3.1 交變電流（原卷版）

3.1交變電流模塊一學(xué)問把握學(xué)問點一交變電流與直流【情境導(dǎo)入】我們的照明用電為220的溝通電，溝通電的方向和直流電的方向有什么不同？【學(xué)問梳理】1．交變電流：大小和方向隨時間做變化的電流叫作交變電流，簡稱．2．直流：不隨時間變化的電流稱為直流．【重難詮釋】1．交變電流大小和方向隨時間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱溝通．2．常見的交變電流的波形圖實際應(yīng)用中，交變電流有著不同的變化規(guī)律，常見的有以下幾種，如圖所示．3．直流方向不隨時間變化的電流叫作直流，大小和方向都不隨時間變化的電流叫作恒定電流．（2023春?拉薩期末）下列圖像中不屬于溝通電的有（）A． B． C． D．（2023春?富平縣期末）對于如圖所示的電流i隨時間t做周期性變化的圖像，下列描述正確的是（）A．電流的大小變化，方向不變，不是交變電流 B．電流的大小不變，方向變化，是交變電流 C．電流的大小和方向都變化，是交變電流 D．電流的大小和方向都不變，是直流電（2022春?蒲城縣校級期中）關(guān)于交變電流與直流電的說法中，不正確的是（）A．假如電流大小做周期性變化，則不肯定是交變電流 B．直流電的大小可以變化，但方向肯定不變 C．交變電流肯定是按正弦或余弦規(guī)律變化的 D．交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性變化學(xué)問點二交變電流的產(chǎn)生【情境導(dǎo)入】假定線圈繞OO′軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，則：(1)線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，線圈中的電流方向如何變化？(2)線圈轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流有最小值和最大值時線圈分別在什么位置？【學(xué)問梳理】溝通發(fā)電機的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)軸與磁場方向．【重難詮釋】兩個特殊位置1．中性面位置(S⊥B，如圖中的甲、丙)線圈平面與磁場垂直的位置，此時Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)為0，e為0，i為0.線圈經(jīng)過中性面時，電流方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向轉(zhuǎn)變兩次．2．垂直中性面位置(S∥B，如圖中的乙、丁)此時Φ為0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大．（2023春?思明區(qū)校級期末）如圖是溝通發(fā)電機的示意圖，圖甲到圖丁分別表示線圈轉(zhuǎn)動過程中的四個位置，其中甲、丙中的線圈與磁場方向垂直，乙、丁中線圈與磁場方向平行，則在線圈轉(zhuǎn)動的過程中，下列說法正確的是（）A．線圈轉(zhuǎn)動的過程中，產(chǎn)生直流電流 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)到圖乙和圖丁位置時，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相反（2023?紹興二模）在物理選修課中，小明著手爭辯某款發(fā)電機，做如下嘗試：如圖甲所示，第一次在發(fā)電機的矩形線框處加水平向右的勻強磁場；如圖乙所示，其次次在矩形線框處加豎直向下的勻強磁場。矩形線框繞對稱軸OO'，以肯定的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，給外電阻R供電。比較通過R中的電流，下列說法正確的是（）A．甲、乙都為直流電 B．甲、乙都為溝通電 C．甲是直流電，乙是溝通電 D．甲是溝通電，乙是直流電（2023春?天河區(qū)校級期中）溝通發(fā)電機的示意圖如圖所示，當(dāng)線圈ABCD繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO'勻速轉(zhuǎn)動時，下列說法正確的是（）A．圖示位置磁通量最大，磁通量的變化率最大 B．圖示位置電流最大，方向為A→B C．從圖示位置開頭轉(zhuǎn)過90°時，電流方向?qū)l(fā)生轉(zhuǎn)變 D．從圖示位置開頭轉(zhuǎn)過90°時，電動勢達(dá)到最大值學(xué)問點三正弦式交變電流的變化規(guī)律【情境導(dǎo)入】如圖所示，線圈平面繞bc邊的中點從中性面開頭轉(zhuǎn)動，角速度為ω.經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt，ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt.設(shè)ab邊長為L1，bc邊長為L2，線圈面積S＝L1L2，磁感應(yīng)強度為B，則：(1)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為多大？(2)整個線圈中的感應(yīng)電動勢為多大？(3)若線圈有N匝，則整個線圈的感應(yīng)電動勢為多大？