資源簡介 第1講 交變電流的產生和描述課 程 標 準 素 養 目 標通過實驗,認識交變電流.能用公式和圖像描述正弦交變電流,并能測算交變電流的峰值和有效值. 物理觀念:知道交變電流的產生過程,能正確書寫交變電流的函數表達式,理解掌握交變電流圖像的意義. 科學思維:掌握交變電流有效值的計算方法,會區別交變電流的“四值”,明確其在具體情況中的應用技巧.考點一 交變電流的產生及規律【必備知識·自主落實】1.交變電流:電流、電壓的________和________都隨時間做周期性變化的電流.最常見的交變電流是正弦式交變電流. 按正弦規律變化2.正弦式交變電流的產生及圖像(1)產生①在勻強磁場里,閉合線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動時,可產生正弦式交變電流. 轉軸可在任意位置②兩個特殊位置中性面 與磁場方向______的平面中性面的垂面 與磁場方向______的平面(2)圖像用以描述交變電流隨時間變化的規律,如果線圈從中性面位置開始計時,則其圖像為________曲線,如圖所示.(3)變化規律(線圈在中性面位置開始計時)①電動勢e隨時間變化的規律:e=________.②路端電壓u隨時間變化的規律:u=Umsin ωt=____________.③電流i隨時間變化的規律:i=Imsin ωt=____________.其中Em=nBSω. Em僅由n、B、S、ω四個量決定,與軸的具體位置和線圈的形狀都無關3.描述交變電流的物理量(1)最大值:Em=________,與轉軸位置________,與線圈形狀________(后兩空均選填“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(線圈轉動一周)所需要的時間,國際單位是秒(s).公式:T=.②頻率f:____________________________的次數,單位是赫茲(Hz).③周期和頻率的關系:T=________________或f=________.【關鍵能力·思維進階】考向1 交變電流的產生例 1 [2024·江蘇南京??寄M預測]在以下四種情景中,線圈中產生的電流與其正下方所示的i-t圖線相對應的是( )A.圖甲 B.圖乙C.圖丙 D.圖丁考向2 交變電流的變化規律例 2 [2024·北京海淀區模擬]圖甲是小型交流發電機的示意圖,兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場,為交流電流表,電阻R為5 Ω.線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉動,從圖甲所示位置開始計時,產生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示.下列說法正確的是( )A.電阻R的熱功率為1 000 WB.1 s內電流方向改變50次C.t=0.01 s時,線圈平面與磁場方向平行D.t=0.005 s時,穿過線圈的磁通量變化最快[教你解決問題] 讀圖思維提升求解交變電流的產生問題需要抓住的要點(1)抓住“一模型”:線圈(可以是矩形、圓形、不規則形狀)以線圈平面上的兩點所在直線為軸繞垂直于勻強磁場的軸做圓周運動.(2)抓住“兩平面”:一是中性面(B⊥S),二是與中性面垂直的位置平面,確定線圈經過兩平面時的各物理量.(3)在解決有關交變電流的圖像問題時,應抓住交變電流的圖像與線圈的轉動位置對應起來,再根據特殊位置求特征解.考點二 交變電流“四值”的理解及應用【必備知識·自主落實】1.瞬時值:交變電流某一________的值,是時間的函數.2.峰值:交變電流的電流或電壓所能達到的______.3.有效值(1)定義:讓交流電和直流電通過相同阻值的電阻,如果它們在相同的時間內產生的__________相等,就把這一直流電的數值叫作這一交流電的____________.(2)正弦式交變電流有效值和峰值的關系:E=,U=,I= .4.平均值:交變電流圖像中波形與橫軸________跟時間的比值.不同時間內的平均值一般不同【關鍵能力·思維進階】1.交變電流有效值的理解(1)計算有效值時要根據電流的熱效應,抓住“三同”:“相同時間”內“相同電阻”上產生“相同熱量”列式求解.(2)分段計算電熱求和得出一個周期內產生的總熱量.(3)利用兩個公式Q=I2Rt和Q=t可分別求得電流有效值和電壓有效值.