最新高考物理一轮复习课件：交变电流

C
注意： 1、与线框形状无关 2、与转轴无关 只要满足“两匀一直”和磁通量随时间是正弦（余弦）变化关系即可。
交变电流的产生和描述
3、正弦交变电流的产生和变化规律（扩展）
B=B0sinωt
x=Lsinωt
v=v0sinωt
交变电流的产生和描述
4、交变电流“四值”的应用
瞬时值： 计算线圈某时刻的受力情况
交变电流的产生和描述
1、交变电流有效值
i/A 5
交流电的有效值是根据电流的热效应规定的
遵循“三同原则”：同一个周期，同一个电阻， 相同的热量
0
t
-3
u U
m0
t
E
Em 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.707Em
I
Im 2
0.707Im
U
Um 2
0.707U m
直流（DC）电源有正负极，交流（AC)电源没有正负极
例1：如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而 成，则这种交变电流的有效值为（ C ）
⑤ 线圈中的感应电动势多大？
e
2BL1
L2 2
sin t
BS
sin t
t=0
A(
B) θ
v⊥
中性面
B
D(C)
交变电流的产生和描述
2、正弦交变电流的产生和变化规律
最大值（峰值）
Em nBS nm
Im
Em Rr
Um ImR
Φ＝Φmcos ωt
e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt
e NBS sin t e E m sin t
例1：矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时， 穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，下列结论正确的是（ C ）

提示:由Φ—t图象可以看出,在磁通量为零的时刻,磁
通量的变化率最大,产生的感应电动势也最大,原因是 此时线圈的两边框垂直切割磁感线,产生的感应电动 势为最大值.
热点二 对交变电流有效值的理解 1.交变电流的“四值”的比较
物理量 瞬时值
物理 含义
重要 关系
交变电流 某一时刻 的值
e=Emsin ωt i=Imsin ωt
=0.02 s
线圈匀速转动一周,外力做功大小等于电功的大小,即
W=I2(R+r)T=( E )2(R+r)T Rr
代入数据得W=98.6 J
(4)从t=0起转过90°的过程中,Δt内流过R的电荷量 q= NΦtNBS N1 B l2 l
(Rr)t Rr Rr 代入数据得q=0.1 C.
答案 (1)adcba (2)e=314cos 100πt V
第十章 交变电流 传感器
第1课时 交变电流的产生和描述 变压器 考点自清
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,叫做 交变电流,简称交流（AC）.
2.正弦式交变电流（如图1所示）
图1
（1）定义:按 正弦规律 变化的交变电流.
（2）产生:将闭合矩形线圈置于匀强 磁场中,并绕 垂
变化,且最大感应电动势Em=nBabω,所以感应电动势 的瞬时值表达式为e=nBabωsin ωt.
(3) En Φ t nπB2 / (a) b2nπBab
(4)i=
e
nBasbinπ
3
3nBab
Rr Rr
2(Rr)
答案 (1)自下而上 (2)e=nBabωsin ωt
(3) 2nBab

【易错防范】 (1)没有能量损失的变压器叫理想变压器.( √ ) (2)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用.( √ ) (3)变压器不但能改变交变电流的电压.还能改变交变电流的频率.
(× ) (4)理想变压器能改变交变电压、交变电流，但不改变功率，即输 入功率总等于输出功率.( √ )
(1)t＝0时感应电流的方向；
(2)感应电动势的瞬时值表达式；
(3)线圈转一圈外力做的功；
(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量.
【解题探究】 分析题意，明确交变电流的“四值”适用的情况：
(1)求电动势的瞬时值应先求电动势的
.
(2)求线圈转一圈外力做的功要用电流的
.
(3)求电荷量时要用电流的
要点二 交流电的“四值”的应用 [突破指南] 对交变电流的“四值”的比较和理解
物理量 瞬时值
峰值(最大 值)
物理意义
e＝Emsinωt
u＝Umsin ωt
i＝Imsinωt
Em＝nBSω Im＝RE＋mr
适用情况及说明 计算线圈某时刻的受 力情况
讨论电容器的击穿电 压
(1)计算与电流的热效应有关的 对正(余) 弦交流电有： 量(如电功、电功率、电热等)
知识点一 交变电流及其图象 1.交变电流 (1)定义： 大小和方向随时间做__周__期__性__变化的电流.
(2)图象： 如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流.
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___磁场方向的轴匀速转动. (2)图象：如图甲、乙所示.
【易错防范】 (1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间发生周期性变化.( √ ) (2)线圈平面与磁感线垂直的位置称为中性面.( √ ) (3)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 动势为最大.( × )

