【备考2022】高考物理一轮复习学案 11.1 交变电流的产生和描述 有解析

中小学教育资源及组卷应用平台 【备考2022】高考物理一轮复习学案 11.1 交变电流的产生和描述 一、交变电流的产生和变化规律 1． 交变电流 大小和方向都随时间做周期性变化的电流．如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示． 2． 正弦交流电的产生和图象 (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． (2)中性面 ①定义：与磁场方向垂直的平面． ②特点 a．线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零． b．线圈转动一周，两次经过中性面．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次． (3)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦函数曲线． 二、正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 1． 周期和频率 (1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝. (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． 正弦式交变电流的函数表达式(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＝Emsin_ωt. (2)负载两端的电压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ω等于线圈转动的角速度，Em＝nBSω. 3． 交变电流的瞬时值、峰值、有效值 (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数． (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值，也叫最大值． (3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值．对正弦交流电，其有效值和峰值的关系为：E＝，U＝，I＝. (4)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值 核心素养一　交变电流的变化规律 1． 正弦式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 图象 磁通量 Φ＝Φmcos ωt ＝BScos ωt 电动势 e＝Emsin ωt　 ＝nBSωsin ωt 电压 u＝Umsin ωt　 ＝sin ωt 电流 i＝Imsin ωt　 ＝sin ωt 2. 两个特殊位置的特点 (1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变． (2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变． 特别提醒　1.只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，就产生正弦式交流电，其变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关． 2． Φ－t图象与对应的e－t图象是互余的． 核心素养二　交流电有效值的求解 有效值是交流电中最重要的物理量，必须会求解，特别是正弦交流电的有效值，应记 住公式．求交变电流有效值的方法有： (1)利用I＝，U＝，E＝计算，只适用于正(余)弦式交流电． (2)非正弦式交流电有效值的求解根据电流的热效应进行计算，其中，交变电流的有效值是根据电流通过电阻时产生的热效应定义的，即让交变电流和直流电流通过相同的电阻，在相同的时间里若产生的热量相同，则交变电流(电压)的有效值就等于这个直流电流(电压)的值，即求解交变电流有效值问题必须在相同电阻、相同时间、相同热量的“三同”原则下求解． 核心素养三　交变电流的“四值”的比较与理解 1． 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较 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 e＝Emsin ωti＝Imsin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝nBSωIm＝ 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 E＝U＝I＝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 ... ...