(4)若圖像部分是正弦(或余弦)式交變電流,其中的周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)和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=、U=求解.2.交變電流的“四值”考向1 正弦式交變電流有效值的計算例 3 (多選)[2023·湖南卷]某同學自制了一個手搖交流發電機,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、滑環和電刷連接一個阻值恒為R的燈泡.假設發電時燈泡能發光且工作在額定電壓以內,下列說法正確的是( )A.線圈轉動的角速度為4ωB.燈泡兩端電壓有效值為3nBL2ωC.若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈,則燈泡兩端電壓有效值為D.若僅將小輪半徑變為原來的兩倍,則燈泡變得更亮考向2 非正余弦式交變電流有效值的計算例 4 [2024·湖南長沙長郡中學??级在圖乙的電路中,電源輸出如圖甲所示的交變電流(不計內阻).電阻R的阻值為10 Ω,電表均為理想電表.下列判斷正確的是( )A.電壓表的示數為10 VB.電流表的示數為2 AC.若將電阻R替換為一個電容,欲使電路安全運行,其耐壓值最少為10 VD.電阻R在任意三分之一個周期內產生的熱量一定等于0.1 J考向3 交變電流“四值”的理解及應用例 5 (多選)如圖甲所示,標有“220 V 40 W”的燈泡和標有“20μF 360 V”的電容器并聯到交流電源上,V為交流電壓表,交流電源的輸出電壓如圖乙中正弦曲線所示,閉合開關S.下列判斷正確的是( )A.電容器會被擊穿B.交流電源的輸出電壓的有效值為220 VC.t=時刻,電壓表的示數為零D.t=時刻,通過燈泡的電流為零例 6 2022年11月23日由三峽集團研制的單機容量16兆瓦海上風電機組成功下線,該機組是目前全球單機容量最大、葉輪直徑最大的風電機組,風力發電機簡易模型如圖甲所示,某興趣小組自制了一臺風力發電機,試驗中葉輪帶動線圈在勻強磁場中轉動,產生的交流電電流隨時間變化的圖像如圖乙中所示,則下列說法中正確的是( )A.圖甲線圈在磁場中位置時產生的電流最大B.電流的有效值為10 AC.電流的頻率為5 HzD.電流的瞬時值表達式為i=10cos 0.2πt(A)例 7 [2024·廣東茂名一模]無線充電技術已經在新能源汽車等領域得到應用.地下鋪設供電的送電線圈,車上的受電線圈與蓄電池相連,如圖所示.送電線圈和受電線圈匝數比為n1∶n2=4∶1.當送電線圈接上圖中的正弦交流電后,受電線圈中的電流為2 A.不考慮線圈的自感,忽略電能傳輸的損耗,下列說法正確的是( )A.受電線圈的電流方向每秒改變50次B.送電線圈的輸入功率為110 WC.受電線圈的輸出電壓為50 VD.送電線圈的輸入電壓為220 V第1講 交變電流的產生和描述考點一必備知識·自主落實1.大小 方向2.(1)垂直 平行?。?)正弦式?。?)Em·sin ωt ·sin ωt ·sin ωt3.(1)NBSω 無關 無關 (2)交變電流在1 s內完成周期性變化 關鍵能力·思維進階例1 解析:設線圈的面積為S,匝數為N,題圖甲上方線圈中產生的電流大小為i==cos ωt,與其下方的i -t圖像一致,故A正確;題圖乙上方線圈中產生的電流大小為i==sin ωt=sin ωt,故B錯誤;題圖丙上方穿過線圈的磁通量恒定不變,產生的電流大小為i=0,故C錯誤;題圖丁上方線圈中產生的電流大小為i==sin ωt=sin ωt,故D錯誤.故選A.答案:A例2 解析:由題圖可知,交變電流的電流有效值I==10 A,電阻R的熱功率為P=I2R=500 W,A錯誤;由題圖可知,交變電流的周期為0.02 s,頻率為50 Hz,在每個周期內電流方向改變2次,則1 s內電流方向改變100次,B錯誤;t=0.01 s時,線圈中的電流最大,此時線圈平面與磁場方向平行,C正確;t=0.005 s時,感應電流為零,感應電動勢為零,此時穿過線圈的磁通量變化率為零,變化最慢,D錯誤.答案:C考點二必備知識·自主落實1.時刻 2.最大值 3.(1)熱量 有效值 4.