s 时线圈转动到图示位置,AB 边向下切割磁感线,根据右手定则可判
断电流方向从 B 指向 A,即电阻 R 中电流的方向自左向右,选项 D 错
误。
考点
63
考点
64
8.(2013·海南,3,3分,难度★)通过一阻值R=100 Ω的电阻的交变电流
如图所示,其周期为1 s。电阻两端电压的有效值为( B )
1
B.电压表 V 的读数变为2U
C.电流表A的读数变为2I
D.通过R的交变电流频率不变
考点
63
考点
64
解析本题考查交变电流的产生和变压器原理,清楚感应电动势的决
定因素是解题的关键,另外要知道交流电表测的是交变电流的有效
值。发电机线圈转速变为原来一半时,产生电动势的最大值和有效值
均变为原来的一半,变压器匝数比不变,故副线圈上的电压表示数变
电流方向不变,故B错误;当t=1.5 s时,磁通量最大但磁通量变化率为
零,感应电动势为0,故C错误;由题图可知,有效值
2
2
E= Em= nΦmω=2
2
2
确。
2π V,在一个周期内产热
2
Q= T=8π2 J,故 D

正
考点
63
考点
64
4.(2016·全国3,21,6分,难度★★)(多选)如图,M为半圆形导线框,圆心
B.两导线框中感应电流的周期都等于T

C.在t= 8 时,两导线框中产生的感应电动势相等
D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等
考点
63
考点
64
解析因半径、周期相同,故两线框进入磁场过程产生的感应电动势大
小为
1

电容不仅存在于成型的电容器中、也存在于电路
的导线、元件及机売同。有时候这种电容的影定很大 的当交流的频率很高时更是这样。
同样，电感也不仅存在于成型的线圏中。下面将
要讲到远距离输电、输电线的电感和电容都很大，它 们造成的损失常常比电阻造成的还要大。
电阻、感抗和容抗的比较
电阻：R = r L
S
对直流和交流均有阻碍作用
说一说
有些电源输出的电流既有交流成分又有直流成分，而我们
只需要稳定的直流，不希望其中混有太多的交流成分，这时可
以采用图53-3的电路。现在我们又知道，电容具有“隔直流、
通交流”的作用，如果同时使用电感器和电容器，是不是可以
使负載电阻R2上的交流成分更少?
试着在图5.3-3的基础上在右侧虚框中画出这样的电路图。
C
C
E
S
S u
现象：直流电，灯泡不亮；交流电，灯泡亮了。
电容对直流电有阻碍作用（阻直） 结论：电容对交流电没有阻碍作用（通交）
二、交变电流能够通过电容器
1、电容阻直流：是因为电容器的两个极板被绝缘介质 隔开了，故只有在通电的瞬间有短暂电流。
金属极流：实际上也并没有电 荷通过电容器的两个极板间的绝缘 介质，但当交流电压升高时，对电 容器充电，有充电电流，而当交流 电压降低时，电容器放电，有放电 电流。如此交替进行。
通直流、阻交流
感抗：
XL
2fL 通低频、阻高频
容抗： X C
1
2fC
通交流、隔直流 通高频、阻低频
课后习题解答：
1、交流电流表A1，A2，A3分列与电容器C、线圈L和电阻R事联后接在 同一个交流电源上，供电电压瞬时值为U1＝ Umsinw1t，三个电流表各有 不同的读数。现换另一个电源供电，供电电压眸时值为U2＝ Umsinw2t， w2＝2w1。改換电源后，三个电流表的读数是否变化?如果有变化，各是 增还是减小?为什么?