【學(xué)問梳理】1．中性面(1)中性面：與磁感線的平面．(2)當(dāng)線圈平面位于中性面時，線圈中的磁通量，線圈中的電流．2．從中性面開頭計時，線圈中產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達(dá)式：e＝Emsinωt，Em叫作電動勢的，Em＝.3．正弦式交變電流：按規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡稱．4．正弦式交變電流和電壓電流表達(dá)式i＝，電壓表達(dá)式u＝.其中Im、Um分別是電流和電壓的，也叫．【重難詮釋】1．正弦式交變電流的瞬時值表達(dá)式(1)從中性面位置開頭計時e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)從與中性面垂直的位置開頭計時e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.2.交變電流的峰值Em＝NωBS，Im＝eq\f(NωBS,R＋r)，Um＝eq\f(NωBSR,R＋r).說明電動勢峰值Em＝NωBS由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強度B、轉(zhuǎn)動角速度ω和線圈面積S打算，與線圈的外形無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)．如圖所示的幾種狀況中，假如N、B、ω、S均相同，則感應(yīng)電動勢的峰值均相同．（2023?河南模擬）如圖所示為溝通發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向勻強磁場，A為抱負(fù)溝通電表。單匝線框繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向以角速度ω＝100π（rad/s）勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開頭計時。已知Φm=1πWb，電阻R＝5ΩA．電流表的示數(shù)約為14.1A B．1s內(nèi)電流的方向轉(zhuǎn)變50次 C．0.01s時，感應(yīng)電動勢為0 D．1個周期內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為10J（2023?宣州區(qū)校級模擬）如圖1為小型溝通發(fā)電機的示意圖，兩磁極N，S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場．線圈繞垂直于磁場的水平軸OO'沿逆時針方向以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖2所示，下列結(jié)論正確的是（）A．線圈從圖1所示位置轉(zhuǎn)過90°時是圖2的計時起點 B．每經(jīng)過圖1所示位置1次，電流方向轉(zhuǎn)變1次 C．若線圈的匝數(shù)為20，則電動勢的最大值是20V D．若增大線圈轉(zhuǎn)動的角速度，則磁通量變化率的最大值增大（2023春?西城區(qū)校級期中）如圖所示，甲→乙→丙→丁→甲過程是溝通發(fā)電機發(fā)電的示意圖，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，用導(dǎo)體制成的兩個電刷分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在勻速轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接。已知線圈轉(zhuǎn)動的角速度為ω，轉(zhuǎn)動過程中電路中的最大電流為Im。下列選項正確的是（）A．在圖甲位置時，線圈中的磁通量最大，感應(yīng)電流最大 B．從圖乙位置開頭計時，線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系式為i＝Imsinωt C．在圖丙位置時，線圈中的磁通量最大，磁通量的變化率也最大 D．在圖丁位置時，感應(yīng)電動勢最大，cd邊電流方向為d→c學(xué)問點四交變電流的圖像【重難詮釋】如圖甲、乙所示，從圖像中可以得到以下信息：(1)交變電流的峰值Em、Im.(2)兩個特殊值對應(yīng)的位置：①e＝0(或i＝0)時：線圈位于中性面上，此時eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，Φ最大．②e最大(或i最大)時：線圈平行于磁感線，此時eq\f(ΔΦ,Δt)最大，Φ＝0.(3)e、i大小和方向隨時間的變化規(guī)律．（2023春?龍巖期末）如圖甲所示是某發(fā)電機的示意圖。使線圈a沿軸線做簡諧運動，線圈a中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示。線圈a連接了一個電阻R和抱負(fù)電壓表。線圈a及導(dǎo)線的電阻均不計。則下列說法正確的是（）A．電壓表示數(shù)為0.5V B．線圈a輸出電流的頻率為10Hz C．其他條件不變，僅增大線圈a簡諧運動的頻率，電壓的最大值不變 D．其他條件不變，僅更換不同阻值的電阻，電壓表示數(shù)不變（2023春?