3.1交變電流（原卷版）-2025年高二物理同步培優(yōu)講練（人教版選擇性必修第二冊）

3.1交變電流學習目標學習目標課程標準物理素養(yǎng)1.通過實驗觀察交變電流的方向.2.會分析交變電流的產(chǎn)生過程，會推導交變電流電動勢的表達式.3.知道什么是正弦式交變電流，知道正弦式交變電流的瞬時值表達式.4.了解交流發(fā)電機的構(gòu)造及工作原理．物理觀念：認識中性面、區(qū)分交流電荷直流電、區(qū)分峰值、瞬時值?？茖W思維：經(jīng)歷建立正弦式交變電流模型、用右手定則和法拉第電磁感應定律推理得出正弦式交變電流方向和大小的規(guī)律的過程，體會建立模型與推理分析的思維方法?？茖W探究：運用電磁感應的相關(guān)知識理論探究交流發(fā)電機產(chǎn)生交變電流的過程?？茖W態(tài)度與責任：通過正弦交流電的產(chǎn)生過程和我們大型發(fā)電廠的建設過程，體會物理知識與科學技術(shù)的關(guān)系。002思維導圖003知識梳理課前研讀課本，梳理基礎知識：一、交變電流1．交變電流：大小和方向隨時間做變化的電流叫作交變電流，簡稱．2．直流：不隨時間變化的電流稱為直流．二、交變電流的產(chǎn)生交流發(fā)電機的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)軸與磁場方向．三、交變電流的變化規(guī)律1．中性面(1)中性面：與磁感線的平面．(2)當線圈平面位于中性面時，線圈中的磁通量，線圈中的電流．2．從中性面開始計時，線圈中產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達式：e＝Emsinωt，Em叫作電動勢的，Em＝NωBS.3．正弦式交變電流：按規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡稱．4．正弦式交變電流和電壓電流表達式i＝，電壓表達式u＝其中Im、Um分別是電流和電壓的，也叫．四、交流發(fā)電機1．主要構(gòu)造：和．2．分類(1)旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機：轉(zhuǎn)動，不動．(2)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機：轉(zhuǎn)動，不動．004題型精講【題型一】交變電流與直流1．交變電流大小和方向隨時間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流．2．常見的交變電流的波形圖實際應用中，交變電流有著不同的變化規(guī)律，常見的有以下幾種，如圖所示．3．直流方向不隨時間變化的電流叫作直流，大小和方向都不隨時間變化的電流叫作恒定電流．【典型例題1】下列e-t圖象中不屬于交流電的有()A． B． C． D．【典型例題2】（多選）下列所示圖像中屬于交流電的有（）A． B．C． D．【對點訓練1】（多選）下列各圖象中屬于交流電的有:A． B．C． D．【對點訓練2】（多選）下列圖像中屬于交流電的有（）A． B．C． D．【題型二】交變電流的產(chǎn)生兩個特殊位置1．中性面位置(S⊥B，如圖中的甲、丙)線圈平面與磁場垂直的位置，此時Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)為0，e為0，i為0.線圈經(jīng)過中性面時，電流方向發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變兩次．2．垂直中性面位置(S∥B，如圖中的乙、丁)此時Φ為0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大．【典型例題3】如圖所示，線圈abcd在水平勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生交變電流。當線圈逆時針轉(zhuǎn)動到圖示水平位置時（）A．線圈處于中性面位置B．線圈中瞬時感應電動勢為零C．穿過線圈平面的磁通量最大D．線圈中電流方向為【典型例題4】如圖所示，兩圓弧形磁極之間放置一矩形線圈，其中A、B為線圈引出的兩個接線端，線圈可繞軸轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是（）A．線圈處于非勻強磁場中B．圖示位置穿過線圈的磁通量不為零C．通電后線圈左右兩邊受安培力相同D．若線圈在外力作用下轉(zhuǎn)動，則A端電勢始終低于B端【對點訓練3】2023年6月14日，我國自主研發(fā)的首臺兆瓦級漂浮式波浪能發(fā)電裝置“南鯤號”在廣東珠海投入試運行，如圖甲。南鯤號發(fā)電原理可作如下簡化：海浪帶動浪板上下擺動，驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，其中浪板和轉(zhuǎn)子的鏈接裝置使轉(zhuǎn)子只能單方向轉(zhuǎn)動。如圖乙，若轉(zhuǎn)子帶動線圈沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，并向外輸出電流，下列說法正確的是（）A．在圖乙所示位置時，線圈a端電勢高于b端電勢B．在圖乙所示位置時穿過線圈的磁通量變化率最小C．在圖乙所示位置時，線圈中電流方向?qū)l(fā)生改變D．在圖乙所示位置時，線圈靠近S極的導線受到的安培力方向向上【對點訓練4】5．利用示波器可以顯示輸入信號的波形，單匝正方形金屬線框abcd處在勻強磁場中，當以線圈平面內(nèi)某虛線為軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈內(nèi)產(chǎn)生的電流隨時間的變化關(guān)系如圖甲所示。則在四個選項所示的情景中，無論從線圈平面處于哪個位置開始計時，都不可能產(chǎn)生該電流的是（）A． B． C． D．【題型三】正弦式交變電流的變化規(guī)律 1．正弦式交變電流的瞬時值表達式(1)從中性面位置開始計時e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)從與中性面垂直的位置開始計時e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.2.交變電流的峰值Em＝NωBS，Im＝eq\f(NωBS,R＋r)，Um＝eq\f(NωBSR,R＋r).說明電動勢峰值Em＝NωBS由線圈匝數(shù)N、磁感應強度B、轉(zhuǎn)動角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)．如圖所示的幾種情況中，如果N、B、ω、S均相同，則感應電動勢的峰值均相同．【典型例題5】一矩形線圈的匝數(shù)為50，在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖所示。下列結(jié)論正確的是（）A．在t=0.1s和t=0.3s時，電動勢最大B．在t=0.2s和t=0.4s時，電動勢方向發(fā)生改變C．電動勢的最大值是50VD．在t=0.4s時，磁通量的變化率最大，為3.14Wb/s【典型例題6】在勻強磁場中，一只矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖所示。則在時，線圈平面和磁場方向的夾角為（