【解析】
【答案】
AD
【即学即用】 2．(2012· 大连模拟)一个单匝矩形线框的面积为 S，在磁 感应强度为 B 的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂直的位置 开始计时，转速为 n 转/秒，则( )
A．线框交变电动势的最大值为 nπBS B．线框交变电动势的有效值为 2nπBS 1 C．从开始转动经过4周期，线框中的平均感应电动势为 2nBS D．感应电动势瞬时值为 e＝ 2nπBSsin 2nπt
【针对训练】 3.如图10－1－3所示电路中，A、B为两相同的小灯泡，L 为直流电阻为零的电感线圈，下列说法正确的是( ) A．电源为稳恒直流电源时， 灯泡A、B亮度相同 B．电源为稳恒直流电源时， 灯泡A比B亮度大 C．电源为交流电源时， 灯泡A、B亮度相同 D．电源为交流电源时， 灯泡A比B亮度大 【解析】 电感线圈有通直流，阻交流的作用，电源为稳 恒直流电源时，A、B亮度相同，选项A正确，B错误．电源 为交流电源时，A灯比B灯亮度大，选项C错误，D正确． 【答案】 AD
【解析】 (1)矩形线圈 abcd 在磁场中转动时，ab、cd 切 L2 割磁感线，且转动的半径为 r＝ 2 ， ωL2 转动时 ab、cd 的线速度 v＝ωr＝ 2 ，且与磁场方向的夹 角为 ωt，
所 以 ， 整 个 线 圈 中 的 感 应 电 动 势 e1 ＝ 2BL1vsin ωt ＝ BL1L2ωsin ωt. (2)当 t＝0 时，线圈平面与中性面的夹角为 φ0，则某时刻 t 时，线圈平面与中性面的夹角为(ωt＋φ0) 故此时感应电动势的瞬时值 e2＝2BL1vsin(ωt＋φ0)＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0)．
个线圈中的感应电动势e1的表达式；
(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如 图10－1－4丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势 e2的表达式； (3)若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦

正弦函数式。
1
如图10-1-5(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀
强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速
度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹
角θ=45°时(如图10-1-5(b))为计时起点，并规
定当电流自a流向b时电流方向为正。则下列
四幅图中正确的是 (
)D
图10-1-5
感应强度为B，线圈与外电阻R构成闭合电
路，整个线圈的电阻为r。现在让线框以
OO′连线为轴，以角速度ω匀速转动，从 图示时刻开始计时，求：
(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式；
(2)当 t
4
时，电阻R两端的电压值。
【答案】(1)inB2l si nt
2(Rr)
2nB2lR
(2) 4(Rr)
图10-1-3
1.本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续，是楞 次定律及法拉第电磁感应定律的具体应用。其知识特点是 需要了解识记的基本概念较多，但重点内容突出，主要围 绕交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的物理量这 一中心展开，在此基础上研究了变压器的工作原理和远距 离输电。另外，简单介绍了电感、电容对交变电流的影响。
2.本章知识的另一个特点是与科学、技术、社会联系 密切，输电工程又是属于知识密集型工程，在学习的过程 中，要注意理论联系实际，要善于知识的迁移、综合和应 用。
要点一 中性面与峰值面的比较
中性面
含义
线圈平面与磁 场方向垂直
磁通量 磁通量的变化率
感应电动势
最大(BS) 0 0
峰值面 线圈平面与磁
场方向平行 零
2.在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值。在没有具体 说明的情况下，所给出的交流电的电压、电流及电功率指的都是有效值。

