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高中物理沪科技版（2020）选修第二册第二节 交变电流复习课件ppt
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这是一份高中物理沪科技版（2020）选修第二册第二节 交变电流复习课件ppt，共44页。PPT课件主要包含了图12-1-1，正弦规律，Emsinωt，NBSω，对中性面的理解，电流方向，变化快慢，ω2π，最大值，有效值等内容，欢迎下载使用。
第1节 交变电流的产生和描述
一、正弦式交变电流的产生和变化规律1.正弦式交变电流.
(1)定义：按__________变化的交变电流，简称正弦式电流.(2)产生：当闭合线圈由中性面位置(图 12-1-1 中 O1O2 位置)开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变化的函数是正弦函数：e＝________，其中 Em＝________.这就是正弦式交变电流.
(1)中性面是与磁场方向________的平面，是假想的参考面.(2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量______，而磁通量的变化率为 0，产生的感应电动势为 0.(3)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面的磁通量为____，但磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大.(4)线圈每经过中性面一次，___________就改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两次.
二、描述交变电流的物理量
1.周期和频率：描述交变电流____________的物理量.(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).周期越大，交变电流变化越______，在一个周期内，交变电流的方向变化两次.(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，符号为 Hz.频率越大，交变电流变化越快.
(3)周期和频率的关系：f＝______＝
(4)我国生活用电的电压是_____，周期是 0.02 s，频率是_____，
每秒钟电流方向变化 100 次.
2.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值.
(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：让交变电流与恒定电流分别通过________的电阻，如果它们在一个周期产生的热量相等，则这个恒定电流 I、恒定电压 U 就是这个交变电流的________.即 Q有＝Q1＋Q2＋…(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I＝________，U＝____________，E＝__________.
【基础自测】1.判断下列题目的正误.(1)线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产
生的感应电动势也最大.(
(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
感应电动势为零，电流方向发生改变.(
(3)交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的有效
(4)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值.((5)交流电路中电压表、电流表的示数都是有效值.(
答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)×
2.(2022 年浙江卷)如图 12-1-2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.图甲中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场B.图乙中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C.图甲中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D.图乙中线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
解析：图甲中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，A 正确.图乙中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，B 错误.根据发电机原理可知图甲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，C 错误.图乙中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，D 错误.
3.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图 12-1-3 所示.此线圈与一个 R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，电路中的其他电阻不计.
A.交变电流的周期为 0.125 sB.交变电流的频率为 8 Hz
D.交变电流的最大值为 4 A答案：C
4.(2021 年北京西城模拟)如图 12-1-4 为交流发电机的示意图，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＝20sin 100πt(V).下列说法正确的
A.此交流电的频率为 100 Hz
B.此交流电动势的有效值为 20 V
C.当线圈平面转到图示位置时产生的电动势最大
D.当线圈平面转到平行于磁场的位置时磁通量的变化率最大答案：D
热点 1 交变电流的产生及变化规律[热点归纳]
1.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(线圈在中性面位置开始计时).
考向 1 两个特殊位置的特点【典题 1】(2022 年广东梅州二模)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 12-1-5 正弦规律变
A.t＝0.5 s 时，线圈平面平行于磁感线B.t＝1 s 时，线圈中的感应电流最大
C.t＝1.5 s 时，线圈中的感应电动势最大D.t＝2.0 s 时，线圈中的感应电流方向将改变
解析：t＝0.5 s 时，磁通量最大，则线圈平面垂直于磁感线，A 错误.t＝1 s 时，磁通量为零，线圈平面与磁感线平行，则线圈中的感应电流最大，B 正确.t＝1.5 s 时，磁通量最大，磁通量变化率为零，则此时线圈中的感应电动势为零，C 错误.t＝2.0 s 时，磁通量为零，感应电动势最大，此时线圈中的感应电流方向不改变，D 错误.
易错提醒 (1)线圈每转动一周(交流电的一个周期)，经过两次
中性面，电流的方向改变两次.
(2)线圈经过中性面的垂面时，通过线圈的磁通量最小，感应电动势、感应电流最大.线圈每转动一周，经过两次中性面的垂面.
考向 2 正弦式交变电流的产生及其图像【典题 2】(2022 年广东汕头二模)有 M、N 两条导线，它们与大地之间的电压随时间变化的规律如图12-1-6所示.已知我国民用电压为 220 V.则关于这两
个交变电压的说法正确的是(
A.导线 M、N 交变电压的频率不相同B.导线 N 的电压可以作为民用电压
C.导线 N 交变电压的方向每秒变化 50 次
D.用多用表的交流挡测导线 N 对地电压，读数为 311 V
解析：由图像可知，导线 M、N 交变电压的周期都为 0.02 s，导线 M、N 交变电压的频率都为 50 Hz，A 错误.由图像可知，导线 N
＝220 V 可知导线 N 的电压可以作为民用电压，B 正确.导线 N 交变电压的周期为 0.02 s，一个周期内电压的方向改变 2 次，故导线 N交变电压的方向每秒变化 100 次，C 错误.用多用表的交流挡测导线N 对地电压，读数为电压有效值，即读数为 220 V，D 错误.答案：B
考向 3 交变电流的规律【典题 3】如图 12-1-7 所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线 OO′与磁感线垂直.已知匀强磁场的磁感应强度 B＝1 T，线圈所围面积 S＝0.1 m2，转速为 12 r/min.若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式
A.e＝12πsin 120t(V)C.e＝0.04πsin 0.4πt(V)
B.e＝24πsin 120πt(V)D.e＝0.4πcs 2πt(V)
解析：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈的角速度
Em ＝BSω ＝1×0.1×0.4π V＝0.04π V，故其瞬时值表达式为 e＝0.04πsin 0.4πt(V)，故 C 正确.答案：C
方法技巧 求解交变电流瞬时值表达式的解题流程
热点 2 交变电流有效值的计算[热点归纳]1.公式法.
