2023高考物理一轮复习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学生用书.docx

第 十 三 章 交变电流电磁振荡与电磁波传感器【核心素养】物理观念：1.理解交变电流的产生，理解交变电流“四值”问题，理解理想变压器及远距离输电原理；2.掌握交变电流的描述方法，运用能量观念分析变压器及远距离输电问题；3.了解电磁振荡和电磁波知道电磁波的发射、传播和接收认识电磁场的物质性；4.认识电磁波谱知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用知道光也是一种电磁波科学思维：1.运用等效思想求解交变电流问题；2.建构理想变压器及远距离输电模型分析求解问题科学探究：通过实验，认识交变电流，了解变压器的工作原理，探究传感器的简单使用科学态度与责任：认识电磁学在人类生活和社会发展过程中的作用【命题探究】1.命题分析：本专题的考题贴近生活，与生活、生产实际联系紧密题目多以发电机为载体，考查交变电流的产生及其描述，综合变压器以及远距离输电等多个考点，以选择题形式出现，难度中等2趋势分析：根据近几年考情可知，高考对本专题的考查较为常规，交变电流的产生原理及远距离输电问题及对电磁波的认识及理解应引起重视【试题情境】生活实践类：家用和工业电路、家用电器、磁电式电流表、发电机、变压器、远距离输电、无线充电、电磁波谱、电磁波与实际生活和科技前沿的结合学习探索类：探究变压器原副线圈电压关系问题、传感器的简单应用等第1讲交变电流的产生和描述【必备知识·自主排查】一、交变电流、交变电流的图像1交变电流：电流、电压的_和_都随时间做周期性变化的电流最常见的交变电流是_交变电流2正弦交流电的产生及图像(1)产生产生：如图所示，在匀强磁场里，线圈绕_方向的轴匀速转动时，可产生正弦式交变电流两个特殊位置：中性面与磁场方向_的平面中性面的垂面与磁场方向_的平面(2)图像用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，则其图像为_曲线，如图所示(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时)：电动势e随时间变化的规律：e_路端电压u随时间变化的规律：uUmsin t_电流i随时间变化的规律：iImsin t_，其中Em_二、描述交变电流的物理量1周期和频率(1)周期T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一周)所需要的时间，国际单位是秒(s)公式：T2.(2)频率f：_的次数，单位是赫兹(Hz)(3)周期和频率的关系：T_或f_2正弦交变电流的四值(1)瞬时值：交变电流某一_的值，是时间的函数(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的_(3)有效值：定义：让交流电和直流电通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的_相等，就把这一直流电的数值叫作这一交流电的_有效值和峰值的关系：EEm2，UUm2，IIm2 .(4)平均值：交变电流图像中波形与横轴_跟时间的比值【教材拓展】1.人教版选择性必修第二册P48图3.13(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)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴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()(3)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值()(4)交变电流的峰值总是有效值的2倍()(5)可以用平均值计算交变电流产生的热量()(6)交流电路中电压表、电流表的示数都是有效值()(7)正弦交变电流14周期与12周期内电流的有效值一定不同()2人教版选择性必修第二册P48演示改编把发光颜色不同的两个二极管并联(该类二极管具有单向导电性，导通时发光)，使两者正负极方向不同当摇动如图所示的手摇发电机时，两个二极管交替发光，则流过其中一个二极管的电流是()A交流电B直流电C恒定电流 D涡流3人教版选择性必修第二册P53思考与讨论改编某交变电流的i ­ t图像如图所示，则其电流的有效值为()A1.5 A B2 AC145 A D285 A【关键能力·分层突破】考点一交变电流的产生及规律1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，因此电流的方向改变两次2交变电动势的最大值EmnBS，与转轴位置无关，与线圈形状无关【跟进训练】1.交流发电机发电示意图如图所示，线圈转动过程中，下列说法正确的是()A转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大B转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零C转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大D转到图丁位置时，AB边感应电流方向为AB2如图甲所示，一个矩形导线框放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的固定轴OO以角速度2 rad/s顺时针转动若以线框平面与磁场方向垂直时(如图乙)为计时起点，并规定bc边中电流i的方向由b流向c时为正，则下列i ­ t图像正确的是()32021·河南商丘九校联考矩形线圈在匀强磁场中转动，产生交流电动势的瞬时值为e2202sin 100t(V)，则下列说法中正确的是()A当t0时，线圈平面与中性面垂直B当t1200 s时，穿过线圈的磁通量等于零C该交流电不能击穿标注为“300 V5 F”的电容器D若转速n提高一倍，其他条件不变，则电动势的变化规律将变为e4402sin 100t(V)考点二交变电流“四值”的理解与应用角度1 