高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流1 交变电流优秀导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流1 交变电流优秀导学案，文件包含第3章交变电流重难点专项突破解析版-2023-2024学年高二物理下学期同步学案+典例+练习人教版选择性必修2docx、第3章交变电流重难点专项突破原卷版-2023-2024学年高二物理下学期同步学案+典例+练习人教版选择性必修2docx等2份学案配套教学资源，其中学案共38页， 欢迎下载使用。

第3章 交变电流重难点专项突破
重难点突破

重难点突破一 交变电流图像的应用
正弦交流电的图像是一条正弦曲线，从图像中可以得到以下信息：
1.周期(T)、频率(f)和角速度(ω)：线圈转动的频率f＝，角速度ω＝＝2πf.
2.峰值(Em、Im)：图像上的最大值．可计算出有效值E＝、I＝.
3.瞬时值：每个“点”表示某一时刻的瞬时值．
4.可确定线圈平面位于中性面的时刻，也可确定线圈平面平行于磁感线的时刻．
5.可判断线圈中磁通量Φ及磁通量变化率的变化情况．
重难点突破二 交变电流“四值”的比较及应用
名称
物理含义
重要关系
应用情况
瞬时值
交变电流某一时刻的值
e＝Emsin ωt
i＝Imsin ωt
分析交变电流在某一时刻的情况，如计算某一时刻线圈受到的安培力
最大值
最大的瞬时值
Em＝NωBS
Im＝
电容器的击穿电压
有效值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
电流为正弦式交变电流时：E＝
U＝
I＝
(1)计算与电流热效应相关的量(如电功率、电热、热功率)
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值
交变电流图像中图线与时间轴所夹面积与时间的比值
＝n
＝
计算通过电路横截面的电荷量
q＝Δt＝n
典型例题分析

考点一：根据图像判定交流电的峰值和有效值
【例1】某交变电流一个周期内电流随时间变化的规律如图所示，该交变电流的有效值为（　　）

A．1.5A B． C． D．2A
【变式练习】
1．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知（　　）

A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u=100sin（100πt）V
B．该交流电的频率为25Hz
C．该交流电的电压有效值为100V
D．若将该交流电压加在阻值R=100Ω的电阻两端，则电流为1A
2．一台小型发电机与计算机相连接，计算机能将发电机产生的电动势随时间变化的图像记录下来，如图甲所示，让线圈在匀强磁场中以不同的转速匀速转动，计算机记录了两次不同转速所产生正弦交流电的图像如图乙所示，则交流电b的有效值为（　　）

A． B． C． D．
考点二：交流电的U-t图像和I-t图像
【例2】下图为正弦电流和方波电流随时间的变化关系图像，关于甲、乙、丙、丁四幅图下列说法正确的是（　　）

A．图甲中电流的最大值为，有效值为，周期为
B．图乙中电流的最大值为，有效值为，周期为
C．图丙中电流的最大值为，有效值为，周期为
D．图丁中电流的最大值为，有效值为，周期为
【变式练习】
1．如图（a）所示，在匀强磁场中，一电阻均匀的正方形单匝导线框abcd绕与磁感线垂直的转轴ab匀速转动，线圈产生的交变电动势随时间变化的规律如图（b）所示，线框总电阻为5Ω，则（　　）

A．线圈的转速为100 r/s
B．线框转动一周，cd边产生的焦耳热为3. 87J
C．在0~0. 01s时间内，通过线框某一横截面的电荷量约为0. 02C
D．当线框平面与中性面的夹角为45°时，线框产生的电动势的大小为22V
2．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．该交流电的频率为25Hz
B．该交流电的电压的有效值为100V
C．该交流电压瞬时值的表达式为
D．若将该交流电压加在阻值为的电阻两端，该电阻消耗的功率为50W
考点三：计算线圈转动过程中的电动势和电流的平均值
【例3】如图所示，一矩形金属线圈面积为S、匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度ω绕垂直磁场的固定轴匀速转动。则（　　）

A．线圈中磁通量变化率的最大值NBSω
B．电动势的峰值是NBSω
C．从如图位置开始转过60°时，电动势的瞬时值是
D．从中性面开始转过90°的过程中，电动势的平均值是
【变式练习】
1．在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线框绕竖直轴逆时针匀速转动，线框的匝数为100匝，通过线圈的磁通量随时间t变化的关系如图（b）所示。下列说法正确的是（　　）

A．线框转动的角速度为
B．内线圈的平均感应电动势为
C．时线圈的瞬时感应电动势为
D．一个周期内线圈中感应电动势的有效值为
2．交流发电机线圈电阻，用电器电阻，电压表示数为，如图所示，那么该交流发电机（　　）

A．电动势的峰值为
B．电动势的有效值为
C．交流发电机的线圈通过中性面时电动势的瞬时值为
D．交流发电机的线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为
课后小练

一、单选题
1．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，，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
2．一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，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（　　）

A．1∶ B．∶1 C．1∶2 D．2∶1
3．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则 (　　)

A．电压表的示数为220 V
B．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C．灯泡实际消耗的功率为484 W
D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J
4．图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=22：3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（　　）

A．1 Ω B．5 Ω C．6 Ω D．8 Ω
5．如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动．磁场的磁感应强度B=×10-2T，线圈的面积s=0.02m2，匝数N=400匝，线圈总电阻r=2Ω，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R=8Ω连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，线圈的转速n=r/s．在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是（ ）

A．交流发电机产生电动势随时间的变化关系是e=8sin100t(V)
B．交流电压表的示数为8V
C．从t＝0时刻开始线圈平面转过30º的过程中，通过电阻的电量约为5.6×10-3C
D．电阻R上的热功率为6.4W
6．2020年9月，中国发布“双碳战略”，计划到2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。电力作为远程输送能量的载体，特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一。若在输送电能总功率、输电线电阻不变的情况下，仅将原来的150kV高压输电升级为1350kV的特高压输电，下列说法正确的是（　　）
A．输电线中的电流变大 B．输电线上损失的电压变大
C．输电线上损失的功率变小 D．用户得到的电功率变小
7．如图所示， 理想变压器原线圈接在的交流电源上， 副线圈接三个阻值相同的电阻R，不计电表内电阻影响。闭合开关S后（　　）

A．电流表的示数减小
B．电压表的示数减小
C．电压表的示数不变
D．电流表的示数不变
8．利用半导体二极管的单向导电性，可以对交变电流进行整流，将交变电流变为直流，一种简单的整流电路如图甲所示，ab为交变电流信号输入端，D为半导体二极管，R为定值电阻。信号输入后，电阻R两端输出的电压信号如图乙所示，则关于该输出信号，下列说法正确的是（   ）  

A．频率为100Hz
B．电压有效值为
C．一个标有“90V，30μF”的电容器并联在电阻R两端，可以正常工作
D．若电助理R=10Ω，则1min内R产生的热量为1.5×104 J
二、实验题
9．某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示.

(1)下列说法正确的是_______。
A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
E．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用
(2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是___________。
A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变
C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起

(3)理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素________；并证明：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即.
三、解答题
10．如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，转动的角速度ω=10π rad/s，线圈的匝数N=10匝、电阻r=1Ω，线圈所围面积S=0.1m2．线圈的两端经滑环和电刷与阻值R=9Ω的电阻相连，匀强磁场的磁感应强度B=1T．在t=0时刻，线圈平面与磁场方向平行，（取3.14， 取10）则：

(1)从图示位置开始计时，写出通过R的电流的瞬时表达式；
(2)若在R两端接一个交流电压表，它的示数为多少？
(3)线圈从图示位置转过 过程中，通过R的电荷量q为多少？