2021江苏高考物理一轮教师用书：第十一章 第1讲 交变电流的产生和描述 WORD版含答案.docx

1、目标要求内容要求说明1.交变电流、正弦式交变电流及描述通过实验，认识交变电流能用公式和图象描述正弦交变电流“电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用”的内容不作要求.2.变压器及远距离输电通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系知道远距离输电时通常采用高压输电的原因3.发电机和电动机了解发电机和电动机工作过程中的能量转化认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用4.传感器知道非电学量转换成电学量的技术意义通过实验，了解常见传感器的工作原理列举传感器在生产生活中的应用实验十四探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系第1讲交变电流的产生和描述一、正弦式交变电流1产生线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速

2、转动2两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，SB，最大，0，e0，i0，电流方向将发生改变(2)线圈平面与中性面垂直时，SB，0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变3电流方向的改变一个周期内线圈中电流的方向改变两次4交变电动势的最大值EmnBS，与转轴位置无关，与线圈形状无关5交变电动势随时间的变化规律(中性面开始计时)enBSsin t.自测1(多选)关于中性面，下列说法正确的是()A线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零B线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大C线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次D线圈每转动

3、一周即经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次答案AC二、描述交变电流的物理量1周期和频率(1)周期T：交变电流完成1次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s)表达式为T(n为转速)(2)频率f：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)(3)周期和频率的关系：T或f.2交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值(2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值(4)正弦式交变电流的有效

4、值与最大值之间的关系I，U，E.(5)交变电流的平均值n，.自测2(2020贵州安顺市质检)如图1所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个匝数为N的矩形线圈abcd，线圈面积为S，ab边与磁场垂直，ab边始终与金属滑环K相连，cd边始终与金属滑环L相连现使矩形线圈以恒定角速度，从图示位置绕过ad、bc中点的轴匀速转动下列说法中正确的是( )图1A将交流电流表串联到电路中，其示数随时间按余弦规律变化B线圈转动的角速度越大，通过电阻R的电流越小C线圈平面与磁场平行时，瞬时感应电动势最大且EmNBSD线圈平面每转过半圈，穿过线圈平面的磁通量变化量为零答案C解析交流电流表测量的是交变电流的有效值，不

5、随时间变化，故A错误；根据eNBScos t可知，线圈转动的角速度越大，产生的感应电动势越大，通过电阻R的电流越大，故B错误；题图所示位置，线圈平面与磁场平行，产生的感应电动势最大，最大值为EmNBS，故C正确；线圈从中性面位置每转过半圈，穿过线圈平面的磁通量变化量为2BS，故D错误.1交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) 规律物理量函数表达式图象磁通量mcos tBScos t电动势eEmsin tnBSsin t电压uUmsin tsin t电流iImsin tsin t2.交变电流瞬时值表达式(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式EmnBS求出相应峰值(2)明确

6、线圈的初始位置，找出对应的函数关系式如：线圈在中性面位置开始计时，则it图象为正弦函数图象，函数表达式为iImsin t.线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则it图象为余弦函数图象，函数表达式为iImcos t.例1一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图2所示，则下列说法正确的是()图2At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量最大Ct3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大D当电动势e变换方向时，通过线圈的磁通量都最大答案D解析根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势为零时(如在t1、t3、t5时刻)，即电动势方向改变时，磁通

7、量的变化率为零，线圈平面与中性面重合，通过线圈的磁通量最大，A、C错误，D正确；感应电动势最大时(如在t2、t4时刻)，磁通量的变化率最大，线圈平面与磁感线平行，通过线圈的磁通量为零，B错误变式1(多选)(2019江苏苏、锡、常、镇四市联考)如图3甲所示为风力发电的简易模型，在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的永磁体转动，转速与风速成正比，某一风速时，线圈中产生的正弦式电流如图乙所示，则()图3A电流的瞬时值表达式为i0.6sin 10t (A)B永磁体的转速为10 r/sC风速加倍时，电流的瞬时值表达式为i1.2sin 10t (A)D风速加倍时，线圈中电流的有效值为0.6 A答案AD解

8、析T0.2 s， rad/s10r/s，电流的瞬时值表达式为i0.6sin 10t (A)，A对；n5 r/s，B错；当风速加倍时，转速加倍，由2n知i1.2sin 20t(A)，C错；当风速加倍时，Im1.2 A，I A0.6 A，D对1有效值的规定交变电流、恒定电流I直分别通过同一电阻R，在交流的一个周期内产生的焦耳热分别为Q交、Q直，若Q交Q直，则交变电流的有效值II直(直流有效值也可以这样算)2有效值的理解(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值；(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值；(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值；(4)没有特别加

9、以说明的，是指有效值；(5)“交流的最大值是有效值的倍”仅适用于正(余)弦式交变电流3有效值的计算(1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间(周期整数倍)”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解(2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量(3)利用两个公式QI2Rt和Qt可分别求得电流有效值和电压有效值(4)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I、U求解例2(2018全国卷16)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