所圍面積關鍵能力·思維進階例3 解析:大輪和小輪通過皮帶傳動,邊緣線速度相等,小輪和線圈同軸轉動,角速度相等,根據v=ωr和題意可知大輪與小輪半徑之比為4∶1,則小輪轉動的角速度為4ω,線圈轉動的角速度為4ω,A正確;線圈產生感應電動勢的最大值Emax=nBS·4ω,又S=L2聯立可得Emax=4nBL2ω則線圈產生感應電動勢的有效值E==2nBL2ω根據串聯電路分壓原理可知燈泡兩端電壓有效值為U==nBL2ω,B錯誤;若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈,則線圈的匝數變為原來的2倍,線圈產生感應電動勢的最大值E′max=8nBL2ω此時線圈產生感應電動勢的有效值E′==4nBL2ω根據電阻定律R′=ρ可知線圈電阻變為原來的2倍,即為2R,根據串聯電路分壓原理可得燈泡兩端電壓有效值U′==,C正確;若僅將小輪半徑變為原來的兩倍,根據v=ωr可知小輪和線圈的角速度變小,根據E=,可知線圈產生的感應電動勢有效值變小,則燈泡變暗,D錯誤.故選AC.答案:AC例4 解析:根據題意可知,電壓表的示數有效值為U,則有T=··解得U=10 V,故A正確;由歐姆定律可知,電流表的示數為I== A=1 A,故B錯誤;由于交流電的峰值為10 V>10 V,因此,若將電阻R換成一個耐壓值為10 V的電容,會被擊穿,故C錯誤;根據題意可知,電阻R在任意三分之一個周期內的電流有效值不一定是1 A,所以電阻R在任意三分之一個周期內產生的熱量不能用Q=I2RT=12×10×10-2 J=0.1 J計算,故D錯誤.故選A.答案:A例5 解析:交流電壓的最大值為220 V≈311 V,小于電容器的額定電壓,故電容器不會被擊穿,故A錯誤;由乙圖可知,交流電壓的最大值為220 V,有效值為 V=220 V,故B正確;電壓表的示數為有效值,電壓表的示數為220 V,故C錯誤;t=時刻,燈泡兩端電壓的瞬時值為0,通過燈泡的電流的瞬時值為0,故D正確.故選BD.答案:BD例6 解析:圖示位置恰好為中性面,此時感應電流為零,A錯誤;電流的有效值為I==5 A,B錯誤;由于周期為0.2 s,因此頻率為5 Hz,C正確;電流的瞬時值表達式為i=10cos 10πt(A),D錯誤.故選C.答案:C例7 解析:受電線圈的電流頻率與送電線圈中的電流頻率相同,即為f==50 Hz一個周期內電流方向改變2次,所以每秒電流方向改變100次,A錯誤;根據題圖可知送電線圈上正弦交流電的有效值為U=U輸入=220 V=220 V受電線圈中的電流為2 A,可得送電線圈中的電流大小為I送=·I受=×2 A=0.5 A送電線圈的輸入功率為P=220×0.5 W=110 WB正確,D錯誤;對受電線圈的輸出電壓有=得U受=55 V,C錯誤.答案:B(共31張PPT)第1講 交變電流的產生和描述課 程 標 準 素 養 目 標通過實驗,認識交變電流.能用公式和圖像描述正弦交變電流,并能測算交變電流的峰值和有效值. 物理觀念:知道交變電流的產生過程,能正確書寫交變電流的函數表達式,理解掌握交變電流圖像的意義.科學思維:掌握交變電流有效值的計算方法,會區別交變電流的“四值”,明確其在具體情況中的應用技巧.考點一考點二考點一考點一 交變電流的產生及規律【必備知識·自主落實】1.交變電流:電流、電壓的________和________都隨時間做周期性變化的電流.最常見的交變電流是正弦式交變電流.按正弦規律變化2.正弦式交變電流的產生及圖像(1)產生①在勻強磁場里,閉合線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動時,可產生正弦式交變電流. 轉軸可在任意位置②兩個特殊位置中性面 與磁場方向______的平面中性面的垂面 與磁場方向______的平面大小方向垂直平行(2)圖像用以描述交變電流隨時間變化的規律,如果線圈從中性面位置開始計時,則其圖像為________曲線,如圖所示.正弦式(3)變化規律(線圈在中性面位置開始計時)①電動勢e隨時間變化的規律:e=________.②路端電壓u隨時間變化的規律:u=Umsin ωt=____________.③電流i隨時間變化的規律:i=Imsin ωt=____________.其中Em=nBSω. Em僅由n、B、S、ω四個量決定,與軸的具體位置和線圈的形狀都無關Em·sin ωt ·sin ωt ·sin ωt3.描述交變電流的物理量(1)最大值:Em=________,與轉軸位置________,與線圈形狀________(后兩空均選填“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(線圈轉動一周)所需要的時間,國際單位是秒(s).公式:T=.②頻率f:____________________________的次數,單位是赫茲(Hz).③周期和頻率的關系:T=_______或f=________.NBSω無關無關交變電流在1 s內完成周期性變化 【關鍵能力·思維進階】考向1 交變電流的產生例 1 [2024·江蘇南京??