1、学习目标p208内容核心素养交变电流、交变电流的图象正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值理想变压器远距离输电实验：传感器的简单使用本章属于电磁感应规律的一个具体应用实例，重点在于描述交流电的相关物理概念的理解与应用变压器及其动态变化是电磁感应规律与直流电路规律的综合应用，体现了科学推理与论证能力而远程输电可与实际生活相结合体现科学态度与责任的核心素养.第1节交变电流的产生及变化规律考点一交变电流的产生与图象对应学生用书p2081交变电流的产生：如图所示，将矩形线圈置于_匀强磁场_中，并绕垂直于磁感线的轴OO_匀速转动_，线圈中就会产生正(余)弦交变电动势，如果外电路闭合，就会产生正(余)弦交
2、变电流2中性面：与磁感线垂直的平面称为“中性面”(1)线圈平面与中性面重合时，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_(2)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈的磁通量为_零_，磁通量的变化率_最大_，感应电动势_最大_(3)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正弦交变电流的表达式：N匝面积为S的线圈以角速度匀速转动，从某次经过中性面开始计时，则瞬时电动势e_Emsin_t_，Em表示峰值，Em_nBS_，在纯电阻电路中，瞬时电流i_sin_t_Imsin_t_若计时开始时，线圈平面跟中性面的夹角为0(初相)，交变电流的瞬时
3、值表达式为uumsin(t0)，iImsin(t0)4正弦交变电流的图象是一条正弦或余弦曲线正弦式交流电的变化规律(注意图与图的对应关系，以电表指针右偏为电流正方向)【理解巩固1】判断下列说法的正误(1)只要是电流的大小发生变化的就是交流电()(2)只要矩形线圈在匀强磁场中转动就能产生交流电()(3)穿过线圈的磁通量随时间做正弦变化，则感应电动势随时间做余弦变化()(4)穿过线圈的磁通量为零时产生的感应电动势也为零()(5)线圈每经过中性面一次交变电流的方向就改变一次()(6)交流电一个周期内的磁通量变化量为零，平均感应电动势为零()答案 (1)(2)(3)(4)(5)(6)交流电的有关图象(
4、t0时，线圈在中性面位置)物理量函数图象磁通量mcos tBScos t 电动势eEmsin tnBSsin t电压uUmsin tsin t电流iImsin tsin t【理解巩固2】如图所示为某正弦交流电的电流随时间变化的图象，已知t0.01 s时电流的大小为2 A，则此交流电电流的有效值为()A. A B. A C2 A D2 A解析 由图象可知交流电的周期T0.08 s，故角速度25，设电流的最大值为Im，则iImsin 25t，当t0.01 s时，Im2 A，解得最大值Im2 A，根据最大值和有效值的关系可知，交流电电流的有效值为2 A，C正确答案 C对应学生用书p209例1交流发电
5、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AB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 D例2如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁
6、感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势如图乙中曲线a、b所示，则下列说法正确的是()A曲线a表示的交变电动势瞬时值ea36sin 25t VB曲线b表示的交变电动势最大值为28.8 VCt5102 s时，曲线a、b对应的感应电动势大小之比为31Dt6102 s时，曲线a对应线框的磁通量最大，曲线b对应线框的磁通量为0解析 由题图乙可知Ema36 V，a25 rad/s，则曲线a表示的交变电动势瞬时值eaEmasin at36sin 25t V，A正确；由题图乙知曲线a、b表示的交变电流的周期之比TaTb23，由可知abTbTa32，所以曲线a、b表示的交变电动势的最大值之比EmaEmbab32
7、，又有Ema36 V，则Emb24 V，B错误；曲线a表示的交变电动势瞬时值ea36sin 25t V，曲线b表示的交变电动势瞬时值eb24sin t V，将t5102 s代入，得ea18 V，eb12 V，C错误；由题图乙知t6102 s时，a的电动势最大，对应线框的磁通量为0，b的电动势为0，对应线框的磁通量最大，D错误答案 A,交变电流的图象可提供的信息,(1)图象反映了交变电流的瞬时值随时间变化的关系，故依据图象可以书写交变电流瞬时值表达式,),(2)从图象的纵坐标轴上可以直接读出交变电流的峰值，从图象的横坐标轴上可以直接读出交变电流的周期，从而可推导出线圈转动的角速度及频率(3)周期
8、与角速度、频率的关系是T，交变电流的频率与线圈转动的频率相等(4)交变电流的表达式与线圈平面初始位置有关，由图象可以确定线圈的初始位置从中性面的位置开始计时，交变电流的图象为正弦图象，瞬时值表达式为eEmsin t；从垂直中性面的位置开始计时，交变电流的图象为余弦图象，瞬时值表达式为eEmcos t.)考点二交变电流的四值对应学生用书p2101交变电流的“四值”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eEmsin tiImsin t计算线圈某时刻所受安培力最大值最大的瞬时值EmnBSEmnmIm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对正(余)