鄭州期末）一線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生正弦式溝通電。如圖所示，圖線a（實線）和圖線b（虛線）是線圈在不同轉(zhuǎn)速時，所產(chǎn)生正弦溝通電的圖像。以下關(guān)于這兩個正弦溝通電的說法正確的是（）A．兩種轉(zhuǎn)速下，t＝0時刻穿過線圈的磁通量均為零 B．線圈在兩種轉(zhuǎn)速下周期之比為Ta：Tb＝2：1 C．圖線a所對應(yīng)溝通電的電壓有效值為5V D．圖線b所對應(yīng)的溝通電的瞬時值表達(dá)式為e＝5sin（50πt）V（2023春?南崗區(qū)校級月考）在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，則下列說法正確的是（）A．t＝0.01s時穿過線框的磁通量最小 B．t＝0.01s時穿過線框的磁通量變化率最大 C．該線框勻速轉(zhuǎn)動的角速度大小為50πrad/s D．感應(yīng)電動勢瞬時值為22V時，線框平面與中性面的夾角為45°（2023春?房山區(qū)期中）圖甲是小型溝通發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，A為溝通電流表。線圈繞垂直于磁場方向的水平軸OO'沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開頭計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示，以下推斷正確的是（）A．電流表的示數(shù)為10A B．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50πrad/s C．0.01s時線圈平面與磁場方向垂直 D．0.02s時線圈中磁通量最大模塊二鞏固提高（2023春?重慶期中）如圖所示，在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，有一面積為S的矩形單匝閉合導(dǎo)線abcd，ab邊與磁場方向垂直，線框的電阻為R。使線框以恒定的角速度ω繞過ab、bc中點的軸旋轉(zhuǎn)。則（）A．線框平面與磁場方向平行時，線框中的電流為零 B．線框平面與磁場方向平行時，線框的磁通量變化率為零 C．線框中感應(yīng)電動勢的最大值是BSω D．線框中感應(yīng)電動勢的有效值是BSω（2023春?湟中區(qū)校級期末）手搖式溝通發(fā)電機結(jié)構(gòu)如圖所示，燈泡L與溝通電流表A串聯(lián)后通過電刷、滑環(huán)與矩形線圈相連。搖動手柄，使線圈在勻強磁場中繞垂直磁場的軸OO'逆時針勻速轉(zhuǎn)動，從t＝0時刻開頭，線圈中的磁通量變化如圖乙所示，下列說法正確的是（）A．t1時刻線圈中電流最大 B．t3時刻通過電流表的電流轉(zhuǎn)變方向 C．t3時刻線圈所在平面和磁場平行 D．線圈轉(zhuǎn)速變快，溝通電周期將變大（2023?南開區(qū)校級模擬）由溝通發(fā)電機、定值電阻R、溝通電流表A組成的閉合回路如圖甲所示，線圈ABCD在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，從某時刻開頭計時，穿過線圈的磁通量Φ隨時間t的變化狀況如圖乙所示，下列說法正確的是（）A．t1時刻線圈中的感應(yīng)電動勢最大 B．t1時刻線圈中感應(yīng)電流的方向轉(zhuǎn)變 C．t2時刻線圈中的感應(yīng)電流為零 D．t3～t4時間內(nèi)，電流表的示數(shù)漸漸增大（2023春?蘇州期中）如圖所示是正弦式溝通發(fā)電機的示意圖，下列說法中正確的是（）A．該發(fā)電機是旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機 B．兩磁極之間產(chǎn)生的磁場是輻向磁場 C．圖示位置時，穿過線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動勢也為零 D．逆時針轉(zhuǎn)至圖示位置時，線圈中感應(yīng)電流的方向是A→B→C→D（2023?分宜縣校級一模）如圖甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢圖象如圖乙中曲線a、b所示，則下列說法正確的是（）A．曲線b表示的交變電動勢有效值為52V B．曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2：3 C．曲線a表示的交變電動勢頻率為50Hz D．t＝3×10﹣2s時曲線a對應(yīng)線框的磁通量最大（2022秋?南崗區(qū)校級期末）一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流的電動勢為e＝220sin200πt（V），則下列說法正確的是（）A．當(dāng)t＝0時，線圈平面垂直于勻強磁場 B．該交變電流的頻率是200Hz C．當(dāng)t=1200s時，D．該交變電流電動勢的最大值為220（2023?萊西市校級學(xué)業(yè)考試）如圖垂直于紙面對里的有界勻強磁場中有一個矩形線框abcd，線框以O(shè)O'為軸勻速轉(zhuǎn)動，OO'與磁場右邊界重合。若線框中產(chǎn)生電流的峰值為Im，由圖示位置開頭計時，則下列可以正確描述線框中電流隨時間變化的