2025秋高考物理复习专题十一交变电流第1讲交变电流的产生和描述课件（53页PPT）

(共53张PPT)
第1讲　交变电流的产生和描述
核心素养 重要考点
物理观念 （1）理解交变电流、峰值、有效值的概念；（2）理解理想变压器及其电压比和电流比的规律 1.交变电流、交变电流的图像
2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值
3.理想变压器
4.远距离输电
5.传感器的简单使用
科学思维 （1）用等效法定义有效值和计算非正弦交变电流问题；（2）运用推理的思维方法分析理想变压器的动态问题
科学探究 （1）探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系；（2）探究传感器的简单使用
科学态度
与责任 了解交变电流、传感器知识在生活、生产和科学技术中的应用
一、交变电流的产生和变化规律
1.交变电流.
（1）定义：大小和方向随时间做　　　　变化的电流.
（2）图像：下图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流，其中甲属于
　　　　交变电流.
　　甲　　　　乙　　　 　丙　　　　丁
周期性
正弦式
2.正弦式交变电流.
（1）产生：在匀强磁场里，线圈绕　　　　 　方向的轴匀速转动.
（2）中性面.
①定义：与磁场方向　　　　的平面.
②特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量　　　　，磁通量的变化率为　　　　，感应电动势为　　　　.线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次.
垂直于磁场
垂直
最大
零
零
（3）变化规律（线圈在中性面位置开始计时）
①电动势（e）：e=　　　　.
②电压（u）：u=　　　　.
③电流（i）：i=　　　　.
（4）图像（如图所示）.
甲
乙
丙　　　　　
丁　　　　　
Emsin ωt　
Umsin ωt　
Imsin ωt


相等
热量


1.［交变电动势］下列各图中面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，其中能产生正弦式交变电动势e=BSωsin ωt的是 （　　）
A　　　 　B　　　 　C　 　　 D
A
2.［正弦式交变电流］如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，设磁感应强度为0.01 T，线圈长AB为20 cm、宽AD为10 cm、转速n为50 r/s，则线圈转动时感应电动势的最大值为 （　　）
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】感应电动势最大值Em=BSω=BS·2πn=6.28×10-2 V.
D
4.［交变电流有效值］两只相同的电阻，分别通以正弦波形的交变电流和方波形的交变电流，两种交变电流的最大值相等，且周期相等（如图甲、乙所示）.在正弦波形交变电流的一个周期内，正弦波形的交变电流在电阻上产生的焦耳热为Q1，其与方波形交变电流在电阻上产生的焦耳热Q2之比Q1∶Q2为 （　　）
A.1∶1 B.2∶1
C.1∶2 D.4∶3
C
（3）电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此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.
2.正弦式交变电流的变化规律（线圈在中性面位置开始计时，规定开始方向为正值）
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