）

A． B． C． D．【對點訓練5】在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變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時穿過線框的磁通量最小B．t=0.01s時穿過線框的磁通量變化率最大C．該線框勻速轉(zhuǎn)動的角速度大小為50πrad/sD．感應電動勢瞬時值為22V時，線框平面與中性面的夾角為45°【對點訓練6】某些共享單車的內(nèi)部有一個小型發(fā)電機，通過騎行者的騎行踩踏，可以不斷地給單車里的蓄電池充電，蓄電池再給智能鎖供電。小型發(fā)電機的發(fā)電原理可簡化為圖甲所示，矩形線圈abcd處于勻強磁場中，通過交流電流表與阻值為R的電阻相連。某段時間在騎行者的踩踏下，線圈繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，圖乙是線圈轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的磁通量隨時間t變化的圖像，則（）A．t=0時刻，線圈處于中性面位置B．t1時刻，電流表示數(shù)最大C．t2時刻，線圈中電流方向發(fā)生改變D．t3時刻，穿過線圈的磁通量變化率為零00501強化訓練【基礎強化】1．手搖手機充電器體型小，攜帶方便，可以在緊急狀態(tài)下給手機臨時充電，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化如圖。裝置中兩磁極之間產(chǎn)生的磁場可近似視為勻強磁場，線圈的邊（端被磁極擋住未標出）連在金屬滑環(huán)上，邊連在滑環(huán)上；電刷、分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。下列說法正確的是（）A．圖示時刻，線圈中的電流為0B．圖示時刻，磁通量的變化率最大C．圖示時刻，穿過線圈的磁通量最大D．圖示時刻，電流從右向左流過靈敏電流計2．如圖甲所示是電機的示意圖。如圖乙所示，將兩個完全相同的電機正對放置，用直桿連接兩個電機的轉(zhuǎn)軸，電機與電源相連，電機與毫安表相連。先閉合開關(guān)，再閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)毫安表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列說法正確的是（）A．電機相當于發(fā)電機B．毫安表指針會在中央零刻度的左右晃動C．閉合開關(guān)瞬間，電機轉(zhuǎn)動變快，其線圈發(fā)熱明顯D．將電機和的磁極N、S都交換，毫安表的指針偏轉(zhuǎn)方向不變3．下圖為交流發(fā)電機示意圖，線圈沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，下列說法正確的是（

