2019年高考物理一輪復(fù)習(xí)微專題系列之熱點(diǎn)專題突破專題63正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律學(xué)案

1、專題63正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1.正弦式交變電流的產(chǎn)生(1)線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動.(2)兩個特殊位置的特點(diǎn)：.一.A線圈平面與中性面重合時，SJ±B,最大，石二=。，e=0,i=0,電流萬向?qū)l(fā)生改變.一一一，一一一，A一，一，、，、線圈平面與中性面垂直時，S/B,=0,取大，e取大，i取大，電流萬向不改變.(3)電流方向的改變：線圈通過中性面時，電流方向發(fā)生改變，一個周期內(nèi)線圈兩次通過中性面，因此電流的方向改變兩次.(4)交變電動勢的最大值EknBSco,與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，與線圈形狀無關(guān).2.正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)物理量函數(shù)表達(dá)式圖象磁

2、通量=ncos3t=BS:os3t.Jt電動勢e=Esincot=nBSosin3t1).Vr端電壓REu-Umsincotsin3tR+r電流,，Em，iInsincot-sin3tR+rJ.vr*【典例1】交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖如圖所示，線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在金屬滑環(huán)L上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路相連。線圈轉(zhuǎn)動過程中，下列說法中正確的是()甲乙丙丁A.轉(zhuǎn)到圖甲位置時，通過線圈的磁通量變化率最大B.轉(zhuǎn)到圖乙位置時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零C.轉(zhuǎn)到圖丙位置時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大D.轉(zhuǎn)到圖丁位置時，AB邊感應(yīng)電流方向?yàn)榘撕！敬鸢浮緿【解析】3)當(dāng)線圈J

3、身圖甲位置時，線圈平面和磁場垂直，穿過線圈磁通量最大，感應(yīng)電動勢為零j根據(jù)法拉第電被感應(yīng)定律，此時線圈中磁通量的。翻寸變化率為零，A錯誤(2)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙位置時，線圈平面和磁場平行.，此時穿過線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動勢最大，B錯誤:(3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖丙位置時，線圈平面和磁場垂直,穿過線圈磁通量最大，感應(yīng)電動勢為零，線圈中的感應(yīng)電流為零,C錯誤j(4)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖丁位置時，線圈AB邊、CD邊此時正分別向上和向下垂直切割磁場，根據(jù)右手定則，此時回路中的感應(yīng)電流方向?yàn)閺腁到B,D正確；故本題選D【典例2】如圖所示，在水平向右的勻強(qiáng)磁場中，一線框繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，線框通過電刷、圓環(huán)、導(dǎo)線

4、等與定值電阻組成閉合回路.ti、t2時刻線框分別轉(zhuǎn)到圖甲、乙所示的位置，下列說法正確的是()甲乙A. ti時刻穿過線框的磁通量最大B. ti時刻電阻中的電流最大，方向從右向左C. 12時刻穿過線框的磁通量變化最快D. t2時刻電阻中的電流最大，方向從右向左【答案】B【解析】ti時刻，穿過線框的磁通量為零，線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，電阻中的電流最大，根據(jù)楞次定律，通過電阻的電流方向從右向左，A錯誤，B正確；t2時刻，穿過線框的磁通量最大，線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零，電阻中的電流為零，CD錯誤.【典例3】線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交流電的圖象如圖所示，由圖可知()a.在A和。時刻線圈處于中性面位

5、置B.在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C.從八時刻起到D時刻，線圈轉(zhuǎn)過的角度為w弧度D.在八和C時刻磁通量變化率的絕對值最大【答案】D【解析】在/和C時刻感應(yīng)電流最大，感應(yīng)電動勢最大,而遨通量為零，碳通量的孌化率最大，線圈處于與中性面垂直的位匿，A錯誤D正確；在B和口時刻感應(yīng)電流為零,感應(yīng)電動勢為雪，而磁通量最大,B錯誤£從H時刻到D時刻經(jīng)過時間為:周期，線圈轉(zhuǎn)過的角度為1與通度，C錯誤.【跟蹤短訓(xùn)】1 .如圖，線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電流，以下相關(guān)說法中正確的是甲乙丙丁A.線圈在甲、丙圖所示位置時，磁通量變化率最大8 .線圈在乙、丁圖所示位置時，產(chǎn)生的電流最大C.線圈平面經(jīng)過甲

