浙江專(zhuān)版2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)3交變電流的產(chǎn)生和描述考點(diǎn)突破練含解析選修3_2

1、交變電流的產(chǎn)生和描述考點(diǎn)1正弦交變電流的變化規(guī)律(c)【典例1】(多選)(2019溫州模擬)圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖,兩磁極n、s間的磁場(chǎng)可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),為交流電流表。線圈繞垂直于磁場(chǎng)的水平軸oo沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng),從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示。以下判斷正確的是()a.電流表的示數(shù)為10 ab.0.01 s時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行c.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為50 rad/sd.0.02 s時(shí)電阻r中電流的方向自右向左【解析】選a、b。試題分析:由圖乙可知交流電電流的最大值是im=102 a,則有效值為:i=im2=10 a;由于電流表的示數(shù)為有效值,故

2、示數(shù)i=10 a,a正確;0.01 s時(shí)線圈中的感應(yīng)電流達(dá)到最大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,則穿過(guò)線圈的磁通量變化最快,磁通量為0,故線圈平面與磁場(chǎng)方向平行,b正確;由圖乙知,交變電流的周期為0.02 s,角速度=2t=100 rad/s,c錯(cuò)誤;由楞次定律可判斷出0.02 s時(shí)流過(guò)電阻的電流方向自左向右,d錯(cuò)誤。1.(多選)一邊長(zhǎng)為l的正方形單匝線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化情況如圖所示。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b,則結(jié)合圖中所給信息可判定()a.t1時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量為bl2b.t2時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量最大c.t3時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量變化率為零d.線框轉(zhuǎn)

3、動(dòng)的角速度為embl2【解析】選b、d。t1時(shí)刻和t3時(shí)刻,|e|最大,說(shuō)明穿過(guò)線框的磁通量變化率最大,但穿過(guò)線框的磁通量為零,選項(xiàng)a、c錯(cuò)誤;t2時(shí)刻e為零,穿過(guò)線框的磁通量最大,選項(xiàng)b正確;根據(jù)em=bl2可得,線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為embl2,選項(xiàng)d正確。2.(多選)(2019舟山模擬)圖甲為小型交流發(fā)電機(jī)的原理圖,發(fā)電機(jī)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸oo勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從t=0時(shí)刻開(kāi)始,通過(guò)矩形線圈的磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示,已知線圈的匝數(shù)n=50,線圈的電阻r=5 ,線圈與外電路連接的定值電阻r=45 ,電壓表為理想交流電表。則下列判斷正確的是()a.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為6.2

4、8 sb.t=0時(shí)刻線圈平面與磁感線平行c.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1002 vd.電壓表的示數(shù)為452 v【解析】選b、d。由乙圖可知,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為t=6.2810-2s,a項(xiàng)錯(cuò)誤;由乙可知,t=0時(shí)刻,磁通量為零,線圈平面與磁感線平行,b項(xiàng)正確;線圈中的最大電動(dòng)勢(shì)em=nbs=nm=50210-226.2810-2 v=100 v,c項(xiàng)錯(cuò)誤;電壓表的示數(shù)為u=er+rr=5025045 v=452 v,d項(xiàng)正確。1.變化規(guī)律(從線圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)):規(guī) 律物理量函數(shù)圖象磁 通 量=mcost=bscost電 動(dòng) 勢(shì)e=emsint=nbssint電壓u=umsint=

5、remr+rsint續(xù)表規(guī) 律物理量函數(shù)圖象電流i=imsint=emr+rsint2.兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn):(1)線圈平面與中性面重合時(shí),sb,最大,t=0,e=0,i=0,電流方向?qū)l(fā)生改變。(2)線圈平面與中性面垂直時(shí),sb,=0,t最大,e最大,i最大,電流方向不改變?？键c(diǎn)2交變電流的“四值”及應(yīng)用(c)【典例2】(多選)圖甲是一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)的構(gòu)造示意圖,線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示。發(fā)電機(jī)線圈的內(nèi)電阻不計(jì),外接燈泡的電阻為12 。則()a.在t=0.01 s時(shí)刻,穿過(guò)線圈的磁通量為零b.電壓表的示數(shù)為6 vc.燈泡消耗的電功率為3 wd.若其他條件

