【物理】2019届一轮复习人教版交变电流的产生及描述学案

【物理】2019届一轮复习人教版交变电流的产生及描述学案

知识回顾 ‎ (1)瞬时值 ‎(2)最大值：Em＝nBSω ‎(3)有效值：根据电流的热效应求解，在正(余)弦交变电流中E＝，U＝，I＝.‎ ‎(4)两个特殊位置的特点：‎ ‎①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，‎ e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．‎ ‎②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变．‎ 规律方法 ‎1．交流电“四值”的应用 ‎(1)最大值：分析电容器的耐压值；‎ ‎(2)瞬时值：计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况；‎ ‎(3)有效值：电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流；‎ ‎(4)平均值：计算通过电路截面的电荷量．学 ‎ ‎2．书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 ‎(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω，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．‎ ‎①若线圈从中性面位置开始转动，e＝Emsinωt ‎②若线圈从垂直中性面位置开始转动，e＝Emcosωt ‎3．两个特殊位置的特点 ‎(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．‎ ‎(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变．‎ ‎4．正弦式交流电的“四值”‎ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ‎5．只有正(余)弦式交流电最大值与有效值间才有倍关系 例题分析 ‎【例1】　(2017年贵州贵阳模拟)图甲是某交流电发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为理想交流电流表，电阻 R＝10 Ω.线圈绕对称轴OO′沿逆时针方向转动，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示，线圈电阻不计，下列判断正确的是(　　)‎ A．t＝0时电流表的示数为10A B．t＝0.02 s时穿过线圈平面的磁通量最大 C．t＝0.01 s时通过电阻R的电流方向自右向左 D．在一个周期内电阻R上产生的热量为40 J ‎【例2】　(多选)(2017年湖北黄冈中学模拟)如图甲所示是一种振动发电装置的示意图，半径为r＝0.1 m、匝数n＝20的线圈位于辐向分布的磁场中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)，线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B＝T，线圈电阻为R1＝0.5 Ω，它的引出线接有R2＝9.5 Ω的小灯泡L，外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计)，则(　　)‎ ‎ ‎ A．小灯泡中电流的峰值为0.16 A B．小灯泡中电流的有效值为0.16 A C．电压表的示数约为1.5 V D．t ＝0.1 s时外力的大小为0.128 N ‎【答案】　AD 专题练习 ‎1．(多选)如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是(　　)‎ A．当转过60°时，感应电动势的瞬时值为 B．当转过60°时，感应电流的瞬时值为 C．在转过60°的过程中，感应电动势的平均值为 D．在转过90°的过程中，感应电流的有效值为 ‎【答案】：ACD ‎2. (多选)(2017年忻州模拟)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1 A．那么(　　)‎ A．线圈消耗的电功率为4 W B．线圈中感应电流的有效值为2 A C．任意时刻线圈中的感应电动势为e＝4cost D．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝sint ‎【答案】：AC ‎【解析】：线圈转动的角速度ω＝，线圈平面从与磁场方向平行开始计时，当转过60°时，电流的瞬时值表达式为i＝Imcos60°＝1 A，解得Im＝2 A，则正弦交变电流的有效值为I＝＝A，B项错；线圈消耗的电功率P＝I2R＝4 W，A项正确；由欧姆定律可知，感应电动势最大值为Em＝ImR＝4 V，所以其瞬时值表达式为e＝4cost，C项正确；通过线圈的磁通量Φ＝Φmsinωt＝Φmsint，感应电动势的最大值Em＝BSω＝Φm×，Φm＝，联立解得Φ＝sint，D项错误．‎ ‎3. (多选)(2017年成阳一模)如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦式电流的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦式电流的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦式电流的说法正确的是(　　)‎ A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B．线圈先后两次转速之比为3∶2‎ C．正弦式电流a的瞬时值为u＝10sin5πtV D．正弦式电流b的最大值为V ‎【答案】：BCD ‎4．