高中人教物理专题14.1 交变电流的产生与描述【讲】【解析版】.docx

专题14.1 交变电流的产生与描述【讲】
目录
一 讲核心素养 1
二 讲必备知识 1
【知识点一】正弦交变电流的产生及变化规律 1
【知识点二】交变电流的有效值 3
【知识点三】交变电流“四值”的理解与应用 5
三．讲关键能力----会分析产生正弦式交流电的常见模式 8
【模式一】导体棒在匀强磁场中做正弦式运动 8
【模式二】线圈不动，磁场按正弦规律变化 8
【模式三】在匀强磁场中导体棒的长度与时间成正弦规律变化 9
一 讲核心素养
物理观念：峰值、有效值。
1.理解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.
2.科学思维：“图象法”“等效法”。
3.科学态度：认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。
二 讲必备知识
【知识点一】正弦交变电流的产生及变化规律
1．交流电产生过程中的两个特殊位置
图示
概念
中性面位置
与中性面垂直的位置
特点
B⊥S
B∥S
Φ＝BS，最大
Φ＝0，最小
e＝n＝0，最小
e＝n＝nBSω，最大
感应电流为零，方向改变
感应电流最大，方向不变
2.正弦式交变电流的变化规律
磁通量：Φ＝Φmcos ωt；电动势：e＝Em sin ωt；电流：i＝Imsin ωt.
【例1】(2021·安徽合肥市第二次教学质检)如图所示，矩形线圈处在磁感应强度大小为B、方向水平向右的匀强磁场中，线圈通过电刷与定值电阻R及理想电流表相连接，线圈绕中心轴线OO′ 以恒定的角速度ω匀速转动，t＝0时刻线圈位于与磁场平行的位置。已知线圈的匝数为n、面积为S、阻值为r。则下列说法正确的是(　　)
A.t＝0时刻流过电阻R的电流方向向左
B.线圈中感应电动势的瞬时表达式为e＝nBSωsin ωt
C.线圈转动的过程中，电阻R两端的电压为
D.从t＝0时刻起，线圈转过60°时电阻R两端的电压为
【答案】　D
【解析】　t＝0时刻线框与磁场方向平行，即线框的速度与磁场方向垂直，由右手定则可知，流过电阻R 的电流方向向右，故A错误；从与中性面垂直的位置开始计时，感应电动势随时间按余弦规律变化，且最大感应电动势Em＝nBSω，所以感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBSωcos ωt，故B错误；线圈转过的过程中，最大感应电动势Em＝nBSω，则产生的感应电动势的有效值为E＝nBSω，因此电阻R两端的电压为U＝，故C错误；线圈从t＝0开始转过60°时，电阻R两端的电压为UR＝＝，故D正确。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念和科学思维。
【技巧总结】求解正弦式交变电流的三点注意
(1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式．
(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积．
(3)转轴相对线圈的位置改变，或线圈的形状改变时，电动势的最大值仍可由Em＝nBSω计算．
【变式训练】(2021·北京市丰台区二模)某交变电动势瞬时值表达式e＝10sin(2πt) V，则(　　)
A.交变电流的频率为2 Hz B.交变电流的周期为