2.有效值的定义计算法(非正弦式电流).
计算时要抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，列式求解，注意时间至少取一个周期或为周期的整数倍.
当有电能和其他形式的能转化时，可利用能的转化和守恒定
4.几种典型的交变电流及其有效值.
【典题 4】(2022 年广东珠海月考)如图 12-1-8 是某一线圈通过
一个周期内该电流的有效值为(
【迁移拓展 1】(2022 年广东模拟预测)如图 12-1-9 甲、乙分别是两种交流电的 i2-t、i-t 关系图像，则两种交流电的有效值之比为
热点 3 交变电流“四值”的比较
【典题 5】(多选，2021 年广东深圳质检)如图 12-1-10 所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形单匝线圈的转速为 600 r/min，转轴OO′垂直于磁场方向，线圈电阻为 2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过 60°时的感应电流为 2 A，则下列说法正
解析：从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，故电流瞬时值为 i＝Imcs θ，线圈转过60°时的感应电流为2 A，解得 Im＝4 A，角速度ω＝2πn＝20 π，电动势最大值 Em＝ImR＝8 V，线圈中的感
应电动势为 e＝8cs 20πt(V)，故 A 错误.任意时刻穿过线圈的磁通
【迁移拓展 2】(多选，2020 年山东烟台模拟)如图 12-1-11 所示，一面积 S＝0.08 m2 的单匝矩形线圈以 bc 边为轴匀速转动，转
1 T的匀强磁场中，E、F 是两个集流环，线圈在转动时可以通过集流环保持与外电路的连接，外电路电阻 R＝2 Ω，线圈、电流表和
连接导线的电阻不计，则下列说法中正确的是(
图 12-1-11A.线圈在图示位置时感应电动势瞬时值最大B.电流表的示数为 2 AC.线圈从图示位置转过90°过程中，流过 R 的电荷量为0.04 C
第1节 交变电流的产生和描述
一、正弦式交变电流的产生和变化规律1.正弦式交变电流.
(1)定义：按__________变化的交变电流，简称正弦式电流.(2)产生：当闭合线圈由中性面位置(图 12-1-1 中 O1O2 位置)开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变化的函数是正弦函数：e＝________，其中 Em＝________.这就是正弦式交变电流.
(1)中性面是与磁场方向________的平面，是假想的参考面.(2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量______，而磁通量的变化率为 0，产生的感应电动势为 0.(3)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面的磁通量为____，但磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大.(4)线圈每经过中性面一次，___________就改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两次.
二、描述交变电流的物理量
1.周期和频率：描述交变电流____________的物理量.(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).周期越大，交变电流变化越______，在一个周期内，交变电流的方向变化两次.(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，符号为 Hz.频率越大，交变电流变化越快.
(3)周期和频率的关系：f＝______＝
(4)我国生活用电的电压是_____，周期是 0.02 s，频率是_____，
每秒钟电流方向变化 100 次.
2.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值.
(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：让交变电流与恒定电流分别通过________的电阻，如果它们在一个周期产生的热量相等，则这个恒定电流 I、恒定电压 U 就是这个交变电流的________.即 Q有＝Q1＋Q2＋…(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I＝________，U＝____________，E＝__________.
【基础自测】1.判断下列题目的正误.(1)线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产
生的感应电动势也最大.(
(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
感应电动势为零，电流方向发生改变.(
(3)交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的有效
(4)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值.((5)交流电路中电压表、电流表的示数都是有效值.(
答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)×
2.(2022 年浙江卷)如图 12-1-2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.图甲中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场B.图乙中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C.图甲中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D.图乙中线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
解析：图甲中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，A 正确.图乙中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，B 错误.根据发电机原理可知图甲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，C 错误.图乙中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，D 错误.
3.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图 12-1-3 所示.此线圈与一个 R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，电路中的其他电阻不计.
A.交变电流的周期为 0.125 sB.交变电流的频率为 8 Hz
D.交变电流的最大值为 4 A答案：C
4.(2021 年北京西城模拟)如图 12-1-4 为交流发电机的示意图，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＝20sin 100πt(V).下列说法正确的
A.此交流电的频率为 100 Hz
B.此交流电动势的有效值为 20 V
C.当线圈平面转到图示位置时产生的电动势最大
D.当线圈平面转到平行于磁场的位置时磁通量的变化率最大答案：D
热点 1 交变电流的产生及变化规律[热点归纳]
1.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(线圈在中性面位置开始计时).