寄M預測]在以下四種情景中,線圈中產生的電流與其正下方所示的i-t圖線相對應的是( )A.圖甲 B.圖乙C.圖丙 D.圖丁答案:A解析:設線圈的面積為S,匝數為N,題圖甲上方線圈中產生的電流大小為i==cos ωt,與其下方的i -t圖像一致,故A正確;題圖乙上方線圈中產生的電流大小為i==sin ωt=sin ωt,故B錯誤;題圖丙上方穿過線圈的磁通量恒定不變,產生的電流大小為i=0,故C錯誤;題圖丁上方線圈中產生的電流大小為i==sin ωt=sin ωt,故D錯誤.故選A.考向2 交變電流的變化規律例 2 [2024·北京海淀區模擬]圖甲是小型交流發電機的示意圖,兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場, 為交流電流表,電阻R為5 Ω.線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉動,從圖甲所示位置開始計時,產生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示.下列說法正確的是( )A.電阻R的熱功率為1 000 WB.1 s內電流方向改變50次C.t=0.01 s時,線圈平面與磁場方向平行D.t=0.005 s時,穿過線圈的磁通量變化最快答案:C解析:由題圖可知,交變電流的電流有效值I==10 A,電阻R的熱功率為P=I2R=500 W,A錯誤;由題圖可知,交變電流的周期為0.02 s,頻率為50 Hz,在每個周期內電流方向改變2次,則1 s內電流方向改變100次,B錯誤;t=0.01 s時,線圈中的電流最大,此時線圈平面與磁場方向平行,C正確;t=0.005 s時,感應電流為零,感應電動勢為零,此時穿過線圈的磁通量變化率為零,變化最慢,D錯誤.[教你解決問題] 讀圖思維提升求解交變電流的產生問題需要抓住的要點(1)抓住“一模型”:線圈(可以是矩形、圓形、不規則形狀)以線圈平面上的兩點所在直線為軸繞垂直于勻強磁場的軸做圓周運動.(2)抓住“兩平面”:一是中性面(B⊥S),二是與中性面垂直的位置平面,確定線圈經過兩平面時的各物理量.(3)在解決有關交變電流的圖像問題時,應抓住交變電流的圖像與線圈的轉動位置對應起來,再根據特殊位置求特征解.考點二考點二 交變電流“四值”的理解及應用【必備知識·自主落實】1.瞬時值:交變電流某一________的值,是時間的函數.2.峰值:交變電流的電流或電壓所能達到的______.3.有效值(1)定義:讓交流電和直流電通過相同阻值的電阻,如果它們在相同的時間內產生的_______相等,就把這一直流電的數值叫作這一交流電的_______.(2)正弦式交變電流有效值和峰值的關系:E=,U=,I= .4.平均值:交變電流圖像中波形與橫軸________跟時間的比值.不同時間內的平均值一般不同時刻最大值熱量有效值所圍面積【關鍵能力·思維進階】1.交變電流有效值的理解(1)計算有效值時要根據電流的熱效應,抓住“三同”:“相同時間”內“相同電阻”上產生“相同熱量”列式求解.(2)分段計算電熱求和得出一個周期內產生的總熱量.(3)利用兩個公式Q=I2Rt和Q=t可分別求得電流有效值和電壓有效值.(4)若圖像部分是正弦(或余弦)式交變電流,其中的周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)和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=、U=求解.2.交變電流的“四值”考向1 正弦式交變電流有效值的計算例 3 (多選)[2023·湖南卷]某同學自制了一個手搖交流發電機,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、滑環和電刷連接一個阻值恒為R的燈泡.假設發電時燈泡能發光且工作在額定電壓以內,下列說法正確的是( )A.線圈轉動的角速度為4ωB.燈泡兩端電壓有效值為3nBL2ωC.若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈,則燈泡兩端電壓有效值為D.