資源簡介

(共53張PPT)
第1講　交變電流的產生和描述
核心素養 重要考點
物理觀念 （1）理解交變電流、峰值、有效值的概念；（2）理解理想變壓器及其電壓比和電流比的規律 1.交變電流、交變電流的圖像
2.正弦交變電流的函數表達式、峰值和有效值
3.理想變壓器
4.遠距離輸電
5.傳感器的簡單使用
科學思維 （1）用等效法定義有效值和計算非正弦交變電流問題；（2）運用推理的思維方法分析理想變壓器的動態問題
科學探究 （1）探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系；（2）探究傳感器的簡單使用
科學態度
與責任 了解交變電流、傳感器知識在生活、生產和科學技術中的應用
一、交變電流的產生和變化規律
1.交變電流.
（1）定義：大小和方向隨時間做　　　　變化的電流.
（2）圖像：下圖甲、乙、丙、丁所示都屬于交變電流，其中甲屬于
　　　　交變電流.
　　甲　　　　乙　　　 　丙　　　　丁
周期性
正弦式
2.正弦式交變電流.
（1）產生：在勻強磁場里，線圈繞　　　　 　方向的軸勻速轉動.
（2）中性面.
①定義：與磁場方向　　　　的平面.
②特點：線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量　　　　，磁通量的變化率為　　　　，感應電動勢為　　　　.線圈每經過中性面一次，電流的方向就改變一次.
垂直于磁場
垂直
最大
零
零
（3）變化規律（線圈在中性面位置開始計時）
①電動勢（e）：e=　　　　.
②電壓（u）：u=　　　　.
③電流（i）：i=　　　　.
（4）圖像（如圖所示）.
甲
乙
丙　　　　　
丁　　　　　
Emsin ωt　
Umsin ωt　
Imsin ωt


相等
熱量


1.［交變電動勢］下列各圖中面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉動，其中能產生正弦式交變電動勢e=BSωsin ωt的是 （　　）
A　　　 　B　　　 　C　 　　 D
A
2.［正弦式交變電流］如圖所示，單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，設磁感應強度為0.01 T，線圈長AB為20 cm、寬AD為10 cm、轉速n為50 r/s，則線圈轉動時感應電動勢的最大值為 （　　）
A.1×10-2 V B.3.14×10-2 V
C.2×10-2 V D.6.28×10-2 V
D
【解析】感應電動勢最大值Em=BSω=BS·2πn=6.28×10-2 V.
D
4.［交變電流有效值］兩只相同的電阻，分別通以正弦波形的交變電流和方波形的交變電流，兩種交變電流的最大值相等，且周期相等（如圖甲、乙所示）.在正弦波形交變電流的一個周期內，正弦波形的交變電流在電阻上產生的焦耳熱為Q1，其與方波形交變電流在電阻上產生的焦耳熱Q2之比Q1∶Q2為 （　　）
A.1∶1 B.2∶1
C.1∶2 D.4∶3
C
（3）電流方向的改變：線圈通過中性面時，電流方向發生改變，一個周期內線圈兩次通過中性面，因此電流的方向改變兩次.
（4）交變電動勢的最大值Em=nBSω，與轉軸位置無關，與線圈形狀無關.
2.正弦式交變電流的變化規律（線圈在中性面位置開始計時，規定開始方向為正值）
物理量 函數表達式 圖像
磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt

