2025版高考物理一轮复习第十一章第1讲交变电流的产生和描述教案新人教版.docxVIP

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第1讲交变电流的产生和描述

考点1正弦交变电流的产生及变更规律

1．交变电流产生过程中的两个特别位置

2.正弦式交变电流的变更规律(从线圈在中性面位置起先计时)

规律

物理量

函数表达式

图象

磁通量

Φ＝Φmcosωt＝BScosωt

电动势

e＝Emsinωt＝nBSωsinωt

电压

u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt

电流

I＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt

1．(2024·重庆巴蜀模拟)如图所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框与磁感线垂直的转轴匀速转动，则下列说法中正确的是(A)

A．矩形金属线框中能产生正弦式交变电流

B．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势的方向就变更一次，感应电流的方向不变

C．当线框平面与中性面重合，磁通量最大，感应电动势最大

D．当线框平面与中性面垂直时，线框的磁通量及磁通量变更率均为零

解析：本题考查线圈在匀强磁场中转动产生交变电流，搞清磁通量变更与产生感应电动势的关系可快速求解．依据磁通量变更的规律知此矩形金属线框中能产生正弦式交变电流，故A正确；从矩形金属线框与磁感线垂直的转轴匀速转动起先计时，此线圈产生的电动势瞬时值表达式为e＝NBSωsinωt，所以线圈每经过中性面一次电动势方向变更一次，相应的电流方向也变更一次，故B错；当线框平面与中性面重合，磁通量最大，感应电动势最小，故C错误；当线框平面与中性面垂直时，磁通量最小，磁通量变更率最大，故D错．

2．(多选)在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变更．设线圈总电阻为2Ω，则(AD)

A．t＝0时，线圈平面平行于磁感线

B．t＝1s时，线圈中的电流变更方向

C．t＝1.5s时，线圈中的感应电动势最大

D．一个周期内，线圈产生的热量为8π2J

解析：本题考查正弦沟通电的产生、有效值、焦耳热．由Φ-t图可知，t＝0时，Φ＝0，则线圈平面平行于磁感线，选项A正确；t＝1s时，Φ＝0，此时电动势最大，电流方向不变，t＝0.5s和t＝1.5s时，Φ最大，此时电动势为0，电流变更方向，选项B、C错误；沟通电电动势的最大值Em＝nBSω＝nΦmeq\f(2π,T)＝4πV，有效值E＝eq\f(\r(2),2)Em＝2eq\r(2)πV，一个周期内线圈产生的热量Q＝eq\f(E2,R)·T＝8π2J，D正确．

3．(2024·南京、盐城模拟)图甲是小型沟通发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变更的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为90Ω的灯泡，不计电路的其他电阻，则(B)

A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直

B．每秒钟内电流方向变更100次

C．灯泡两端的电压为22V

D．0～0.01s时间内通过灯泡的电量为0

解析：由题图乙电动势随时间变更的正弦规律图象可知：计时起点e＝0，即从中性面起先计时，选项A错误；由图象可知：电动势周期为0.02s，所以频率为50Hz，即每秒钟内电流方向变更100次，选项B正确；由图象可知：电动势的有效值为22V，所以灯泡两端的电压为U＝eq\f(90,100)×22V＝19.8V，选项C错误；0～0.01s时间内通过灯泡的电流均为正方向，所以电量不为0，选项D错误．

对交变电流产生的进一步理解

(1)电流方向的变更：线圈通过中性面时，电流方向发生变更，一个周期内线圈通过中性面两次，电流的方向变更两次．

(2)感应电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴的位置无关，与线圈形态无关．

(3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再依据特别位置求解．

考点2交变电流有效值的理解与计算

1．正弦式沟通电有效值的求解

利用I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，E＝eq\f(Em,\r(2))计算．

2．非正弦式沟通电有效值的求解

交变电流的有效值是依据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算．留意“三同”：即“相同电阻”“相同时间”内产生“相同热量”．计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期．

1．如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在沟通电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示．此时，接在电热丝两端的沟通电压表的读数为(D)

A．110V B．311V

C．220V D．156V

解析：由图象可知该交变电流的周期T＝2×10