交变电流有效值的求解(1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”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QU2Rt可分别求得电流有效值和电压有效值(4)若图像部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的14周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和12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IIm2、UUm2求解例1 2021·浙江6月，5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()AUUm2 BU2Um2CU>2Um2 DU<2Um2解题心得角度2 交变电流的“四值”问题例2 2021·浙江1月，16(多选)发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示其他电阻不计，图乙中的Um为已知量则金属框转动一周 ()A框内电流方向不变B电动势的最大值为UmC流过电阻的电荷量q2BL2RD电阻产生的焦耳热QUmBL2R解题心得命题分析试题情境属于基础应用性题目，以发电机为素材创设学习探索问题情境必备知识考查电荷量的计算式、法拉第电磁感应定律、交变电流的最大值和有效值、焦耳定律等知识关键能力考查理解能力、推理能力要求考生从题目和图像中提取有效信息并把直流电路规律迁移应用到交流电路中学科素养考查物理观念、科学思维要求考生分清发电机的内、外电路并掌握交变电流中电荷量及焦耳热的计算方法【跟进训练】4.2022·重庆模拟在图乙所示的电路中，通入图甲所示的交变电流，此交变电流的每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定电阻R的阻值为12 ，电表均为理想电表下列判断正确的是()A电压表的示数为62 VB该交变电流的电压有效值为43 VC电阻R一个周期内产生的热量一定大于9 JD电流表的示数为0.5 A52022·湖北名校联考如图所示，粗细均匀的单匝等边三角形导线框单位长度的电阻为r，绕着垂直于匀强磁场的轴OO匀速转动，转动角速度为.若线框边长为L，磁感应强度为B，图中所示为t0时刻线框与磁场平行，则下列说法正确的是()A此时线圈中的磁通量最大B此时a、b两点电压Uab3BL24C若导线框转过90°后开始计时，则产生的交流电的电压有效值变小D从t0时刻起，线框转过90°的时间内，流过线框横截面的电荷量q3BL12r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必备知识·自主排查一、1大小方向正弦式2(1)垂直于磁场垂直平行(2)正弦式(3)Em·sin tEmRR+r·sin tEmR+r·sin tnBS二、1(2)交变电流在1 s内完成周期性变化(3)1f1T2(1)时刻(2)最大值(3)热量有效值(4)所围面积教材拓展1答案：(1)×(2)(3)×(4)×(5)×(6)(7)×2答案：B3答案：C关键能力·分层突破1解析：转到图甲位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小为零，故A错误；转到图乙位置时，线圈产生的感应电动势最大，故B错误；转到图丙位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流最小，且感应电流方向改变，故C错误；转到图丁位置时，根据楞次定律可知AB边感应电流方向为AB，故D正确答案：D2解析：本题考查交变电流的产生和交变电流图像问题矩形导线框放置在匀强磁场中，产生的感应电流周期为T24 s，由右手定则可判断出在前14周期产生的电流i的方向为由b流向c，方向为正且逐渐增大，所以A正确答案：A3解析：本题考查交变电流的产生和描述t0时，电动势为零，此时磁通量最大，线圈平面与磁感线垂直，线圈平面与中性面重合，选项A错误；当t1200 s时，e2202·sin 100×1200 V2202 V，电动势最大，磁通量为零，线圈平面与中性面垂直，选项B正确；300 V是电容器允许的最高电压，而该交流电最大电压是2202 V311 V>300 V，所以此交流电可以击穿标注为“300 V5F”的电容器，选项C错误；当转速n提高一倍时，由2n，EmNBS，可知增加一倍，则电动势的变化规律将变为e4402sin 200t(V)，选项D错误答案：B例1解析：因虚线是正弦交流电的图像，则该交流电的有效值为U有效值Um22Um2.由图可知，在任意时刻，实线所代表的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值，则实线所代表的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值，则U<2Um2，D正确答案：D例2解析：由于滑环的作用，通过R的电流方向不变，但是框内的电流方向是变化的，A错误；由题图可知，由于线框没有电阻，所以电动势等于电阻两端的电压，B正确；因为流过R的电流方向不变，金属框转动半周，流过R的电荷量qItERtR2BL2R，所以金属框转动一周流过R的电荷量q2q4BL2R，C错误；由UmBL2，解得UmBL2，金属框转动一周，电阻产生的焦耳热QU2RTUm22R·2UmBL2R，D正确答案：BD4解析：根据有效值的定义，在一个周期内，由焦耳定律得62V22R×1 s6 V2R×2 sU2R×3 s，可得电压有效值U6 V，电压表示数为有效值，故A、B错误；热量必须根据有效值进行计算，则QU2RT9 J，故C错误；电流表示数也为有效值，则IUR0.5 A，故D正确答案：D5解析：线框的面积为S12·32L·L34L2，图示时刻线框平面和磁场方向平行，所以穿过线框的磁通量为零，选项A错误；产生的交流电压最大值为EmaxBS34BL2，此时a、b两点的电压瞬时值为UabI·rLEmax3rLrL3BL212，选项B错误；根据EmaxBS可得，交流电电压最大值不变，由E有Emax2，可知电压有效值不变，选项C错误；从t0时刻起，线框转过90°的时间内，流过线框横截面的电荷量为qERttRtRBS3rLB3rL·34L23BL12r，选项D正确答案：D