人教版高中物理第1讲 交变电流的产生和描述.docx

课程标准内容及要求
核心素养及关键能力
核心素养
关键能力
1.通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正弦交变电流。
概念及规律的理解
理解能力，应用数学知识分析问题
2.实验十五：探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
物理规律
应用能力
3.知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。
物理规律
理解及应用能力
4.了解发电机和电动机工作过程中的能量转化。认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。
5.知道非电学量转换成电学量的技术意义。
6.实验十六：通过实验，了解常见传感器的工作原理。会利用传感器制作简单的自动控制装置。
科学探究
电路设计能力
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，＝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，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＝nBSωsin__ωt。
【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.线圈每转动一周即经过中性面一次，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：交变电流完成一次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s)。表达式为T＝＝(n为转速)。
(2)频率f：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比，单位是赫兹(Hz)。
(3)周期和频率的关系：T＝或f＝。
2.峰值、有效值和平均值
(1)峰值：交变电流或电压所能达到的最大的值。
(2)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。
(3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系
I＝，U＝，E＝。
(4)交变电流的平均值
＝n，＝。
【自测2】 [2020·河南省九师联盟模拟(二)]当矩形线框在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动时，产生的交变电流随时间的变化规律如图1甲所示。已知图乙中定值电阻R的阻值为10 Ω，电容器C的击穿电压为5 V。则下列选项正确的是(　　)
图1
A.矩形线框中产生的交变电流的瞬时值表达式为
i＝0.6sin(100πt)A
B.矩形线框的转速大小为100 r/s
C.若将图甲中的交流电接在图乙的电路两端，电容器不会被击穿(通过电容器电流可忽略)
D.矩形线框的转速增大一倍，则交变电流的表达式为
i＝1.2sin(100πt)A
答案　A
解析　由图像可知，矩形线框转动的周期T＝0.02 s，则ω＝＝100π rad/s，所以线框中产生的交变电流的表达式为i＝0.6sin(100πt)A，故A项正确；矩形线框转动的周期T＝0.02 s，所以线框1 s转50转，即转速为50 r/s，故B项错误；若将图甲中的交流电接在图乙的电路两端，通过电容器电流可忽略，则定值电阻两端电压为u＝iR＝0.6×10sin(100πt)V＝6sin(100πt)V，由于最大电压大于电容器的击穿电压，电容器将被击穿，故C项错误；若矩形线框的转速增大一倍，角速度增大一倍，即为ω′＝200π rad/s，角速度增大一倍，电流的最大值增大一倍，即为Im′＝1.2 A，则电流的表达式为i2＝1.2sin(200πt)A，故D项错误。
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＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势
e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt
电压
u＝Umsin ωt＝sin ωt
电流
i＝Imsin ωt＝sin ωt
2.交变电流瞬时值表达式
(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线圈从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＝Imsin ω