6、不變,僅將線圈的轉(zhuǎn)速提高一倍,則線圈電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式e=12sin100t v【解題思路】解答此題應(yīng)注意以下三點(diǎn):關(guān)鍵點(diǎn)(1)線圈在中性面感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,磁通量最大。(2)交流電路中電壓表、電流表示數(shù)均為有效值,計(jì)算電功率也需要應(yīng)用有效值。(3)線圈轉(zhuǎn)速提高一倍,瞬時(shí)值表達(dá)式中最大值提高一倍,角速度提高一倍。警示點(diǎn):磁通量的最大值與電動(dòng)勢(shì)最大值的時(shí)刻易混淆?！窘馕觥窟xb、c。在t=0.01 s的時(shí)刻,電動(dòng)勢(shì)為0,則線圈位于中性面,穿過(guò)線圈磁通量最大,故a錯(cuò)誤;電動(dòng)勢(shì)的最大值為em=62 v,電壓表示數(shù)為有效值,故示數(shù)為e=622 v=6 v,故b正確;燈泡消耗的功率p=e2r=3612 w=3

7、w,故c正確;周期為0.02 s,則瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e=emsin2tt(v)=62sin 100t(v)。轉(zhuǎn)速提高一倍后,最大值變成122 v,=2n,故角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,表達(dá)式應(yīng)為e=122sin 200t v,故d錯(cuò)誤?！镜淅?】如圖所示為一交流電電流隨時(shí)間變化的圖象,其中電流的正值為正弦曲線的正半周,其最大值為im;電流的負(fù)值的強(qiáng)度為im,則該交變電流的有效值為()a.22imb.im2c.32imd.62im【解析】選c。設(shè)電流的有效值為i,取一個(gè)周期時(shí)間,由電流的熱效應(yīng)得:im22r(110-2 s)+im2r(110-2 s)=i2r(210-2 s),解得:i=32im

8、,故選c。1.(2019紹興模擬)一只電阻分別通過(guò)四種不同形式的電流,電流隨時(shí)間變化的情況如圖所示,在相同時(shí)間內(nèi)電阻產(chǎn)生熱量最大的是()【解析】選d。選項(xiàng)a、b中交變電流的有效值都為2 a,選項(xiàng)c中恒定電流的大小為1.5 a,選項(xiàng)d中交變電流的有效值為2 a,根據(jù)熱量的表達(dá)式q=i2rt得出選項(xiàng)d正確。2.一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示。已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0 ,現(xiàn)外接一只電阻為95.0 的燈泡,如圖乙所示,則()a.電壓表v的示數(shù)為220 vb.電路中的電流方向每秒鐘改變50次c.燈泡實(shí)際消耗的功率為484 wd.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的電熱為24.2 j

9、【解析】選d。產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為220 v,通過(guò)燈泡中的電流i=er+r=2.2 a,電壓表示數(shù)為u=ir=2.295 v=209 v,選項(xiàng)a錯(cuò)誤;交變電流頻率為50 hz,電路中的電流方向每秒鐘改變100次,選項(xiàng)b錯(cuò)誤;燈泡實(shí)際消耗的功率為p=ui=2092.2 w=459.8 w,選項(xiàng)c錯(cuò)誤;發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的電熱為q=i2rt=2.2251 j=24.2 j,選項(xiàng)d正確。3.(多選)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖甲所示,產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示,則()a.t=0.005 s時(shí)線框的磁通量變化率為零b.t=0.01 s時(shí)線框平面與中性面

10、重合c.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311 vd.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為50 hz【解析】選b、d。由題圖乙可知該正弦交變電動(dòng)勢(shì)的電壓最大值為311 v,周期等于0.02 s,因此,根據(jù)正弦交變電動(dòng)勢(shì)的最大值與有效值之間的關(guān)系式u=um2得知選項(xiàng)c錯(cuò)誤;又f=1t,則頻率f=50 hz,選項(xiàng)d正確;當(dāng)t=0.005 s時(shí),e=311 v,取得最大值,穿過(guò)線圈的磁通量變化率最大,選項(xiàng)a錯(cuò)誤;當(dāng)t=0.01 s時(shí),交變電壓及電流方向發(fā)生改變,電壓值最小等于零,線框平面與中性面重合,選項(xiàng)b正確。對(duì)交變電流“四值”的比較和理解物理量物理意義適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值e=emsin tu=umsin ti=imsin t計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值(最大值)em=nbsim