人教2023年高考物理一轮复习(全国版) 第12章 第1讲　交变电流的产生和描述.docx

全国卷
自主命题卷
考情分析
2020·全国卷Ⅱ·T19　远距离输电
2020·全国卷Ⅲ·T20　有效值、理想变压器、交变电流的图象
2018·全国卷Ⅲ·T16　有效值、热量的计算
2016·全国卷Ⅰ·T16　变压器
2021·广东卷·T7　理想变压器
2021·湖南卷·T6　理想变压器
2021·河北卷·T8　交变电流的描述、理想变压器
2021·浙江6月选考·T5　有效值
2020·江苏卷·T2　电流互感器
2020·山东卷·T5　有效值、理想变压器、交变电流的图象
2020·浙江7月选考·T11　远距离输电
试题情境
生活实践类
发电机、变压器、远距离输电、无线充电、家用和工业电路、家用电器等
学****探究类
探究家用小型发电机的原理，探究负载增加对供电系统的影响
第1讲　交变电流的产生和描述
目标要求　1.理解正弦式交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的函数表达式.2.理解并掌握交变电流图象的意义.3.理解描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值.4.知道交流电“四值”在具体情况下的应用．
考点一　正弦式交变电流的产生及变化规律
1．产生
线圈绕垂直于匀强磁场方向的轴匀速转动．
2．两个特殊位置的特点
(1)线圈平面转到中性面时，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．
3．一个周期内线圈中电流的方向改变两次．
4．描述交变电流的物理量
(1)最大值
Em＝NBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关(填“有关”或“无关”)．
(2)周期和频率
①周期(T)：交变电流完成一次周期性变化所需的时间．单位是秒(s)，公式T＝.
②频率(f)：交变电流在单位时间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＝或f＝.
5．交变电流的变化规律(线圈从中性面开始计时)
函数表达式
图象
磁通量
Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势
e＝Emsin ωt＝NBSωsin ωt
1．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流．(　×　)
2．线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大．(　×　)
3．线圈经过中性面时，感应电动势为零，感应电流方向发生改变．(　√　)
4．当线圈从垂直中性面开始计时，产生的电动势按正弦规律变化，即e＝Emsin ωt.(　×　)
书写交变电流瞬时值表达式的技巧
(1)确定正弦交变电流的峰值：根据已知图象读出或由公式Em＝NBSω求出相应峰值．
(2)明确线圈的初始位置：
①若线圈从中性面位置开始计时，则i－t图象为正弦函数图象，函数表达式为i＝Imsin ωt.
②若线圈从垂直中性面位置开始计时，则i－t图象为余弦函数图象，函数表达式为i＝Imcos ωt.
例1　一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，内阻不计．转轴位于线圈平面内，并与磁场方向垂直．产生的电动势随时间变化的规律如图所示，则(　　)
A．该交变电流频率是0.4 Hz
B．计时起点，线圈恰好与中性面重合
C．t＝0.1 s时，穿过线圈平面的磁通量最大
D．该交变电动势瞬时值表达式是e＝10cos 5πt(V)
答案　C
解析　由题图可知电压随着时间变化的周期为T＝0.4 s，故频率为f＝＝ Hz＝2.5 Hz，故A错误；计时起点，电动势最大，所以此时磁通量为0，线圈和中性面垂直，故B错误；t＝0.1 s时，电动势为0，穿过线圈平面的磁通量最大，故C正确；该交变电动势最大值为Um＝10 V，ω＝＝＝5π rad/s，又从垂直中性面开始计时，所以电动势瞬时值表达式是 e＝Emcos ωt＝10cos 5πt(V)，故D错误．
例2　为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴OO1按图示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸内)，并从图甲所示位置开始计时，此时产生的交流电如图乙所示．第二次他仅将转轴移至ab边上，第三次他仅将转轴OO1右侧的磁场去掉，关于后两次的电流图象，下列说法正确的是(　　)
A．第二次是(a)图 B．第二次是(c)图
C．第三次是(b)图 D．第三次是(d)图
答案　D
解析　第二次将转轴移到ab边上产生的感应电流与第一次相同，第三次将OO1右侧的磁场去掉，线圈在转动过程中只有一边切割磁感线，产生的交变电流的最大值为原来的，D正确．
例3　(多选)如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速