电流

BD
1.（多选）如图是电动充气泵的结构示意图.其工作原理是：电磁铁通入电流，弹簧片上下振动，通过橡皮碗对气室施加力的作用，达到充气目的.当电流从电磁铁的a端流入时，小磁铁被吸引而向下运动，则 （　　）
A.小磁铁的下端为S极
B.小磁铁的下端为N极
C.a、b间接入的可能是交流电
D.a、b间接入的可能是恒定电流
BC
【解析】根据安培定则可得电磁铁上端为S极；根据异名磁极相吸可得小磁铁下端为N极，A错误，B正确.用交流电可以让电磁铁上端的磁极交替变化，从而让气室不断从外吸气，对目标充气.如果用直流电，小磁铁要么被吸引，要么被排斥远离，无法连续充气，C正确，D错误.
D
考点2　 交变电流有效值的求解　［能力考点］
1.有效值的理解
交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的，让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I，电压是U，我们就把I、U叫作这个交变电流的有效值.
B
方法归纳　几种典型交变电流的有效值
电流名称 电流图像 有效值
正弦式
交变电流
正弦
半波电流
矩形脉
冲电流
非对称性
交变电流
A
C
考点3　 交变电流的四值　［能力考点］
1.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较
比较 含义 关系 说明
瞬时值 交变电流某一时刻的值 e=Emsin ωt
i=Imsin ωt 计算线圈某时刻的受力情况
峰值 最大的瞬时值　 讨论电容器的击穿电压
有效值 与交变电流的热效应等效的恒定电流的值 ①计算电功、电功率、电热等
②设备“铭牌”一般是指有效值
③保险丝的熔断电流为有效值
④交流电压表和电流表的示数为有效值
平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 计算通过电
路截面的电
荷量
甲
乙
BD　
BD
2.（2024年东莞模拟）小型发电机的工作原理如图甲所示，两磁极之间可视为匀强磁场，发电机产生的交变电流的电动势随时间变化的关系图像如图乙所示.将线圈与阻值为10 Ω的定值电阻相连，不计线圈内阻，下列说法正确的是 （　　）
A.该交变电流的频率为5 Hz
B.t=0.01 s时，线圈平面转到中性面位置
C.0~0.01 s内，通过线圈的电荷量为0.02 C
D.如把击穿电压为20 V的电容器接在发电机两端，电容器刚好不会被击穿
B
导体棒在匀强磁场中平动 导体棒在匀强磁场中匀速平动，但导体棒切割磁感线的有效长度按正弦规律变化，则导体棒组成的闭合电路中就会产生正弦式交变电流
导体棒在匀强磁场中振动 导体棒在匀强磁场中沿平行导轨平动切割磁感线时，棒的速度按正弦规律变化，则棒中会产生正弦交变电流
棒在不均匀磁场中平动 导体棒在磁场中匀速平动切割磁感线，在棒的平动方向上，磁场按照正弦规律变化，则棒中会产生正弦交变电流
线圈处于周期性变化的磁场中 闭合线圈垂直于匀强磁场，线圈静止不动，磁场按正弦规律做周期性变化，则线圈中会产生正弦交变电流
例4　（多选）在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔，其原理如图甲所示.浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶内置圆形线圈随波浪相对磁体沿竖直方向做简谐运动，其速度随时间满足v=0.4πsin（πt） m/s，且始终处于辐射磁场中，该线圈与阻值R=15 Ω的灯泡串联；浮桶下部由内、外两密封圆筒构成（俯视为图乙中阴影部分），其内部为产生磁场的磁体；线圈匝数n=200匝，线圈所在处磁场的磁感应强度大小B=0.1 T，圆形线圈的直径D=0.4 m，电阻r=1 Ω.计算时近似取π2=10.下列说法正确的是 （　　）
A.线圈中形成了周期为2 s的正弦式交流电
B.灯泡电流最大时，线圈处于振动的最大位移处
C.线圈中感应电动势的峰值为32 V
D.较长时间内，灯泡的平均功率为60 W
AC　
AB　
BCD
（本栏目对应学生用书P430）
A　
C
3.由交流发电机、定值电阻R、交流电流表组成的闭合回路如图所示.线圈ABCD逆时针方向转动，下列说法正确的是 （　　）
A.线圈转动过程中AD、BC边产生感应电动势
B.线圈转动到图中位置时，感应电流方向为ADCBA
C.线圈匀速转动时，交流电流表指针左右摆动
D.线圈转动到中性面的瞬间，电路中的电流最大
B
【解析】线圈转动过程中AD、BC边没有切割磁感线，故它们不产生感应电动势，A错误；对于DC边，利用右手定则可知，线圈转动到图中位置时，DC边向上运动，故感应电流方向为由D到C，所以整个线圈的感应电流为ADCBA，B正确；线圈匀速转动时，线圈产生的是交流电，而交流电流表测量的是其有效值，有效值是不变的，故其指针稳定，不会左右摆动，C错误；线圈转动到中性面的瞬间，AB和DC边不切割磁感线，故电路中的电流最小，D错误.
综合提升练
4.如图为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线圈的面积为S，共有n匝，线圈总电阻为r，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO'转动；线圈处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈在转动时可以通过滑环K和电刷L保持与外电路电阻R的连接，在外力作用下线圈以恒定的角速度ω绕轴OO'匀速转动（不计转动轴及滑环与电刷的摩擦）.
（1）求线圈从图示位置转动90°时电流表的示数；
（2）求线圈转动N周过程中发电机线圈电阻r产生的焦耳热.