高考物理大一轮复习 第十一章 第1讲 交变电流的产生和描述讲义（含解析）教科版-教科版高三全册物理教案.docx

交变电流的产生和描述
五年高考(全国卷)命题分析五年常考热点五年未考重点交变电流的产生和描述20183卷16题1.交变电流的产生
2.远距离输电问题
3.传感器的简单使用变压器原理与基本关系应用2016
20151卷16题、3卷19题
1卷16题变压器的动态分析20142卷21题1.考查方式：从近几年命题看，高考对本章内容考查命题频率较低，主要体现在“三突出”；一是突出考查交变电流的产生过程；二是突出考查交变电流的图像和交变电流的“四值”；三是突出考查变压器及远距离输电.难度不大，多以选择题的形式命题.
2.命题趋势：变压器结合电路分析仍将是今后命题的热点.第1讲交变电流的产生和描述

一、正弦式交变电流
1.产生
线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.
2.两个特殊位置的特点
(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变.
(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大，电流方向不改变.
3.电流方向的改变
一个周期内线圈中电流的方向改变两次.
4.交变电动势的最大值
Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关.
5.交变电动势随时间的变化规律(中性面开始计时)
e＝nBSωsinωt.
自测1(多选)关于中性面，下列说法正确的是()
A.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零
B.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大
C.线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次
D.线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次
答案AC
二、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1次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s).表达式为T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(1,n)(n为转速).
(2)频率f：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz).
(3)周期和频率的关系：T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T).
2.交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值
(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值.
(2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值.
(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值.
(4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系
I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，E＝eq\f(Em,\r(2)).
(5)交变电流的平均值
eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)，eq\x\to(I)＝eq\f(nΔΦ,R＋rΔt).
自测2(2018·安徽省安庆市二模)小型手摇发电机线圈共有N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图1所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为E0，该发电机外接负载电阻，则()

图1
A.当线圈处于中性面位置时磁通量的变化率最大
B.线圈从中性面位置转过180°过程中，线圈中磁通量的变化量为零
C.线圈转动过程中电动势的有效值为eq\f(\r(2),2)NE0
D.线圈转动过程中电动势的最大值为2NE0
答案D
解析当线圈处于中性面位置时磁通量最大，磁通量的变化率为零，选项A错误；线圈从中性面位置转过180°过程中，线圈中磁通量的变化量为2BS，选项B错误；矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为E0，所以矩形线圈产生的感应电动势的最大值是2NE0，电动势的有效值U＝eq\f(2E0N,\r(2))＝eq\r(2)NE0，选项C错误，D正确.

命题点一交变电流的产生及变化规律
1.交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
规律
物理量函数表达式图像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt电流i＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt
2.交变电流瞬时值表达式的书写
(1)确定正弦交变电流的峰值，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，找出对应的函数关系式.如：
①线圈在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＝Imsinωt.
②线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则i－t图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imco