電動勢 e=Emsin ωt=nBSωsin ωt

電壓

電流

BD
1.（多選）如圖是電動充氣泵的結構示意圖.其工作原理是：電磁鐵通入電流，彈簧片上下振動，通過橡皮碗對氣室施加力的作用，達到充氣目的.當電流從電磁鐵的a端流入時，小磁鐵被吸引而向下運動，則 （　　）
A.小磁鐵的下端為S極
B.小磁鐵的下端為N極
C.a、b間接入的可能是交流電
D.a、b間接入的可能是恒定電流
BC
【解析】根據安培定則可得電磁鐵上端為S極；根據異名磁極相吸可得小磁鐵下端為N極，A錯誤，B正確.用交流電可以讓電磁鐵上端的磁極交替變化，從而讓氣室不斷從外吸氣，對目標充氣.如果用直流電，小磁鐵要么被吸引，要么被排斥遠離，無法連續充氣，C正確，D錯誤.
D
考點2　 交變電流有效值的求解　［能力考點］
1.有效值的理解
交變電流的有效值是根據電流的熱效應來定義的，讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流的一個周期內它們產生的熱量相等，而這個恒定電流是I，電壓是U，我們就把I、U叫作這個交變電流的有效值.
B
方法歸納　幾種典型交變電流的有效值
電流名稱 電流圖像 有效值
正弦式
交變電流
正弦
半波電流
矩形脈
沖電流
非對稱性
交變電流
A
C
考點3　 交變電流的四值　［能力考點］
1.交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較
比較 含義 關系 說明
瞬時值 交變電流某一時刻的值 e=Emsin ωt
i=Imsin ωt 計算線圈某時刻的受力情況
峰值 最大的瞬時值　 討論電容器的擊穿電壓
有效值 與交變電流的熱效應等效的恒定電流的值 ①計算電功、電功率、電熱等
②設備“銘牌”一般是指有效值
③保險絲的熔斷電流為有效值
④交流電壓表和電流表的示數為有效值
平均值 交變電流圖像中圖線與時間軸所圍的面積與時間的比值 計算通過電
路截面的電
荷量
甲
乙
BD　
BD
2.（2024年東莞模擬）小型發電機的工作原理如圖甲所示，兩磁極之間可視為勻強磁場，發電機產生的交變電流的電動勢隨時間變化的關系圖像如圖乙所示.將線圈與阻值為10 Ω的定值電阻相連，不計線圈內阻，下列說法正確的是 （　　）
A.該交變電流的頻率為5 Hz
B.t=0.01 s時，線圈平面轉到中性面位置
C.0~0.01 s內，通過線圈的電荷量為0.02 C
D.如把擊穿電壓為20 V的電容器接在發電機兩端，電容器剛好不會被擊穿
B
導體棒在勻強磁場中平動 導體棒在勻強磁場中勻速平動，但導體棒切割磁感線的有效長度按正弦規律變化，則導體棒組成的閉合電路中就會產生正弦式交變電流
導體棒在勻強磁場中振動 導體棒在勻強磁場中沿平行導軌平動切割磁感線時，棒的速度按正弦規律變化，則棒中會產生正弦交變電流
棒在不均勻磁場中平動 導體棒在磁場中勻速平動切割磁感線，在棒的平動方向上，磁場按照正弦規律變化，則棒中會產生正弦交變電流
線圈處于周期性變化的磁場中 閉合線圈垂直于勻強磁場，線圈靜止不動，磁場按正弦規律做周期性變化，則線圈中會產生正弦交變電流
例4　（多選）在我國南海上有一浮桶式波浪發電燈塔，其原理如圖甲所示.浮桶內的磁體通過支柱固定在暗礁上，浮桶內置圓形線圈隨波浪相對磁體沿豎直方向做簡諧運動，其速度隨時間滿足v=0.4πsin（πt） m/s，且始終處于輻射磁場中，該線圈與阻值R=15 Ω的燈泡串聯；浮桶下部由內、外兩密封圓筒構成（俯視為圖乙中陰影部分），其內部為產生磁場的磁體；線圈匝數n=200匝，線圈所在處磁場的磁感應強度大小B=0.1 T，圓形線圈的直徑D=0.4 m，電阻r=1 Ω.計算時近似取π2=10.下列說法正確的是 （　　）
A.線圈中形成了周期為2 s的正弦式交流電
B.燈泡電流最大時，線圈處于振動的最大位移處
C.線圈中感應電動勢的峰值為32 V
D.較長時間內，燈泡的平均功率為60 W
AC　
AB　
BCD
（本欄目對應學生用書P430）
A　
C
3.由交流發電機、定值電阻R、交流電流表組成的閉合回路如圖所示.線圈ABCD逆時針方向轉動，下列說法正確的是 （　　）
A.線圈轉動過程中AD、BC邊產生感應電動勢
B.線圈轉動到圖中位置時，感應電流方向為ADCBA
C.線圈勻速轉動時，交流電流表指針左右擺動
D.線圈轉動到中性面的瞬間，電路中的電流最大
B
【解析】線圈轉動過程中AD、BC邊沒有切割磁感線，故它們不產生感應電動勢，A錯誤；對于DC邊，利用右手定則可知，線圈轉動到圖中位置時，DC邊向上運動，故感應電流方向為由D到C，所以整個線圈的感應電流為ADCBA，B正確；線圈勻速轉動時，線圈產生的是交流電，而交流電流表測量的是其有效值，有效值是不變的，故其指針穩定，不會左右擺動，C錯誤；線圈轉動到中性面的瞬間，AB和DC邊不切割磁感線，故電路中的電流最小，D錯誤.
綜合提升練
4.如圖為一個小型交流發電機的原理圖，其矩形線圈的面積為S，共有n匝，線圈總電阻為r，可繞與磁場方向垂直的固定對稱軸OO'轉動；線圈處于磁感應強度為B的勻強磁場中，線圈在轉動時可以通過滑環K和電刷L保持與外電路電阻R的連接，在外力作用下線圈以恒定的角速度ω繞軸OO'勻速轉動（不計轉動軸及滑環與電刷的摩擦）.
（1）求線圈從圖示位置轉動90°時電流表的示數；
（2）求線圈轉動N周過程中發電機線圈電阻r產生的焦耳熱.

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