6、、丙圖所示位置時，電流的方向都要改變一次D.線圈每轉(zhuǎn)動一周，電流方向改變一次【答案】BC【解析】(1)當(dāng)線圈出現(xiàn)在甲、丙位置時，線圈平面和磁場完全垂直，磁通量最大，但ab邊和cd邊恰好不切割磁場，瞬時感應(yīng)電動勢為零，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，此時磁通量的瞬時變化率為零，A錯誤；(2)線圈在乙丁位置時，線圈平面和磁場方向平行，磁通量為零，但此時ab邊和cd邊正好垂直切割磁場，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，故此日流過線圈的瞬時電流最大，B正確；(3)根據(jù)交變電流產(chǎn)生的原理，線圈每經(jīng)過一次中性面，電流方向改變一次，線圈在甲、丙圖中均處于中性面，故電流方向都要改變一次，C正確；(4)線圈每轉(zhuǎn)動一周要經(jīng)過兩次中性

7、面，所以線圈每轉(zhuǎn)動一周，方向改變兩次，D錯誤。故本題選BCe隨時2.一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場方向、并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢間t的變化情況如圖所示，則A. t i時刻穿過線圈的磁通量為零B . t 2時刻穿過線圈的磁通量為零C.t3時刻穿過線圈的磁通量變化率為零D.t4時刻穿過線圈的磁通量變化率為零【答案】AD【解析】A項：時刻，感應(yīng)電動勢力最大值，通過線圈的磁通量為零，故A正確；B項：曲時刻感應(yīng)電動勢為零，線圈通過中性面時，磁通量最大j故B錯誤jC項：色時刻，感應(yīng)電動勢為最大值,由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，色時刻穿過線圈的磁通量變化率最大，故C錯誤5D項時刻感應(yīng)電動勢為

8、我由法拉第電磁感應(yīng)定律正=般去可知M時刻穿過線圈的磁通量變化率為零j故D正確中3.在勻強(qiáng)磁場中，一只矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖所示廁1c)A.交變電動勢的頻率為100HzB.線框轉(zhuǎn)動的角速度為10。開raJ/5C.f=0-0心時線框平面與中性面重合D.線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311V【答案】BC【解析】A、周期為T=。耳故頻率為：f=/50%故A錯誤；B、線框轉(zhuǎn)動的角速度為s=y=190nmd/s,故B正確：c、t=acn田寸，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零，線框平面與中性面重合，故c正確；D、由圖象可知,交流電的最大值Em=311Y,有效值E=220%故D

9、錯誤©/占故選：BC課后作業(yè)1 .風(fēng)力發(fā)電機(jī)為一種新能源產(chǎn)品，功率為200W到15kW,廣泛應(yīng)用于分散住戶.若風(fēng)力發(fā)電機(jī)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈通過中性面時，下列說法正確的是（）.A.穿過線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電動勢最大B.穿過線圈的磁通量等于零，線圈中的感應(yīng)電動勢最大C.穿過線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電動勢等于零D.穿過線圈的磁通量等于零，線圈中的感應(yīng)電動勢等于零【答案】C【解析】當(dāng)線圈通過中性面時，感應(yīng)電動勢為零，但此時穿過線圈的磁通量最大；當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時，穿過線圈的磁通量為零，但此時感應(yīng)電動勢最大.2. 一矩形線框在勻強(qiáng)磁場內(nèi)繞垂直于磁場

10、的軸勻速轉(zhuǎn)動的過程中，線框輸出的交流電壓隨時間變化的圖象如圖所示，下列說法中正確的是（）.A.t=0時刻線框平面與磁場平行B,交流電壓的頻率為4HzC. 1s末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量變化最快D. 2s末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量最大【答案】D一一,一一，1一，【解析】由u-t圖象可知，t=0時刻瞬時電壓為零，線框處于中性面，頻率f=1=0.25Hz,故選項A、B錯誤；由圖象可知，1s末交變電壓最大，通過線框的磁通量變化率最大，此時線框與磁場方向平C錯誤、D行，而2s末交變電壓為零，此時線框經(jīng)過中性面與磁場垂直，穿過線框的磁通量最大，故選項正確.3.一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)

