2021版高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器1交变电流的产生和描述创新练1含解析物理知识试卷及答案.doc

### 交变电流的产生与描述 #### 一、知识点概览 1. **交变电流的基本概念**：交变电流是一种周期性变化的电流，其大小和方向随时间不断改变。 2. **交变电流的产生原理**：通常通过电磁感应原理产生，即磁场的变化导致闭合电路中的磁通量发生变化，从而产生交变电流。 3. **交变电流的数学表达式**：正弦波是最常见的交变电流形式之一，可以用正弦函数来表示。 4. **交变电流的有效值和最大值**：交变电流的有效值是指能够产生与直流电相同热效应的电流值；最大值则是指一个周期内电流能达到的最大幅度。 5. **交变电流的应用**：广泛应用于电力系统、电子设备、通信技术等领域。 #### 二、具体知识点详解 ##### （一）交变电流的产生原理 - **电磁感应原理**：当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，根据法拉第电磁感应定律，闭合回路中会产生感应电动势，进而产生感应电流。这一原理是交变电流产生的基础。 ##### （二）交变电流的数学表达式及其参数 1. **表达式形式**： - 正弦波电流的一般表达式为 \( i = I_m \sin(\omega t + \phi) \)，其中 \( I_m \) 为电流的最大值，\( \omega \) 为角频率，\( t \) 为时间，\( \phi \) 为相位差。 - 例题中的电流表达式为 \( i = 0.6\sin(10\pi t) \)A，表明最大电流 \( I_m = 0.6 \)A，角频率 \( \omega = 10\pi \)rad/s。 2. **角频率与频率**： - 角频率 \( \omega \) 与频率 \( f \) 的关系为 \( \omega = 2\pi f \)。例题中周期 \( T = 0.2 \)s，因此频率 \( f = \frac{1}{T} = 5 \)Hz，从而得到角频率 \( \omega = 10\pi \)rad/s。 3. **转速与角频率的关系**： - 在风力发电机的例子中，磁铁的转速与风速成正比，进而与电流的角频率成正比。当风速加倍时，磁铁转速加倍，角频率也加倍。因此，电流表达式变为 \( i = 1.2\sin(20\pi t) \)A。 ##### （三）交变电流的有效值计算 - **有效值定义**：交变电流的有效值 \( I_{\text{eff}} \) 是指具有相同热效应的直流电值。 - **计算公式**：对于正弦波电流，其有效值 \( I_{\text{eff}} \) 为最大值 \( I_m \) 的 \( \frac{1}{\sqrt{2}} \) 倍，即 \( I_{\text{eff}} = \frac{I_m}{\sqrt{2}} \)。 - **例题解析**：风速加倍后，电流最大值 \( I_m = 1.2 \)A，因此有效值 \( I_{\text{eff}} = \frac{1.2}{\sqrt{2}} = 0.6\sqrt{2} \)A。 ##### （四）交流发电机的工作原理 1. **工作过程**：通过旋转磁场或旋转线圈的方式，使闭合电路中的磁通量周期性变化，从而产生交变电流。 2. **感应电流的变化规律**： - 当线圈平面与磁场垂直时（如图示中的 (a)），磁通量最大但变化率为零，此时没有感应电流。 - 从 (b) 开始计时，如果线圈平面与磁场平行，则此时磁通量变化率最大，形成最大感应电流。 - 在 (c) 位置时，线圈再次处于中性面，磁通量变化率最小，感应电流接近于零。 - (d) 位置时，磁通量变化率达到最大值，产生最大感应电动势。 通过以上知识点的学习，我们可以深入理解交变电流的产生机制、数学表达方式以及在实际应用中的计算方法。这对于掌握高中物理中的电学知识至关重要。