10、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4所示则Q方Q正等于()图4A1 B.1C12 D21答案D解析由有效值概念知，一个周期内产生的热量Q方T，Q正TTT，故Q方Q正21.变式2(2019湖北武汉市二月调研)如图5(a)所示，阻值为R20 的定值电阻接在如图(b)所示的交流电上，交流电的前半个周期为正弦交流电，后半个周期为恒定电流理想交流电压表的示数为()图5A20 V B20 V C20 V D40 V答案C解析原线圈中电流的有效值满足关系：I2RT2R(2)2R解得：I A，又原、副线圈中的电流比为：，所以I2 A理想交流电压表的示数为：UIR20 V，故C

11、正确，A、B、D错误变式3(2019江苏南京市、盐城市一模)一交变电流随时间变化的图象如图6所示，此交变电流的有效值是()图6A7 A B5 AC7 A D10 A答案B解析取一个周期进行分段求解电热，由题图可知交流电的周期：T0.04 s，交流电在0为恒定电流，则电流的有效值大小I18 A，交流电在T为恒定电流，则电流的有效值大小I26 A设电阻阻值为R，则交流电在一个周期内产生的热量：Q1I12RI22R等效的直流电在一个周期T内产生的电热：Q2I有2RT根据交流电有效值的定义，可得：Q1Q2即：I12RI22RI有2RT，解得：I有5 A，故A、C、D错误，B正确变式4(2020山东日照

12、市调研)在匀强磁场中，一个100匝的矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，线圈外接定值电阻和理想交流电流表(如图7甲所示)穿过该线圈的磁通量按正弦规律变化(如图乙所示)已知线圈的总电阻为2 ，定值电阻R8 .下列说法正确的是()图7A电动势的瞬时值表达式e4sin t(V)B电流表的示数最小为0C一个周期内产生的热量约为32 JD0.51.5 s的时间内，通过线圈横截面的电荷量为0答案C解析感应电动势的最大值为EmNBSNmNm4 V，线圈电动势的瞬时值表达式为e4cos t(V)，故A错误；交流电流表的示数为交变电流的有效值，I A0.4 A一个周期内产生的热量为QI2(Rr)T(0

13、.4)2(82)2 J32 J，故B错误，C正确；由题图乙可知，0.51.5 s的时间内，磁通量的变化量2m8102 Wb，则通过线圈横截面的电荷量为qItt C C，故D错误物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsin t iImsin t计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值EmnBSIm讨论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的值EUI适用于正(余)弦式交变电流(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等) (2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间

14、的比值Bln计算通过导线横截面的电荷量例3(多选)(2019江苏泰州二中期末)如图8甲所示为一交变电压随时间变化的图象，每个周期内，前二分之一周期电压恒定，后二分之一周期电压按正弦规律变化若将此交流电连接在如图乙所示的电路中，电阻R阻值为100 ，则()图8A理想电流表读数为0.75 AB理想电压表读数为100 VC电阻R消耗的电功率为56 WD电阻R在100秒内产生的热量为5 625 J答案AD解析在0T时间内，产生的热量为T，解得U75 V，则理想电压表的读数为75 V，理想电流表的读数为：I0.75 A，选项A正确，B错误；电阻R消耗的电功率为PIU56.25 W，选项C错误；电阻R在1

15、00秒内产生的热量为QPt5 625 J，选项D正确变式5(2019江苏无锡市期末)一正弦交流电的电流随时间变化的规律如图9所示，由图可知()图9A该交流电的电流瞬时值表达式为i2sin 100t(A)B该交流电的频率是50 HzC该交流电的电流有效值为2 AD若该交流电通过R10 的电阻，则电阻消耗的功率是20 W答案D解析由题图可知该交流电周期为4102 s，电流的最大值为2 A，初相位为0，则电流瞬时值表达式为i2sin 50t(A)，频率为25 Hz，A、B错误；由于该电流是正弦式交变电流，则有效值I有效 A，C错误；功率PI有效2R20 W，D正确1(交变电流的有效值求解)(2019

16、江苏徐州市摸底)图10甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化下列说法正确的是()图10A图甲表示交流电，图乙表示直流电B两种电压的有效值相等C图甲所示电压的瞬时值表达式为u311 sin(100t) VD图甲所示电压经匝数比为101的变电器变压后，频率为原来的答案C解析题图甲、乙均表示交流电，故A错误；题图甲表示正弦式交流电，周期为2102 s，则100 rad/s，所以电压的瞬时值表达式为u311sin (100t) V，故C正确；题图甲和题图乙电压的有效值并不相同，故B错误；变压器只能改变交流电的电压，不能改变交流电的频率，故D错误2.(交变电流有效值的理解和应用)(