9、弦式交流电有：EUI(1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量等)(2)交流电器“铭牌”上所标的是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)交流电表的示数为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值EnI qn计算通过电路截面的电量【理解巩固3】(多选)如图所示为小型交流发电机的示意图，线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO沿逆时针方向以角速度匀速转动线圈的匝数为n、电阻为r，外接电阻为R，A为交流电流表线圈从图示位置(线圈平面平行于磁场方向)开始转过60时的感应电流为I.下列说法中正确的是()A电流表的读数为IB转动过程中穿过线圈磁通量的最大值为C线圈转动一周的过程中，电
10、阻R产生的热量为D从图示位置开始转过90的过程中，通过电阻R的电荷量为解析 由题有IImcos ，则得感应电流的最大值Im2I，有效值为I，则电流表的读数为I，故选项A正确；感应电动势的最大值EmIm(Rr)2I(Rr)，又EmnBS，磁通量的最大值mBS，联立解得mBS，故选项B正确；线圈转动一周的过程中，电阻R产生的热量Q(I)2R，故选项C错误；从图示位置开始转过90的过程中，根据qt，可得通过电阻R的电荷量qn，故选项D错误答案 AB2有效值的理解和计算(1)有效值的理解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于正弦交流电，其有效值和峰值的关系为：E，U，I.(2)有
11、效值的计算计算有效值时要注意根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“_相同热量_”列式求解，“相同时间”取一个周期或为周期的整数倍利用两类公式Q_I2Rt_和Qt可分别求得电流有效值和电压有效值若图象部分是正弦(或余弦)交流电，其中从零(或最大值)开始的周期整数倍的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ImI，UmU求解依能量关系计算，当有电能与其他形式的能量转化时可利用能量的转化和守恒定律来求有效值【理解巩固4】有A、B两个完全相同的电阻，若A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦交变电流，则通过这两个电阻的电流的有效值之比为()A52 B.C
12、5 D.2解析 甲图电流有效值为IRRIRT，解得IAI0；乙图为正弦交流电，所以有效值IB，所以，D正确答案 D对应学生用书p211例3如图所示，内阻为r的线圈面积为S，共N匝，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度匀速转动，线圈通过电刷与一个阻值为R的电阻连接，V为理想交流电压表则下列说法正确的是()A在图示位置线框中电流改变方向B以图示位置为计时零点，电流的表达式为isin tC电压表的读数是D线圈从图示位置开始转过90角的过程中，通过线圈导线截面的电量为解析 图示位置线框与磁场方向平行，电流不会改变方向，故A错误；电流的最大值Im，以图示位置为计时零点，电流的表达式为icos t，选
13、项B错误；通过电阻R电流的有效值I，电压表的读数是UIR，故C正确；线圈从t0时刻开始转过90的过程中，通过电阻的电量为q，故D错误答案 C,1.交变电流瞬时值表达式的基本书写思路(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象或由公式EmnBS或根据有效值，由公式EmE，求出相应峰值由Im求出Im.(2)设零时刻线圈平面跟中性面的夹角为0(初相)，交变电流瞬时值表达式为iImsin(t0)，eEmsin(t0)若从中性面开始计时，00，iImsin t，eEmsin t；若从垂直中性面开始计时，0，iImcos t，eEmcos t.2对中性面的理解(1)中性面是与磁场方向垂直的平面，是设想的参
14、考面(2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量最大，而磁通量的变化率为零，产生的感应电动势为零(3)线圈平面与中性面垂直(即与磁感线平行)时，穿过线圈平面的磁通量为零，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电流方向就改变一次线圈转动一周，两次经过中性面，所以在一个周期内电流的方向改变两次)例4在图乙的电路中，通入如图甲所示的交变电流，此交变电流的每个周期内，前三分之一个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6 VB该交变电流的电压有效值为4 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 A解析 根据电流的热效应得到123，得到电压的有效值为U6 V，电表的读数为有效值，故电压表的示数为6 V，故A、B错误；根据焦耳定律，电阻R一个周期内产生的热量为Qt9 J，故C错误；电流表读数为有效值，则根据欧姆定律得到I0.5 A，故D正确答案 D
