)。則當自動恒溫裝置啟動后（）A．電阻絲所接交變電壓的頻率變?yōu)樵瓉淼囊话隑．電壓表的示數(shù)大約是原來的0.7倍C．電壓表的示數(shù)大約是原來的0.5倍D．電阻絲的功率變?yōu)樵瓉淼囊话搿炯记煽偨Y】計算交變電流有效值的方法(1)分段計算電熱，然后求和得出一個周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量．(2)利用兩個公式Q＝I2Rt和Q＝eq\f(U2,R)t可分別求得電流有效值和電壓有效值．(3)若圖象部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的eq\f(1,4)(但必須是從零至最大值或從最大值至零)和eq\f(1,2)周期部分可直接應用正弦式交變電流有效值與最大值間的關系I＝eq\f(Im,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))求解．【知識點三】交變電流“四值”的理解與應用交變電流“四值”的比較物理量重要關系適用情況及說明瞬時值e＝Emsinωti＝Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)討論電容器的擊穿電壓有效值E＝eq\f(Em,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，I＝eq\f(Im,\r(2))(只適用于正弦式交變電流)(1)計算與電流的熱效應有關的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設備“銘牌”上所標的值(3)保險絲的熔斷電流(4)交流電表的讀數(shù)平均值eq\x\to(E)＝BLeq\x\to(v)eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計算通過電路截面的電荷量【例3】（多選）（2022·遼寧·模擬預測）2021年6月28日，“國之重器”金沙江白鶴灘水電站首批機組正式并網(wǎng)發(fā)電。近些年中國大力發(fā)展水電，既有助于減輕國家能源危機，又有利于減小碳排放。如圖甲是一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖，圖乙是該發(fā)電機的電路圖，圖中發(fā)電機的線圈為單匝線圈，其內(nèi)阻為SKIPIF1<0，外接一只電阻為SKIPIF1<0的燈泡（阻值恒定），下列說法正確的是（）A．電壓表的示數(shù)最大值為SKIPIF1<0B．在0~1s的過程中，燈泡產(chǎn)生的熱量為95JC．在SKIPIF1<0時，通過線圈的磁通量最大D．在0.005~0.015s的過程中，通過線圈的電荷量為SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學思維?！咀兪接柧?】（2022·遼寧·東北育才學校模擬預測）線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸轉動，線圈匝數(shù)SKIPIF1<0、面積SKIPIF1<0，產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖所示。下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0時刻線圈平面與中性面平行B．穿過線圈的磁通量最大值為SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0時間內(nèi)，穿過線圈的磁通量在減少D．在SKIPIF