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2024版新教材高考物理全程一轮总复习第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第1讲交变电流的产生和描述课件
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这是一份2024版新教材高考物理全程一轮总复习第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第1讲交变电流的产生和描述课件，共31页。PPT课件主要包含了必备知识·自主落实，关键能力·精准突破，正弦式，Em·sinωt，最大值，有效值，所围面积，答案C，答案A，答案B等内容，欢迎下载使用。
课 程 标 准通过实验，认识交变电流．能用公式和图像描述正弦交变电流，并能测算交变电流的峰值和有效值． 素 养 目 标物理观念：知道交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的函数表达式，理解掌握交变电流图像的意义．科学思维：掌握交变电流有效值的计算方法，会区别交变电流的“四值”，明确其在具体情况中的应用技巧．
一、交变电流、交变电流的图像1．交变电流：电流、电压的______和______都随时间做周期性变化的电流．最常见的交变电流是正弦式交变电流． 按正弦规律变化2．正弦式交变电流的产生及图像(1)产生 转轴可在任意位置①产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可产生正弦式交变电流．②两个特殊位置
(2)图像用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，则其图像为________曲线，如图所示．
(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时)①电动势e随时间变化的规律：e＝________．②路端电压u随时间变化的规律：u＝Umsin ωt＝____________．③电流i随时间变化的规律：i＝Imsin ωt＝____________，其中Em＝nBSω．Em仅由n、B、S、ω四个量决定，与轴的具体位置和线圈的形状都无关
交变电流在1 s内完成周期性变化
走进生活如图甲所示是交流发电机的示意图，其产生的正弦式交变电流的图像如图乙所示．
(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)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为零，电流方向发生改变．( )(4)交流电器设备上所标的电压和电流值是指有效值．( )(5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值．( )
考点一 交变电流的产生及规律1．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．2．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．3．需要抓住的要点：交变电流的产生要抓住“一模型”：线圈(可以是矩形、圆形、不规则形状)以线圈平面上的两点所在直线为轴绕垂直于匀强磁场的轴做圆周运动. “两平面”：一是中性面(B⊥S)，二是与中性面垂直的位置平面，确定线圈经过两平面时的各物理量．
例1 [2023·北京海淀区模拟]图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场， 为交流电流表，电阻R大小为5 Ω.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图甲所示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示．
下列说法正确的是( )A．电阻R的热功率为1 000 WB．1 s内电流方向改变50次C．t＝0.01 s时，线圈平面与磁场方向平行D．t＝0.005 s时，穿过线圈的磁通量变化最快
[教你解决问题] 读图
针 对 训 练1.[2022·浙江1月]如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动．
下列说法正确的是( )A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D．乙图中线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
解析：图中细短铁丝被磁化之后，其作用相当于小磁针，根据其分布特点可判断出甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故选项A正确；而乙图中，磁针分布的方向并不相同，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故选项B错误；根据发电机原理可知，甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故选项C错误；乙图中线圈匀速转动时，由于线圈切割磁感线的速度方向始终与磁场垂直且所在位置的磁感应强度大小不变，所以匀速转动时产生的是大小恒定的电流，故选项D错误．
2.如图，匀强磁场的磁感应强度为0.2 T，矩形线圈abcd的长和宽分别为0.2 m和0.1 m，线圈匝数为100，总电阻为2 Ω.现让线圈绕垂直于磁场的轴OO′(OO′∥ad)以100 r/s的转速匀速转动，已知t＝0时刻，磁场方向垂直于线圈平面，则( )A．t＝0时刻穿过线圈的磁通量为0.4 WbB．1 s内线圈中电流的方向变化100次C．线圈消耗的电功率为1 600π2 WD．线圈中感应电流的瞬时值表达式为i＝80πsin (200πt) A
3.[2022·广东卷]如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图．定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流．不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是( )A．两线圈产生的电动势的有效值相等B．两线圈产生的交变电流频率相等C．两线圈产生的电动势同时达到最大值D．两电阻消耗的电功率相等
考向2 交变电流的“四值”问题
课 程 标 准通过实验，认识交变电流．能用公式和图像描述正弦交变电流，并能测算交变电流的峰值和有效值． 素 养 目 标物理观念：知道交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的函数表达式，理解掌握交变电流图像的意义．科学思维：掌握交变电流有效值的计算方法，会区别交变电流的“四值”，明确其在具体情况中的应用技巧．
一、交变电流、交变电流的图像1．交变电流：电流、电压的______和______都随时间做周期性变化的电流．最常见的交变电流是正弦式交变电流． 按正弦规律变化2．正弦式交变电流的产生及图像(1)产生 转轴可在任意位置①产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可产生正弦式交变电流．②两个特殊位置
(2)图像用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，则其图像为________曲线，如图所示．
(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时)①电动势e随时间变化的规律：e＝________．②路端电压u随时间变化的规律：u＝Umsin ωt＝____________．③电流i随时间变化的规律：i＝Imsin ωt＝____________，其中Em＝nBSω．Em仅由n、B、S、ω四个量决定，与轴的具体位置和线圈的形状都无关
交变电流在1 s内完成周期性变化
走进生活如图甲所示是交流发电机的示意图，其产生的正弦式交变电流的图像如图乙所示．
(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)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为零，电流方向发生改变．( )(4)交流电器设备上所标的电压和电流值是指有效值．( )(5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值．( )
考点一 交变电流的产生及规律1．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．2．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．3．需要抓住的要点：交变电流的产生要抓住“一模型”：线圈(可以是矩形、圆形、不规则形状)以线圈平面上的两点所在直线为轴绕垂直于匀强磁场的轴做圆周运动. “两平面”：一是中性面(B⊥S)，二是与中性面垂直的位置平面，确定线圈经过两平面时的各物理量．
例1 [2023·北京海淀区模拟]图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场， 为交流电流表，电阻R大小为5 Ω.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图甲所示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示．
下列说法正确的是( )A．电阻R的热功率为1 000 WB．1 s内电流方向改变50次C．t＝0.01 s时，线圈平面与磁场方向平行D．t＝0.005 s时，穿过线圈的磁通量变化最快
[教你解决问题] 读图
针 对 训 练1.[2022·浙江1月]如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动．
下列说法正确的是( )A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D．乙图中线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
解析：图中细短铁丝被磁化之后，其作用相当于小磁针，根据其分布特点可判断出甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故选项A正确；而乙图中，磁针分布的方向并不相同，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故选项B错误；根据发电机原理可知，甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故选项C错误；乙图中线圈匀速转动时，由于线圈切割磁感线的速度方向始终与磁场垂直且所在位置的磁感应强度大小不变，所以匀速转动时产生的是大小恒定的电流，故选项D错误．
2.如图，匀强磁场的磁感应强度为0.2 T，矩形线圈abcd的长和宽分别为0.2 m和0.1 m，线圈匝数为100，总电阻为2 Ω.现让线圈绕垂直于磁场的轴OO′(OO′∥ad)以100 r/s的转速匀速转动，已知t＝0时刻，磁场方向垂直于线圈平面，则( )A．t＝0时刻穿过线圈的磁通量为0.4 WbB．1 s内线圈中电流的方向变化100次C．线圈消耗的电功率为1 600π2 WD．线圈中感应电流的瞬时值表达式为i＝80πsin (200πt) A
3.[2022·广东卷]如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图．定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流．不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是( )A．两线圈产生的电动势的有效值相等B．两线圈产生的交变电流频率相等C．两线圈产生的电动势同时达到最大值D．两电阻消耗的电功率相等
考向2 交变电流的“四值”问题
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