若僅將小輪半徑變為原來的兩倍,則燈泡變得更亮答案:AC解析:大輪和小輪通過皮帶傳動,邊緣線速度相等,小輪和線圈同軸轉動,角速度相等,根據v=ωr和題意可知大輪與小輪半徑之比為4∶1,則小輪轉動的角速度為4ω,線圈轉動的角速度為4ω,A正確;線圈產生感應電動勢的最大值Emax=nBS·4ω,又S=L2聯立可得Emax=4nBL2ω則線圈產生感應電動勢的有效值E==2nBL2ω根據串聯電路分壓原理可知燈泡兩端電壓有效值為U==nBL2ω,B錯誤;若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈,則線圈的匝數變為原來的2倍,線圈產生感應電動勢的最大值E′max=8nBL2ω此時線圈產生感應電動勢的有效值E′==4nBL2ω根據電阻定律R′=ρ可知線圈電阻變為原來的2倍,即為2R,根據串聯電路分壓原理可得燈泡兩端電壓有效值U′==,C正確;若僅將小輪半徑變為原來的兩倍,根據v=ωr可知小輪和線圈的角速度變小,根據E=,可知線圈產生的感應電動勢有效值變小,則燈泡變暗,D錯誤.故選AC.考向2 非正余弦式交變電流有效值的計算例 4 [2024·湖南長沙長郡中學校考二模]在圖乙的電路中,電源輸出如圖甲所示的交變電流(不計內阻).電阻R的阻值為10 Ω,電表均為理想電表.下列判斷正確的是( )A.電壓表的示數為10 VB.電流表的示數為2 AC.若將電阻R替換為一個電容,欲使電路安全運行,其耐壓值最少為10 VD.電阻R在任意三分之一個周期內產生的熱量一定等于0.1 J答案:A解析:根據題意可知,電壓表的示數有效值為U,則有T=··解得U=10 V,故A正確;由歐姆定律可知,電流表的示數為I== A=1 A,故B錯誤;由于交流電的峰值為10 V>10 V,因此,若將電阻R換成一個耐壓值為10 V的電容,會被擊穿,故C錯誤;根據題意可知,電阻R在任意三分之一個周期內的電流有效值不一定是1 A,所以電阻R在任意三分之一個周期內產生的熱量不能用Q=I2RT=12×10×10-2 J=0.1 J計算,故D錯誤.故選A.考向3 交變電流“四值”的理解及應用例 5 (多選)如圖甲所示,標有“220 V 40 W”的燈泡和標有“20μF 360 V”的電容器并聯到交流電源上,V為交流電壓表,交流電源的輸出電壓如圖乙中正弦曲線所示,閉合開關S.下列判斷正確的是( )A.電容器會被擊穿B.交流電源的輸出電壓的有效值為220 VC.t=時刻,電壓表的示數為零D.t=時刻,通過燈泡的電流為零答案:BD解析:交流電壓的最大值為220 V≈311 V,小于電容器的額定電壓,故電容器不會被擊穿,故A錯誤;由乙圖可知,交流電壓的最大值為220 V,有效值為 V=220 V,故B正確;電壓表的示數為有效值,電壓表的示數為220 V,故C錯誤;t=時刻,燈泡兩端電壓的瞬時值為0,通過燈泡的電流的瞬時值為0,故D正確.故選BD.例 6 2022年11月23日由三峽集團研制的單機容量16兆瓦海上風電機組成功下線,該機組是目前全球單機容量最大、葉輪直徑最大的風電機組,風力發電機簡易模型如圖甲所示,某興趣小組自制了一臺風力發電機,試驗中葉輪帶動線圈在勻強磁場中轉動,產生的交流電電流隨時間變化的圖像如圖乙中所示,則下列說法中正確的是( )A.圖甲線圈在磁場中位置時產生的電流最大B.電流的有效值為10 AC.電流的頻率為5 HzD.電流的瞬時值表達式為i=10cos 0.2πt(A)答案:C解析:圖示位置恰好為中性面,此時感應電流為零,A錯誤;電流的有效值為I==5 A,B錯誤;由于周期為0.2 s,因此頻率為5 Hz,C正確;電流的瞬時值表達式為i=10cos 10πt(A),D錯誤.故選C.例 7 [2024·廣東茂名一模]無線充電技術已經在新能源汽車等領域得到應用.地下鋪設供電的送電線圈,車上的受電線圈與蓄電池相連,如圖所示.送電線圈和受電線圈匝數比為n1∶n2=4∶1.當送電線圈接上圖中的正弦交流電后,受電線圈中的電流為2 A.不考慮線圈的自感,忽略電能傳輸的損耗,下列說法正確的是( )A.受電線圈的電流方向每秒改變50次B.送電線圈的輸入功率為110 WC.受電線圈的輸出電壓為50 VD.送電線圈的輸入電壓為220 V答案:B解析:受電線圈的電流頻率與送電線圈中的電流頻率相同,即為f==50 Hz一個周期內電流方向改變2次,所以每秒電流方向改變100次,A錯誤;根據題圖可知送電線圈上正弦交流電的有效值為U=U輸入=220 V=220 V受電線圈中的電流為2 A,可得送電線圈中的電流大小為I送=·I受=×2 A=0.5 A送電線圈的輸入功率為P=220×0.5 W=110 WB正確,D錯誤;對受電線圈的輸出電壓有=得U受=55 V,C錯誤. 展開更多...... 收起↑ 資源列表 2025屆高中物理一輪復習導學案:第十三章第1講 交變電流的產生和描述.docx 2025屆高中物理一輪復習課件:第十三章第1講 交變電流的產生和描述.pptx 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