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1、内容与要求 1.通过实验，认识交变电流.能用公式和图象描述正弦交变电流.2.通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系.了解从变电站到用户的输电过程，知道远距离输电时用高电压的道理.3.了解发电机和电动机工作过程中的能量转化.认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用.4.知道非电学量转化成电学量的技术意义.5.通过实验，了解常见传感器的工作原理.会利用传感器设计并制作简单的自动控制装置.6.列举传感器在生产生活中的应用.第1讲交变电流的产生和描述一、正弦式交变电流1.产生线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.2.两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，SB，最大，0，e0，i0，电
2、流方向将发生改变.(2)线圈平面与中性面垂直时，SB，0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变.3.电流方向的改变一个周期内线圈中电流的方向改变两次.4.交变电动势的最大值EmnBS，与转轴位置无关，与线圈形状无关.5.交变电动势随时间的变化规律(中性面开始计时)enBSsin t.自测1(多选)关于中性面，下列说法正确的是()A.线圈在转动中经中性面位置时，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
3、次答案AC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1次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s).表达式为T(n为转速).(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(Hz).(3)周期和频率的关系：T或f.2.交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值.(2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值.(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值.(4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系I，U，E.(5)交变电流的
4、平均值n，.自测2(2018安徽省安庆市二模)小型手摇发电机线圈共有N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈绕OO匀速转动，如图1所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为E0，该发电机外接负载电阻，则()图1A.当线圈处于中性面位置时磁通量的变化率最大B.线圈从中性面位置转过180过程中，线圈中磁通量的变化量为零C.线圈转动过程中电动势的有效值为NE0D.线圈转动过程中电动势的最大值为2NE0答案D解析当线圈处于中性面位置时磁通量最大，磁通量的变化率为零，选项A错误；线圈从中性面位置转过180过程中，线圈中
5、磁通量的变化量为2BS，选项B错误；矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为E0，所以矩形线圈产生的感应电动势的最大值是2NE0，电动势的有效值UNE0，选项C错误，D正确.命题点一交变电流的产生及变化规律1.交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图象磁通量mcos tBScos t电动势eEmsin tnBSsin t电压uUmsin tsin t电流iImsin tsin t2.交变电流瞬时值表达式的书写(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式EmnBS求出相应峰值.(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式.如：线圈在中性面位置开始
6、计时，则it图象为正弦函数图象，函数表达式为iImsin t.线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则it图象为余弦函数图象，函数表达式为iImcos t.例1(多选)(2016全国卷21)如图2，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面.现使线框M、N在t0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则()图2A.两导线框中均会产生正弦交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在t时，两导线框中产生的感应电动势相等D
7、.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答案BC解析两导线框进入磁场过程中，匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变，选项A错误；导线框的转动周期为T，则感应电流的周期也为T，选项B正确；在t时，切割磁感线的有效长度相同，两导线框中产生的感应电动势相等，选项C正确；M导线框中一直有感应电流，N导线框中只有一半时间内有感应电流，所以两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值不相等，选项D错误.变式1(多选)(2019河北省衡水金卷模拟一)如图3所示，线圈ABCD匝数n10，面积S0.4 m2，边界MN(与线圈的AB边重合)右侧存在磁感应强度B T的匀强磁场，若线圈从图示位置开始绕A
8、B边以10 rad/s的角速度匀速转动.则以下说法正确的是()图3A.线圈产生的是正弦交流电B.线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为80 VC.线圈转动 s时瞬时感应电动势为40 VD.线圈产生的感应电动势的有效值为40 V答案BD解析线圈在有界匀强磁场中将产生正弦半波脉动电流，故A错误；电动势最大值EmnBS80 V，故B正确；线圈转动 s、转过角度，瞬时感应电动势为eEmsin 40 V，故C错误；在一个周期时间内，只有半个周期产生感应电动势，根据有效值的定义有()2R()2RT，可得电动势有效值E40 V，故D正确.例2(2018安徽省宣城市第二次调研)图4甲为小型旋转电枢式交流发电机
9、的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO(OO沿水平方向)匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R10 连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V.图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象.线圈内阻不计，则()图4A.此交流发电机的电动势平均值为10 VB.t0.02 s时R两端的电压瞬时值为零C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u10cos (100t) VD.当ab边速度方向向上时，它所受安培力的方向也向上答案C解析矩形线圈绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生正弦交流电，外电阻R10 ，电压表示数为10 V，说明10 V，即电动势最大值
10、为Em10 V，所以平均值一定比Em10 V小，选项A错.根据题图乙知t0时磁通量等于0，可判断t0时电动势最大，所以电动势随时间变化的规律为uEmcos t10cos(100t) V，选项C对.将t0.02 s代入电动势瞬时值表达式，得U10 V，选项B错.根据楞次定律，感应电流总是阻碍线圈的转动，所以当ab边速度方向向上时，它所受安培力的方向向下，选项D错.变式2(多选)(2013山东卷17)图5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，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，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所
11、示.以下判断正确的是()图5A.电流表的示数为10 AB.线圈转动的角速度为50 rad/sC.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左答案AC解析电流表测量的是电路中电流的有效值I10 A，选项A正确.由图象可知，T0.02 s，所以100 rad/s，选项B错误.t0.01 s时，电流最大，线圈平面与磁场方向平行，选项C正确.t0.02 s时，线圈所处的状态就是图示状况，此时R中电流的方向自左向右，选项D错误.命题点二交流电有效值的求解1.交变电流有效值的规定交变电流、恒定电流I直分别通过同一电阻R，在交流的一个周期内产生的焦耳热分别为Q交、Q直，若
12、Q交Q直，则交变电流的有效值II直(直流有效值也可以这样算).2.对有效值的理解(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值；(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值；(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值；(4)没有特别加以说明的，是指有效值；(5)“交流的最大值是有效值的倍”仅适用于正(余)弦式交变电流.3.计算交变电流有效值的方法(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Qt可分别求得电流有效值和电压有效值.
13、(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流有效值与最大值间的关系I、U求解.例3(2018全国卷16)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正.该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图6所示.则Q方Q正等于()图6A.1 B.1 C.12 D.21答案D解析由有效值概念知，一个周期内产生热量Q方T，Q正TTT，故知，Q方Q正21.变式3匝数为100的线圈通有如图7所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分)，单匝线圈电阻r0.02 ，则在
14、010 s内线圈产生的焦耳热为()图7A.80 JB.85 JC.90 JD.125 J答案B解析由交变电流的有效值定义知( A)2R(2 A)2RI2RT，则该交变电流的有效值I A，线圈的总电阻R总1000.02 2 ，由QI2R总t得Q85 J，选项B正确.例4(2018福建省宁德市上学期期末)阻值为R的电炉丝通以大小为I的恒定电流时其电功率为P，当把它接在某正弦交流电源两端时其电功率也为P.则该交流电源电压的最大值为()A.IR B.IR C.IR D.2IR答案B解析电炉丝通以大小为I的恒定电流时，经t时间内产生的热量为Q，则有：QPtI2Rt；电炉丝接在某正弦交流电源两端时，经t时间内产生的热量为Q，则有：QPtI有2Rt，根据热效应有：QQ，即I2RtI有2Rt，解得：I有I，则电压的有效值为U有I有RIR，故该交流电源电压的最大值为UmU有IR，故选B.变式4(多选)(2017天津理综6)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8所示正弦规律变化.设线圈总电阻为 2 ，则()图8A.t0时，线圈平面平行于磁感线B.t1 s时，线圈中的电流改变方向C.t1.5 s时，线圈中的感应电动势最大D.一个周