17、2019江苏启东市期末)如图11，实验室一台手摇交流发电机，内阻r1 ，外接R9 的电阻闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e10sin 10t(V)，则()图11A该交变电流的频率为10 HzB该电动势的有效值为10 VC外接电阻R所消耗的电功率为9 WD电路中理想交流电流表的示数为 A答案C解析正弦式交流电电动势的瞬时值表达式为eEmsin t，由此可知Em10 V，10 rad/s，则该交变电流的频率f5 Hz，故A错误；该电动势的有效值为E V10 V，故B错误；电路中理想交流电流表的示数I A1 A，外接电阻R所消耗的电功率：PI2R129 W9 W，故C正确，

18、D错误3(交变电流“四值”理解)小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈绕OO匀速转动，如图12所示矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()图12A峰值是e0 B峰值是2e0C有效值是Ne0 D有效值是Ne0答案D解析矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以发电机的电动势峰值为2Ne0，A、B错误；由于不计线圈的电阻，所以发电机的输出电压有效值为Ne0，故D正确1(多选)下面关于交变电流的说法中正确的是()A交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的

19、峰值B用交流电流表和电压表测量的数值是交变电流的瞬时值C给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下是指有效值D和交变电流有相同热效应的恒定电流的数值是交变电流的有效值答案CD2一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时，以下说法错误的是()A线圈中的感应电动势为零B线圈平面与磁感线方向垂直C通过线圈的磁通量达到最大值D通过线圈的磁通量变化率达到最大值答案D解析在中性面时，线圈与磁场垂直，磁通量最大，通过线圈的磁通量变化率为零，感应电动势为零，故A、B、C正确，D错误3(2020辽宁大连市质检)A、B是两个完全相同的电热器，A通以图1甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示

20、的正弦式交变电流，则两电热器的电功率PAPB等于()图1A54 B32 C.1 D21答案A解析根据电流有效值的定义可知I02R()2RIA2RT，解得有效值IAI0，而IB，根据功率的计算公式PI2R可得PAPBIA2IB 254，故A正确4(2019山东聊城市二模)如图2甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO匀速转动，从某时刻开始计时，产生的感应电动势e随时间t的变化图象如图乙所示，若外接电阻R70 ，线圈电阻r10 ，则下列说法正确的是()图2A线圈的角速度为100 rad/sB0.01 s末穿过线圈的磁通量最大C通过线圈的最大电流为1.25 AD理想交流电压表的示数为8

21、7.5 V答案C解析由题图乙知，交流电的周期T4102 s，线圈转动的角速度 rad/s50 rad/s，故A项错误；由题图乙知，0.01 s末线圈产生的感应电动势最大，则0.01 s末线圈平面与磁场平行，线圈的磁通量为0，故B项错误；由题图乙知，线圈产生感应电动势的最大值Em100 V，则线圈的最大电流Im A1.25 A，故C项正确；线圈产生感应电动势的有效值E V50 V，理想交流电压表的示数UR70 V61.9 V，故D项错误5(2020贵州贵阳市模拟)如图3甲为某品牌电热毯的简易电路，电热丝的电阻为R484 ，现将其接在u220sin 100t(V)的正弦交流电源上，电热毯被加热到一

22、定温度后，温控装置P使输入电压变为图乙所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝的电阻保持不变，则保温状态下，理想交流电压表V的读数和电热毯消耗的电功率最接近下列哪一组数据()图3A220 V、100 W B156 V、50 WC110 V、25 W D311 V、200 W答案B解析由题图乙可知温控装置P输入的交变电流的周期T2102 s；可分为0和T两段，根据有效值的定义可得0T，解得U156 V，电热毯在保温状态下消耗的电功率为P50 W，故B正确6(多选)(2019天津卷8)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，穿过线框的磁通量与时间t的关系图象如图4乙所示下列

23、说法正确的是()图4A.时刻线框平面与中性面垂直B线框的感应电动势有效值为C线框转一周外力所做的功为D从t0到t过程中线框的平均感应电动势为答案BC解析由t图象可知，时刻穿过线框的磁通量最大，则线框位于中性面，A错误；线框中产生的感应电动势的最大值应为EmNBS，又，N1，BSm，则整理得Em，因此感应电动势的有效值为E，B正确；由功能关系可知线框转动一周外力所做的功等于线框中产生的焦耳热，有WT，C正确；0的过程中，线框中产生的平均感应电动势为，D错误7如图5甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的左端接一只小灯泡，线圈所在空间内存在与线圈平面垂直且均匀分布的磁场已知线圈的匝数n100匝

24、、总电阻r1.0 、所围成矩形的面积S0.040 m2，小灯泡的电阻R9.0 ，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为enBmScos t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化求：图5(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0时间内，通过小灯泡的电荷量答案(1)8.0 V(2)2.88 W(3)4.0103 C解析(1)由题图乙知，线圈中产生的交变电流的周期T102 s，所以EmnBmS8.0 V.(2)电流的最大值Im0.80 A，有效值I A，小灯泡消耗的电功率PI2R2.88 W.(3)在0时间内，电动势的平均值，平均电流，通过灯泡的电荷量qt4.0103 C.