(新高考)高考物理一轮复习课件第11章第1讲《交变电流的产生和描述》(含解析)

这是一份(新高考)高考物理一轮复习课件第11章第1讲《交变电流的产生和描述》(含解析)，共60页。PPT课件主要包含了按正弦规律变化，周期性，与磁感线垂直的平面，匀速转动，发生改变，有效值，最大值，所围面积，课时作业等内容，欢迎下载使用。

第1讲　交变电流的产生和描述
主干梳理 对点激活
一 堵点疏通1．将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕位于线圈平面内且垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中产生的一定是正弦式交变电流。(　　)2．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，经过中性面时，线圈中的感应电动势最大。(　　)3．有效值公式I＝ 适用于任何交变电流。(　　)4．交流电表的测量值是交变电流的有效值。(　　)5．我国使用的交变电流周期是0.02 s，电流方向每秒改变100次。(　　)6．电路中保险丝的熔断电流是指电流的最大值。(　　)7．电容器的耐压值要高于交变电流的最大电压才不会被击穿。(　　)
二 对点激活1．下图中不表示交变电流的是(　　)
解析　大小和方向都发生周期性变化的电流是交变电流，A项的电流方向不变，所以A是直流电而不是交流电，B、C、D项中的电流都是交变电流，故选A。
2．(人教版选择性必修第二册·P48·演示实验改编)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
解析　交流电是指大小和方向发生周期性变化的电流，直流电的方向不变，恒定电流的大小与方向均不变，涡流是感应电流；手摇发电机产生的是交流电，因为该类二极管具有单向导电性，所以通过每个二极管的电流方向不变，为直流电，B正确。
3．(人教版选择性必修第二册·P51·T1改编)(多选)关于中性面，下列说法正确的是(　　)A．线圈在转动中经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零B．线圈在转动中经过中性面位置时，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．线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次
解析　线圈在转动中经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈每经过一次中性面，线圈中感应电流的方向就改变一次，线圈每转动一周，两次经过中性面，感应电流的方向改变两次，B、D错误，A、C正确。
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1.正弦式交流电产生过程中的两个特殊位置
2．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置时开始计时)
例1　(2020·北京市房山区二模)如图所示，a→b→c→d过程是交流发电机发电的示意图，下列说法正确的是(　　)A．当线圈转到图a位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大B．从图b开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝ImsinωtC．当线圈转到图c位置时，感应电流最小，且感应电流方向将要改变D．当线圈转到图d位置时，感应电动势最小，ab边感应电流方向为b→a
提示：最大。(2)感应电流在什么位置改变方向？提示：中性面位置即穿过线圈的磁通量最大的位置。
尝试解答　选C。当线圈转到图a位置时，线圈处于中性面位置，线圈平面与磁感线垂直，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为0，A错误；图b中，线圈处于与中性面垂直的位置，此时线圈中产生的感应电流最大，故从图b开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝Imcsωt，B错误；当线圈转到图c位置时，线圈处于中性面的位置，感应电流最小，且感应电流的方向将要改变，C正确；当线圈转到图d位置时，ab、cd边切割磁感线的速度最大，故线圈中感应电动势最大，由右手定则可知，ab边感应电流方向为b→a，D错误。
[变式1－1]　(多选) 如图所示，闭合的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动。为了使线圈中的感应电动势的最大值增大为原来的2倍，下列方法可行的是(　　)A．仅把线圈改为圆形B．仅把转速变为原来的2倍C．仅把磁感应强度变为原来的2倍D．仅把转轴移到cd位置
[变式1－2]　(2020·天津市部分区高三质量调查)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时的Φ­t图像如图所示，将此线圈与R＝4 Ω的电阻连接，R的功率为2π2 W，不计线圈的电阻，下列说法正确的是(　　)A．交变电流的频率为50 HzB．t＝0.5 s时线圈中的电流最大C．t＝1 s时线圈处于“中性面”位置D．线圈产生电动势的最大值是4π V
[变式1－3]　为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕中心转轴OO1按图甲所示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸内)，并从图甲所示位置开始计时。此时产生的交变电流如图乙所示。第二次他仅将转轴移至ab边上，第三次他仅将转轴右侧的磁场去掉，关于后两次的电流图像，下列说法正确的是(　　)
A．第二次是图1 B.第二次是图3C．第三次是图2 D.第三次是图4
2．几种典型的电流及其有效值
提示：有效值。(2)如何求加在电灯上的电压？提示：根据电流的热效应及正弦式交流电的有效值求解。
交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较
例3　(2020·山东省聊城市二模)如图所示，磁极N、S间的磁场可看作匀强磁场，磁感应强度大小为B0，矩形线圈ABCD的面积为S，线圈共n匝，电阻为r，线圈通过滑环与理想交流电压表V和阻值为R的定值电阻相连，AB边与滑环E相连，CD边与滑环F相连。线圈绕垂直于磁感线的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动，图示位置恰好与磁感线方向垂直。以下说法正确的是(　　)
提示：有效值。(2)求通过电阻R的电荷量时用交流电的什么值？提示：平均值。
解决交变电流“四值”问题的关键(1)涉及到交流电表的读数、功、功率、热量都用有效值。(2)涉及计算通过截面的电荷量用平均值。(3)涉及电容器的击穿电压考虑峰值。(4)涉及电流、电压随时间变化的规律时，即与不同时刻有关，考虑瞬时值。
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3．(2017·天津高考)(多选)在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2 Ω，则(　　)A．t＝0时，线圈平面平行于磁感线B．t＝1 s时，线圈中的电流改变方向C．t＝1.5 s时，线圈中的感应电动势最大D．一个周期内，线圈产生的热量为8π2 J
1．图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是(　　)解析　只要闭合线圈绕线圈平面内垂直磁感线的轴匀速转动，就能产生正弦式交流电，与轴的位置、线圈的形状无关。除C项的轴与磁感线平行外，其他选项的轴都与磁感线垂直。故C正确，A、B、D错误。
2．(2020·北京市朝阳区一模)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图甲所示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)A．电流表的示数为20 AB．线圈转动的角速度为50π rad/sC．t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零D．t＝0.02 s时，线圈平面与磁场方向垂直
3.(2021·八省联考福建卷)一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴位于线圈平面内，并与磁场方向垂直，产生的交变电流i随时间t变化关系如图所示，则(　　)A．该交变电流频率是0.4 HzB．该交变电流有效值是0.8 AC．t＝0.1 s时，穿过线圈的磁通量最小D．该交变电流瞬时值表达式是i＝0.8 sin5πt(A)
A．小电珠中电流的峰值为0.16 AB．小电珠中电流的有效值为0.16 AC．电压表的示数约为1.5 VD．t＝0.01 s时外力的大小为0.128 N
二、非选择题(本题共1小题，共19分)10．(19分)如图所示，一个半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B。M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：