11、磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間t的變化規(guī)律如圖所示。下列說法中正確的是A. ti時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大B. t2時刻通過線圈的磁通量為0C. t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大D.每當(dāng)電流方向變化時，線圈平面就會與中性面垂直【答案】CI1解析由圖時刻j感應(yīng)電動勢為最大值，通過線圈的磁通量為零？成人錯俁5七時刻感應(yīng)電動勢為零,線圈通過中性面時f磁通量最大，故B錯誤；k時刻感應(yīng)電助勢最大,由法拉第電磁感電助勢E=嗯可如:此時通過線圈的磁通量變化率的度對值最大,故C正確亍每當(dāng)電流轉(zhuǎn)換方向時：司圈與磁場垂直故D錯誤。4.在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線

12、框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示。產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢如圖乙所示，則（）A.線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311VB.線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為I。也C. £二°由1§時線框平面與中性面重合D. £二00153時線框的磁通量變化率為零【答案】C【解析】由闋乙可虻T4必，凡=古丁連干邛韋流的有好情于£=浣=舒卜=22股，爐率r=：=5UH犯故AB錯誤jO.。"時電動勢為零，線圈平面與磁場方向垂直，即線框平面與中性囪重合故C正確5由圖可知1.6汨時刻感應(yīng)電動勢最大,所以穿過線框回路的磁通量變化率為最大，故D錯誤3故選C。5.在勻強(qiáng)磁場

13、中，一個100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生的電動勢隨時間按如圖所示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為zn,則（）A. I=0.53時，線圈平面垂直于磁感線B. 一分鐘內(nèi)線圈中的電流改變方向30次1C. £二15時，線圈中的磁通量最大，為釬D. 一個周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為|l6J【答案】C【解析】0.5s時感應(yīng)電動勢最大，磁通量變化率最大，磁通量為零，線圈平面平行磁感線，A錯誤;一個周期變換兩次方向， 從圖中可知上二乙,60-y X 2 = 60時，感應(yīng)電動勢為零，此時磁通量最大，因?yàn)镋m=NBS<o= 7,解得£演 4x21<|

14、= = 2底N 2ir x 100，C故一分鐘內(nèi)線圈中的電流改變方向次，B錯誤;t=1s正確；一個周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為E2642Q = 一T T =X 2 = HiR2R2x26.一單匝閉合線框從如圖所示位置開始，在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中，線框中的最大磁通量為中勺最大感應(yīng)電動勢為下列說法正確的是A.轉(zhuǎn)動90°時磁通量為零，感應(yīng)電動勢也為零B.當(dāng)磁通量為零時，感應(yīng)電動勢最大C.當(dāng)磁通量等于0$電時，感應(yīng)電動勢等于D.角速度【答案】BD一【解析】我框從如圖位置開始,轉(zhuǎn)過W度時,正好處于中性面,它恰好和磁感等垂直，磁通量最大J兩條豎直邊，恰好不切割磁場

15、，感應(yīng)電動勢為零，A錯誤J如圖所示的平面，為線框與中性面垂直的平面，線框平面與磁場平行磁通量為零，兩條豎邊正好垂直切割磁場，感應(yīng)電動勢最大，B正確5(3)設(shè)線框平面和磁場方向夾角為B時,則穿在支框的磁通量為才=備1m所以當(dāng)磁通量為0一/n時,得GW(凡但若線框從如圖所示平面開始特動p特過的角度可能為也或也伊，根據(jù)電動勢的瞬時累達(dá)式白二/二典叫該嶙時電動勢可能為日=。,5$或-。&2則/甑吳jI/(4)因?yàn)殡妱觿莘逯礒"的;最大磁通量中所二次則“，D正確。故本題選BDA.該感應(yīng)電動勢白有效值為5V2所示，則B.該發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速為25r/s1c.»痂5時，穿過發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大