【课标要求】
1.通过实验,认识交变电流。能用公式和图像描述正弦式交变电流。
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。知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。
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.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想、场的统一性与多样性,体会物理学对统一性的追求。
5.通过实验,了解电磁振荡。
6.知道电磁波的发射、传播和接收。
7.认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。
8.知道非电学量转换成电学量的技术意义。
9.通过实验,了解常见传感器的工作原理。会利用传感器制作简单的自动控制装置。
10.列举传感器在生产生活中的应用。
【考情分析】
交变电流
及四值
2024·广西卷·T15、2024·新课标卷·T20、2024·湖北卷·T5、
2024·广东卷·T1、2024·河北卷·T4、2024·山东卷·T8、2023·湖南卷·T9、2022·广东卷·T4、2022·河北卷·T3
变压器
综合问题
2024·全国甲卷·T19、2024·海南卷·T9、2024·重庆卷·T9、
2024·浙江1月选考卷·T5、2024·北京卷·T5、2024·浙江6月选考卷·T7、2023·北京卷·T7、2023·广东卷·T6、2022·山东卷·T4、2022·湖北卷·T9、2022·湖南卷·T6、2022·北京卷·T4、2022·重庆卷·T3
远距离输电
2024·湖南卷·T6、2023·浙江6月选考卷·T7、2023·山东卷·T7、
2023·天津卷·T6
电磁波
2021·浙江6月选考卷·T8、2021·福建卷·T5
传感器
2024·浙江1月选考卷·T16、2024·河北卷·T12、2024·北京卷·T12、
2022·河北卷·T12、2022·北京卷·T13、2022·重庆卷·T11
第1讲交变电流的产生和描述
情境导思
如图所示为发电机的简化模型,线圈匀速转动。
(1)当线圈转到如图所示的位置时,试分析磁通量、磁通量的变化率的特点。
(2)线圈产生的感应电动势最大值与哪些因素有关?
(3)试写出线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式。
?
?
1.如图所示为演示交变电流产生的装置图,关于这个实验,下列说法正确的是()
[A]图示位置,ab边的感应电流方向为由a→b
[B]图示位置为中性面,线圈中无感应电流
[C]线圈每转动一周,电流方向改变一次
[D]图示位置线圈平面与磁场方向平行,磁通量变化率为零
【答案】A
2.关于交流电压和电流,下列说法正确的是()
[A]用电器铭牌上标明的电压为交流电压的最大值
[B]电容器能否被击穿取决于交流电压的最大值
[C]电流表测量的是交变电流的平均值
[D]交流电压的有效值与最大值满足的关系为U=U
【答案】B
【答案】垂直最大发生改变最大不改变两Emsinωt
时间2πω次数赫兹(Hz)1fNBSω相同热量Im2Um2
考点一正弦式交变电流的产生及变化规律
如图所示,N匝矩形线圈abcd绕中轴OO′在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动,线圈的面积为S,从如图所示(磁场与线圈垂直)的位置开始计时。
(1)试借助导体切割磁感线产生感应电动势的表达式,推导出线圈产生的感应电动势随时间变化的函数表达式。
提示:从中性面开始计时,ab边切割磁感线产生的瞬时电动势e1=BL1vsinθ=BL1·L22ωsinωt,其中L1、L2分别为ab边与ad边的长度,ω为线圈匀速转动的角速度;cd边产生的电动势与ab边的等大,且两者串联,线圈有N匝,故有e=2NBL1·L22ωsinωt=
(2)试借助法拉第电磁感应定律和求导的方法,推导出线圈产生的感应电动势随时间变化的函数表达式。
提示:根据法拉第电磁感应定律E=NΔΦΔt,可知感应电动势的大小为磁通量Φ关于时间的一阶导数与线圈匝数的乘积,即e=|NΦ′|。从中性面开始计时,则磁通量关于时间的变化关系式为Φ=BScosωt,Φ的一阶导数Φ′=-BSωsinωt,对于N匝线圈有e=|NΦ′|=NBSωsinωt
1.交变电流产生过程中的两个特殊位置
图示
概念
中性面位置
与中性面垂直的位置
特点
B⊥S
B∥S
Φ=BS,磁通量最大,ΔΦΔt
Φ=0,磁通量最小
e=0
e=NBSω=NΦmω,
电动势最大
感应电流i=0,
方向改变
感应电流最大,
方向不变
一个周期内电流方向改变两次,
在中性面位置改变
2.交变电流的变化规律(线圈从中性面位置开始计时)
物理量
函数表达式
图像
磁通量
Φ=Φmcosωt=BScosωt
电动势
e=Emsinωt=NBSωsi