2024年高考物理第一轮复习课件：第十二章 第1讲　交变电流的产生和描述

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第十二章 第1讲　交变电流的产生和描述，共58页。PPT课件主要包含了垂直于，周期性，单位时间，交变电流的产生和描述，答案C，答案D，答案B等内容，欢迎下载使用。
【素养解读·评价要求】1．本章涉及的知识点有交变电流的产生过程，交变电流的图像和四值，理想变压器的工作原理及原副线圈与各物理量之间的制约关系，远距离输电的升压、降压工作模式及功率和电压的损耗。本章经常以选择题的形式命题考查，主要考查考生对交变电流的图像、四值、理想变压器及远距离输电等知识的理解。题目有一定的综合性，侧重基础知识的考查，难度中偏易。学科素养主要落实科学思维方法及科学探究能力的提升。
2．我国远距离输电技术处于世界领先水平，与之相关的信息给予题应多训练，随着现代技术与人工智能的发展，传感器的应用越来越广泛，与传感器有关的信息题和实验题应增加关注。
第1讲　交变电流的产生和描述
[自主落实]一、交变电流1．交变电流大小和____都随时间做周期性变化的电流。
2．正弦式交变电流的产生条件和图像(1)产生条件：在匀强磁场中，线圈绕_______磁场方向的轴_____转动。
(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，因此电流的方向一个周期改变两次。
(4)图像：线圈从中性面位置开始计时，电动势e、电压u和电流i随时间变化的图像分别如图甲、乙、丙所示。
二、描述正弦式交变电流的物理量1．周期和频率
2．交变电流的“四值”(1)瞬时值：交变电流某一____的值，是时间的函数，如e＝Emsin ωt。(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的____值。(3)有效值：让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的____相等，就把这一恒定电流的数值叫作这一交变电流的有效值。
[自我诊断]一、判断题(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。( )(6)分析电容器的耐压值应考虑电压的峰值。( )
2．两只相同的电阻，分别通以正弦波形的交流电和方波形的交流电，两种交流电的最大值与周期相等(如图甲、乙所示)。在正弦波形交流电的一个周期内，正弦波形的交流电在电阻上产生的焦耳热为Q1，其与方波形交流电在电阻上产生的焦耳热Q2之比Q1∶Q2等于(　　)A．1∶1　　　　　　B．2∶1　　　C．1∶2 D．4∶3
2．交变电流瞬时值表达式(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值。(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。如：①线圈在中性面位置开始计时，则i-t图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsin ωt。②线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则it图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imcs ωt。
【例1】　(2022·海南三亚质检)在正弦交流电的产生原理中，有个称之为“中性面”的概念，下列关于它的说法正确的是(　　)A．中性面就是线圈所在的平面B．中性面与磁场平行C．线圈经过中性面时，磁通量最大D．线圈经过中性面时，电动势最大
[解析]　中性面是指线圈平面与磁感线垂直的位置，则线圈在中性面时，穿过线圈的磁通量最大，由于线圈不切割磁感线，即磁通量的变化率为零，故产生的感应电动势为零，故A、B、D错误，C正确。
【例2】　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化。设线圈总电阻为2 Ω，则(　　)A．t＝0时，线圈平面平行于磁感线B．t＝1 s时，线圈中的电流改变方向C．t＝1．5 s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16π2 J
1．(交变电流图像的应用)风电是一种清洁、绿色的可再生能源，中国的风电装机容量目前处于世界领先地位。风力发电的简易模型如图甲所示，在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁体转动，磁体下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时，传感器显示线圈两端电压如图乙所示，则(　　)
A．磁体的转速为10 r/sB．线圈两端电压的有效值为12 VC．交变电流的电压表达式为u＝12sin 5πt VD．该交变电流的频率为50 Hz
2．(两图线的比较)如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线b所示。以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是 (　　)
交变电流有效值的求解三法
　有效值的理解与计算　　
(2)定义法：对于非正弦式电流，计算有效值时要抓住“三同”，即“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，列式求解时时间一般取一个周期或周期的整数倍。(3)能量守恒法：当有电能和其他形式的能转化时，可利用能量守恒定律来求有效值。
【例3】　一交流电压随时间变化的图像如图所示，此交流电压的有效值为(　　)
【例4】　(2018·全国Ⅲ卷)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示，则Q方∶Q正等于(　　)
【例5】　(2021·浙江6月选考)如图所示，虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图像，它们的周期T和最大值Um相同，则实线所对应的交流电的有效值U满足(　　)
3．(周期的波形)一种调光台灯电路示意图如图甲所示，它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度，给该台灯接220 V的正弦交变电流后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为(　　)
5．(峰值不对称的正弦式波形)电压u随时间t的变化情况如图所示，图中上下波形均为正弦函数图像的一部分，则电压的有效值为(　　)A．137 V B．163 VC．174 V D．196 V
正弦式交变电流的“四值”及应用
　交变电流“四值”的理解和应用　　
【例6】　如图甲所示，标有“220 V　40 W”的电灯和标有“20 μF　300 V”的电容器并联接到交流电源上， 为交流电压表。交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关S，下列判断正确的是(　　)
【例7】　单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是(　　)
7．(交变电流“四值”的应用)如图所示，N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO′匀速转动，线框面积为S，线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想交流电流表 和二极管D。二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是(　　)
解析：二极管具有单向导电性，因此电路中只有正向电流，图像如图所示。
8．(交变电流“四值”的计算)(2021·江苏卷)贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4 000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20 T，线圈的匝数为100、面积为0.5 m2，电阻为0．6 Ω。若磁体转动的角速度为90 rad/s，线圈中产生的感应电流为50 A，求：(1)线圈中感应电动势的有效值E；(2)线圈的输出功率P。
答案：(1)636 V　(2)3．03×104 W