）A．甲→乙過程中，AB邊中的電流由A→BB．丙→丁過程中，AB邊中的電流由A→BC．圖甲位置線圈中磁通量最大、感應電動勢最大D．圖乙位置線圈中的電流方向發(fā)生改變4．汽車上的發(fā)電機多采用旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機。如圖甲，轉(zhuǎn)子在外力帶動下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁場，定子線圈產(chǎn)生感應電動勢?，F(xiàn)簡化為如圖乙模型，一連有電阻的線圈軸線與條形磁鐵中心線在同一平面，條形磁鐵（轉(zhuǎn)子）繞其中心在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動的過程中，下列說法正確的是（）A．條形磁鐵在圖示位置，線圈中磁通量最大B．條形磁鐵在圖示位置，電阻中電流為零C．條形磁鐵從圖示位置轉(zhuǎn)動過程中，電阻中電流方向由指向D．增大條形磁鐵的轉(zhuǎn)速，可以增大中的電流5．通過閉合線圈平面的圖象如圖所示,下列說法正確的是（

）A．時刻線圈中感應電動勢最大B．時刻線圈中磁通量為零C．時刻線圈平面與中性面重合D．、時刻線圈中感應電流方向相同6．（多選）如圖所示，下列圖象屬于交流電的有（

）A．B．C．D．【素養(yǎng)提升】7．（多選）如圖所示，下列線圈勻速轉(zhuǎn)動或勻速直線運動，能產(chǎn)生交變電流的是（）A． B． C． D．8．（多選）為了研究交流電的產(chǎn)生過程，小張同學設計了如下實驗構(gòu)思方案：將單匝矩形線圈放在勻強磁場中，線圈繞轉(zhuǎn)軸按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動（向紙外，向紙內(nèi)），并從圖甲所示位置開始計時，此時產(chǎn)生的正弦式交流電如圖乙所示。已知其周期為，電流峰值為，下面說法正確的是（）

A．根據(jù)圖乙可知時，線圈的磁通量最大B．根據(jù)圖乙可知時，線圈的磁通量變化率最大C．若僅把甲圖中的單匝矩形線圈改為兩匝矩形線圈，并從圖甲所示位置開始計時，則產(chǎn)生的交流電與圖乙所示相同D．若僅把甲圖中的轉(zhuǎn)軸改為轉(zhuǎn)軸，并從圖甲所示位置開始計時，則產(chǎn)生的交流電與圖乙所示不同9．（多選）圖甲是交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極之間的磁場可視為勻強磁場，金屬線圈繞轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。A為電流傳感器（與計算機相連），R為定值電阻，線圈電阻為r，其余電阻不計。圖乙為計算機上顯示的電流數(shù)據(jù)隨時間變化的圖像，下列說法中正確的是（）A．金屬線圈恰好處于圖甲所示的位置時感應電動勢為0，對應圖乙中或時刻B．金屬線圈恰好處于圖甲所示的位置時感應電動勢最大，對應圖乙中或時刻C．、時刻穿過線圈的磁通量的絕對值最大，磁通量變化率最小D．、時刻穿過線圈的磁通量的絕對值最大，磁通量變化率最小10．（多選）矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，所產(chǎn)生的交變電流的波形如圖所示，下列說法中正確的是（）A．在t1時刻穿過線圈的磁通量達到峰值B．在t2時刻穿過線圈的磁通量達到峰值C．在t3時刻穿過線圈的磁通量的變化率達到峰值D．在t4時刻穿過線圈的磁通量的變化率達到峰值11．（多選）一矩形線圈繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化圖象如圖所示，下列說法中正確的是（）A．t1時刻通過線圈的磁通量為零B．t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大C．t4時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大D．每當e改變方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大12．（多選）在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示：產(chǎn)生的交變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時穿過線框的磁通量最小B．該線圈轉(zhuǎn)動的角速度大小為πrad/sC．該交變電動勢的瞬時值表達式為D．線框平面與中性面的夾角為時，電動勢瞬時值為22V【能力培優(yōu)】13．（多選）大型發(fā)電機幾乎都是旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機，如圖所示為其原理簡圖。豎直平面內(nèi)閉合線圈abcd固定不動，磁鐵繞圖中的虛線旋轉(zhuǎn)，線圈中就會產(chǎn)生感應電流。若條形磁鐵以的角速度勻速轉(zhuǎn)動，且圖示時刻N極正在向里轉(zhuǎn)?，F(xiàn)以圖示時刻為計時起點，則下列推斷正確的是（）A．該發(fā)電機產(chǎn)生的交