电动机的内电阻r＝2 Ω，与R＝8 Ω的电阻串联接在线圈上，如图所示．已知线圈面积为m2，共100匝，线圈的电阻为2 Ω，线圈在B＝T的匀强磁场中绕OO′以转速n＝600 r/min匀速转动，在合上开关S后电动机正常工作时，电压表的示数为100 V．则下列说法正确的是 (　　)‎ A．电路中电流的最大值为5 A B．电路中电流的最大值为10 A C．电动机正常工作时的输出功率为1 000 W D．电动机正常工作时的输出功率为800 W ‎【答案】：B ‎5．一交变电流的图象如图所示，由图可知（　　）‎ A． 该交流电的周期是0.02S B． 该交流电流最大值为A C． 该交流电流的频率为0.01H ‎ D． 用电流表测该电流其示数为10A ‎【答案】：D ‎【解析】AC、由i﹣t图象，周期为0.01s，故频率，故A错误，C正确；‎ BD、从图中可以直接读出交流电流的最大值为Im=A，故有效值为，‎ 电流表读数是有效值，所以用电流表测该电流其示数为10A，故B错误，D正确；‎ 故选：D．‎ ‎6．目前，我国照明电路的电压瞬时值表达式为u=311sin100πtV，则我国照明电路的电压有效值与频率分别为（　　）‎ A． 220V，50H B． 311V，50H ‎ C． 220V，60H D． 311V，60H ‎ ‎【答案】：A ‎7．如图所示的电路中，要使灯泡L持续发光，应在ab间接入（　　）‎ A． 电阻 B． 电位器 C．电流表 D． 交流电源 ‎【答案】：D ‎【解析】若要灯泡持续发光，则S端应该接入交流电源，直流电不能通过电容器．而电阻、电位器及电流表等均不能产生电动势；若只有C充放电，则灯泡不能持续发光．故选：D. 学 ‎ ‎8．图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为90Ω的灯泡，不计电路的其他电阻，则（　　）‎ A． t=0时刻线圈平面与中性面垂直 B． 每秒钟内电流方向改变100次 C． 灯泡两端的电压为22V D． 0 0.01s时间内通过灯泡的电量为0‎ ‎【答案】：B D、根据得：0 0.01s时间内通过灯泡的电量为① ②代入数据 ①②联立得：q=0.00198c，故D错误；‎ 故选：B．‎ ‎9．在同一匀强磁场中，两个完全相同的矩形闭合金属线圈分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图中曲线a、b所示．则（　　）‎ A． t=0时刻穿过两线圈的磁通量均为零 B． 曲线a表示的交变电动势有效值为15V C． 曲线a表示的交变电动势频率为50H ‎ D． 曲线a、b对应的线圈转速之比为3：2‎ ‎【答案】：D ‎【解析】：A、t=0时刻两线圈电动势均为零；故此时处在中性面上；故穿过两线圈的磁通量均为最大值；故A错误；‎ B、曲线a表示的交变电动势最大值为15V；故B错误；‎ C、曲线a周期为0.04s；故其表示的交变电动势频率为25H ；故C错误；‎ D、由图可知，b的周期为0.06s；转速之比与周期成反比；故转速之比为3：2；故D正确；‎ 故选：D．‎ ‎10．如图所示为一小型交流发电机模型，矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴以较小的角速度转动，线圈通过两滑环与电刷和电流表相连，在实验中可看到（　　）‎ A． 电流表指针将左右摆动 B． 线圈平面转到与磁感线相垂直时，电流表的指针偏转最大 C． 线圈平面转到与磁感线相平行时，电流表的指针偏转最小 D． 线圈匀速转动时，电流表的指针指向一个方向的固定值 ‎【答案】：A ‎11．图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，图中电流表为交流电流表．线圈绕垂直于磁场方向的水平轴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示，以下判断正确的是（　　）‎ A． 线圈转动的角速度为50π rad/s B． 电流表的示数为10A C． 0.01 s时线圈平面与磁场方向垂直 D． 0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右 ‎【答案】：D ‎12．如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁场方向垂直的轴匀速转动产生交变电流，电动势e随时间t的变化关系如图乙所示，则（　　）‎ A． 该交变电流的频率为100H ‎ B． 该交变电流电动势的有效值为311V C． t=0.01s时，穿过线框的磁通量为零 D． t=0.01s时，穿过线框的磁通量的变化率为零 ‎【答案】：D ‎【解析】：A、由图乙得到周期为0.02s，故频率，故A错误；‎ B、该交流电电动势的最大值为311V，故有效值，故B错误；‎ C、t=0.01s时，电动势为零，说明线圈位于中性面位置，磁通量最大，故C错误；‎ D、t=0.01s时，电动势为零，根据法拉第电磁感应定律，说明穿过线框的磁通量的变化率为零，故D正确；‎ 故选：D．‎ ‎13‎ ‎．图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为90Ω的灯泡，不计电路的其他电阻，则（　　）‎ A． t=0时刻线圈平面处于中性面 B． 每秒钟内电流方向改变50次 C． 灯泡两端的电压为22V D． 0 0.01s时间内通过灯泡的电量为0‎ ‎【答案】：A D、根据得：0 0.01s时间内通过灯泡的电量为① ②代入数据 ①②联立得：q=0.00198c，故D错误；学 ‎ 故选：A ‎14．将硬导线中间一段折成半圆形，使其半径为R，让它在磁感应强度为B、方向如图所示的磁场中绕轴MN匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分电阻不计，则灯泡的电阻为多少．‎ ‎ ‎ ‎【答案】：‎