03
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
实验步骤和数据记录
| 1 | 10 | 10 | 1 | 7.07 | 0.707 | 0 |
| 3 | 30 | 10 | 0.33 | 7.07 | 0.236 | 0 |
| 2 | 20 | 10 | 0.5 | 7.07 | 0.354 | 0 |
03
02
电流变换
通过改变变压器的匝数比，可以实现电流的变换。例如 ，在电子电路中，常用变压器来实现阻抗匹配和电流放 大。
隔离作用
变压器还具有隔离作用，可以将输入电路与输出电路隔 离开来，从而避免电路之间的相互干扰。这在一些需要 高抗干扰能力的场合非常有用。
04 远距离输电与能源利用
远距离输电必要性及挑战
高中物理选考一轮总 复习课件专题十三交
变电流基础篇
汇报人：XX 20XX-01-17
目录
• 交变电流基本概念与产生 • 电阻、电感和电容对交变电流作用 • 变压器原理与应用 • 远距离输电与能源利用 • 安全用电常识与预防措施 • 实验：测量交变电流相关参数
01 交变电流基本概念与产生
交变电流定义及特点
实验原理
利用示波器、电压表、电流表等实验仪器，对交变电流进行测量和分析。通过测量电压和电流的峰值 、有效值、相位差等参数，可以计算出交变电流的功率、阻抗等特性。
实验步骤和数据记录
实验步骤 1. 连接实验电路，包括电源、电阻、电流表、电压表等。
2. 打开电源，调整交变电流的频率和幅度。
实验步骤和数据记录
并网控制策略
为了保证电力系统的稳定性和安全性，新能源并网发电需要采取一系列控制策略，如最大 功率点跟踪控制、无功功率控制、低电压穿越控制等。这些控制策略可以提高新能源发电 的利用率和电力系统的稳定性。

（5）变压器之原线圈含负载（动态变化） （思考时间30秒）
（6）变压器之原线圈含负载（计算）
【15·全国I】如图所示，一理想变压 器的原、副线圈的匝数比为3:1，在 原、副线圈的回路中分别接有阻值相 同的电阻，原线圈一侧接在电压为 220 V的正弦交流电源上．求：原、
副线圈回路中电阻的功率之比和副线（思考时间1分钟）
的有效值。（等效替代）
公式：
☆特殊情况： 一半正余弦
（2）有效值 定义：
公式： 应用情况：
（3）最大值 （4）平均值
2、理想变压器
3、远距离输电二、巩Fra bibliotek拓展（1）产生正余弦交流电情况
二、巩固拓展
（1）产生正余弦交流电情况
（2）有效值计算
S闭合和断开时，灯L 电压和功率之比
（思考时间30秒）
（3）变压器之匝数n变化情况
P向下移动 电压表、电流表、电阻 R消耗的功率如何变化？
（思考时间10秒）
（4）变压器之含二极管电路
如图所示,一理想变压器的原、 副线圈的匝数比是10：1,原线圈电 压瞬时值右图，副线圈含一只理想 二极管和一个阻值为11Ω的电阻， 求电压表和电流表示数？
（思考时间1分钟）
高三物理：交变电流专题
一、知识回顾
1、正余弦交变电流“四值”
（1）瞬时值1 e NBS sin t
瞬时值2 e NBS cost
☆应用情况：计算某一瞬间电流及安培力时
（2）有效值
定义：
交变电流在一个周期内通过电阻R产生的热 量和恒定电流在相同一个周期内通过R产生
相同的热量，则恒定电流大小就为该交流电
圈中电阻两端的电压
三、作业
1、（13海南）通过一阻 值R＝100 Ω的电阻的交变 电流如图所示，其周期为 1 s．求电阻两端电压的有 效值为多少？

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．
2

(3)利用两个公式Q＝I2Rt和Q＝ t可分别求得电流有效值和电压有

效值．
1
(4)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的 周期(必须是
4
1
从零至最大值或从最大值至零)和 周期部分可直接应用正弦式交变电
2
m
m
流有效值与最大值间的关系I＝ 、U＝ 求解．
2
2
例1[2020·重庆6月模拟]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 Ω，电表均为理
想电表．下列判断正确的是(
) 答案：D
A．电压表的示数为6 2 V
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＝Imsin ωt
C．当线圈转到图(c)位置时，感应电流为0，且感应电流方向改变
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
答案：C
2．如图甲所示，一个矩形导线框放置在匀强磁场中，并绕过ab、
π
cd中点的固定轴OO′以角速度ω＝ rad/s顺时针转动．若以线框平面
瞬时值
峰值
有效值
平均值
交变电流某一______的值，是时间的函数
时刻
交变电流的电流或电压所能达到的______值
最大
让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同
热量
的时间内产生的______相等，就把这一直流的数值叫
作这一交流的有效值
交变电流图象中波形与横轴________与时间的比值