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备考2024届高考物理一轮复习讲义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考点1交变电流的产生及变化规律
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这是一份备考2024届高考物理一轮复习讲义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考点1交变电流的产生及变化规律，共6页。
考点1 交变电流的产生及变化规律
有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示；图中N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮.如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电.判断下列说法的正误.
（1）自行车匀速行驶时，线圈中产生的是交流电.（ √ ）
（2）自行车的速度加倍，线圈中交变电流的周期加倍.（ ✕ ）
（3）小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关.（ ✕ ）
（4）知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里电流方向变化的次数.（ √ ）
研透高考 明确方向
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 ）
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 甲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D错误.
2.交流发电机的示意图如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为e＝20sin100πt（V）.下列说法正确的是（ D ）
A.此交流电的频率为100Hz
B.此交流电动势的有效值为20V
C.当线圈平面转到图示位置时产生的感应电动势最大
D.当线圈平面转到与中性面垂面的位置时磁通量的变化率最大
解析 此交流电的频率为f＝ω2π＝100π2πHz＝50Hz，选项A错误；此交流电动势的最大值为20V，有效值为202V＝102V，选项B错误；当线圈平面转到题图示位置时磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，产生的感应电动势为零，选项C错误；当线圈平面转到与中性面垂面的位置时磁通量的变化率最大，选项D正确.
命题拓展
一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'，以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.
（1）此时线圈中感应电流的方向为 b→a （填“a→b”或“b→a”）.
（2）转动过程中感应电动势的最大值为 NBωL2 .
（3）线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为 12NBωL2 .
（4）设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做的功为 πN2B2ωL4R＋r .
解析 （1）根据楞次定律可知，此时线圈中感应电流的方向为b→a
（2）转动过程中感应电动势的最大值为
Em＝NBωS＝NBωL2
（3）线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势
e＝Emcs60°＝12NBωL2
（4）电动势的有效值E＝22Em
电流的有效值I＝ER＋r
柴油机做的功转化为电能，线圈转一周，柴油机做的功
W＝EIT＝N2B2ω2L42（R＋r）·2πω＝πN2B2ωL4R＋r
方法点拨
感应电动势瞬时值表达式的推导
若从线圈平面与中性面成φ0夹角位置开始计时，则瞬时值表达式中加初相位φ0即可，表达式为e＝NBSω sin (ωt＋φ0).若从线圈垂直中性面位置开始计时(此时φ0＝π2)，则e＝NBSω csωt.课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.通过实验，认识交变电流.
2.能用公式和图像描述正弦交变电流.
交变电流的产生及变化规律
2023：湖南T9；
2022：广东T4，浙江1月T9；
2021：浙江1月T16；
2019：天津T8
1.物理观念：知道交变电流的产生及变化规律，理解交变电流的“四值”.
2.科学思维：能用公式和图像描述交变电流；运用等效思想求解交变电流的有效值.
3.科学探究：通过实验观察交变电流的波形.
4.科学态度与责任：通过观察实验现象，探究问题，发现规律，认识科学本质，掌握交变电流描述和应用的方法.
交变电流的图像及“四值”的应用
2022：海南T5；
2021：北京T5，天津T3；
2020：全国ⅢT20；
2019：天津T8
交变电流有效值的理解与计算
2021：辽宁T5，浙江6月T5；
2020：海南T3
命题分析预测
题目多以发电机为载体，考查交变电流的产生及描述，涉及“四值”问题，多为选择题形式，难度较小.根据近几年考情可知，2025年高考，交变电流的产生原理和非正弦交变电流有效值的计算应引起重视.
考点1 交变电流的产生及变化规律
有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示；图中N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮.如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电.判断下列说法的正误.
（1）自行车匀速行驶时，线圈中产生的是交流电.（ √ ）
（2）自行车的速度加倍，线圈中交变电流的周期加倍.（ ✕ ）
（3）小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关.（ ✕ ）
（4）知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里电流方向变化的次数.（ √ ）
研透高考 明确方向
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 ）
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 甲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D错误.
2.交流发电机的示意图如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为e＝20sin100πt（V）.下列说法正确的是（ D ）
A.此交流电的频率为100Hz
B.此交流电动势的有效值为20V
C.当线圈平面转到图示位置时产生的感应电动势最大
D.当线圈平面转到与中性面垂面的位置时磁通量的变化率最大
解析 此交流电的频率为f＝ω2π＝100π2πHz＝50Hz，选项A错误；此交流电动势的最大值为20V，有效值为202V＝102V，选项B错误；当线圈平面转到题图示位置时磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，产生的感应电动势为零，选项C错误；当线圈平面转到与中性面垂面的位置时磁通量的变化率最大，选项D正确.
命题拓展
一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'，以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.
（1）此时线圈中感应电流的方向为 b→a （填“a→b”或“b→a”）.
（2）转动过程中感应电动势的最大值为 NBωL2 .
（3）线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为 12NBωL2 .
（4）设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做的功为 πN2B2ωL4R＋r .
解析 （1）根据楞次定律可知，此时线圈中感应电流的方向为b→a
（2）转动过程中感应电动势的最大值为
Em＝NBωS＝NBωL2
（3）线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势
e＝Emcs60°＝12NBωL2
（4）电动势的有效值E＝22Em
电流的有效值I＝ER＋r
柴油机做的功转化为电能，线圈转一周，柴油机做的功
W＝EIT＝N2B2ω2L42（R＋r）·2πω＝πN2B2ωL4R＋r
方法点拨
感应电动势瞬时值表达式的推导
若从线圈平面与中性面成φ0夹角位置开始计时，则瞬时值表达式中加初相位φ0即可，表达式为e＝NBSω sin (ωt＋φ0).若从线圈垂直中性面位置开始计时(此时φ0＝π2)，则e＝NBSω csωt.课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.通过实验，认识交变电流.
2.能用公式和图像描述正弦交变电流.
交变电流的产生及变化规律
2023：湖南T9；
2022：广东T4，浙江1月T9；
2021：浙江1月T16；
2019：天津T8
1.物理观念：知道交变电流的产生及变化规律，理解交变电流的“四值”.
2.科学思维：能用公式和图像描述交变电流；运用等效思想求解交变电流的有效值.
3.科学探究：通过实验观察交变电流的波形.
4.科学态度与责任：通过观察实验现象，探究问题，发现规律，认识科学本质，掌握交变电流描述和应用的方法.
交变电流的图像及“四值”的应用
2022：海南T5；
2021：北京T5，天津T3；
2020：全国ⅢT20；
2019：天津T8
交变电流有效值的理解与计算
2021：辽宁T5，浙江6月T5；
2020：海南T3
命题分析预测
题目多以发电机为载体，考查交变电流的产生及描述，涉及“四值”问题，多为选择题形式，难度较小.根据近几年考情可知，2025年高考，交变电流的产生原理和非正弦交变电流有效值的计算应引起重视.
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备考2024届高考物理一轮复习讲义第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第3讲电磁振荡与电磁波考点2电磁波： 这是一份备考2024届高考物理一轮复习讲义第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第3讲电磁振荡与电磁波考点2电磁波，共4页。