考向 1 两个特殊位置的特点【典题 1】(2022 年广东梅州二模)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 12-1-5 正弦规律变
A.t＝0.5 s 时，线圈平面平行于磁感线B.t＝1 s 时，线圈中的感应电流最大
C.t＝1.5 s 时，线圈中的感应电动势最大D.t＝2.0 s 时，线圈中的感应电流方向将改变
解析：t＝0.5 s 时，磁通量最大，则线圈平面垂直于磁感线，A 错误.t＝1 s 时，磁通量为零，线圈平面与磁感线平行，则线圈中的感应电流最大，B 正确.t＝1.5 s 时，磁通量最大，磁通量变化率为零，则此时线圈中的感应电动势为零，C 错误.t＝2.0 s 时，磁通量为零，感应电动势最大，此时线圈中的感应电流方向不改变，D 错误.
易错提醒 (1)线圈每转动一周(交流电的一个周期)，经过两次
中性面，电流的方向改变两次.
(2)线圈经过中性面的垂面时，通过线圈的磁通量最小，感应电动势、感应电流最大.线圈每转动一周，经过两次中性面的垂面.
考向 2 正弦式交变电流的产生及其图像【典题 2】(2022 年广东汕头二模)有 M、N 两条导线，它们与大地之间的电压随时间变化的规律如图12-1-6所示.已知我国民用电压为 220 V.则关于这两
个交变电压的说法正确的是(
A.导线 M、N 交变电压的频率不相同B.导线 N 的电压可以作为民用电压
C.导线 N 交变电压的方向每秒变化 50 次
D.用多用表的交流挡测导线 N 对地电压，读数为 311 V
解析：由图像可知，导线 M、N 交变电压的周期都为 0.02 s，导线 M、N 交变电压的频率都为 50 Hz，A 错误.由图像可知，导线 N
＝220 V 可知导线 N 的电压可以作为民用电压，B 正确.导线 N 交变电压的周期为 0.02 s，一个周期内电压的方向改变 2 次，故导线 N交变电压的方向每秒变化 100 次，C 错误.用多用表的交流挡测导线N 对地电压，读数为电压有效值，即读数为 220 V，D 错误.答案：B
考向 3 交变电流的规律【典题 3】如图 12-1-7 所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线 OO′与磁感线垂直.已知匀强磁场的磁感应强度 B＝1 T，线圈所围面积 S＝0.1 m2，转速为 12 r/min.若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式
A.e＝12πsin 120t(V)C.e＝0.04πsin 0.4πt(V)
B.e＝24πsin 120πt(V)D.e＝0.4πcs 2πt(V)
解析：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈的角速度
Em ＝BSω ＝1×0.1×0.4π V＝0.04π V，故其瞬时值表达式为 e＝0.04πsin 0.4πt(V)，故 C 正确.答案：C
方法技巧 求解交变电流瞬时值表达式的解题流程
热点 2 交变电流有效值的计算[热点归纳]1.公式法.
2.有效值的定义计算法(非正弦式电流).
计算时要抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，列式求解，注意时间至少取一个周期或为周期的整数倍.
当有电能和其他形式的能转化时，可利用能的转化和守恒定
4.几种典型的交变电流及其有效值.
【典题 4】(2022 年广东珠海月考)如图 12-1-8 是某一线圈通过
一个周期内该电流的有效值为(
【迁移拓展 1】(2022 年广东模拟预测)如图 12-1-9 甲、乙分别是两种交流电的 i2-t、i-t 关系图像，则两种交流电的有效值之比为
热点 3 交变电流“四值”的比较
【典题 5】(多选，2021 年广东深圳质检)如图 12-1-10 所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形单匝线圈的转速为 600 r/min，转轴OO′垂直于磁场方向，线圈电阻为 2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过 60°时的感应电流为 2 A，则下列说法正
解析：从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，故电流瞬时值为 i＝Imcs θ，线圈转过60°时的感应电流为2 A，解得 Im＝4 A，角速度ω＝2πn＝20 π，电动势最大值 Em＝ImR＝8 V，线圈中的感
应电动势为 e＝8cs 20πt(V)，故 A 错误.任意时刻穿过线圈的磁通
【迁移拓展 2】(多选，2020 年山东烟台模拟)如图 12-1-11 所示，一面积 S＝0.08 m2 的单匝矩形线圈以 bc 边为轴匀速转动，转
1 T的匀强磁场中，E、F 是两个集流环，线圈在转动时可以通过集流环保持与外电路的连接，外电路电阻 R＝2 Ω，线圈、电流表和
连接导线的电阻不计，则下列说法中正确的是(
图 12-1-11A.线圈在图示位置时感应电动势瞬时值最大B.电流表的示数为 2 AC.线圈从图示位置转过90°过程中，流过 R 的电荷量为0.04 C
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