高考物理三輪沖刺題型歸納講練專(zhuān)題26 交流電的產(chǎn)生及描述（原卷版）

專(zhuān)題26交流電的產(chǎn)生及描述[題型導(dǎo)航]題型一交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律 1題型二交流電有效值的求解 4題型三交變電流“四值”的比較 7[考點(diǎn)分析]題型一交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1．交變電流的產(chǎn)生(1)線(xiàn)圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．(2)兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)：①線(xiàn)圈平面與中性面重合時(shí)，S⊥B，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)l(fā)生改變．②線(xiàn)圈平面與中性面垂直時(shí)，S∥B，Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大，電流方向不改變．(3)電流方向的改變：線(xiàn)圈通過(guò)中性面時(shí)，電流方向發(fā)生改變，一個(gè)周期內(nèi)線(xiàn)圈兩次通過(guò)中性面，因此電流的方向改變兩次．(4)交變電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBSω，與轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān)，與線(xiàn)圈形狀無(wú)關(guān)．2．交變電流的變化規(guī)律(線(xiàn)圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí))規(guī)律物理量函數(shù)表達(dá)式圖象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動(dòng)勢(shì)e＝Emsinωt＝nBSωsinωt電壓u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt電流i＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt如圖所示，一正方形線(xiàn)圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著OO′方向觀(guān)察，線(xiàn)圈沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線(xiàn)圈匝數(shù)為n，邊長(zhǎng)為l，電阻為R，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω。則當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí)，下列說(shuō)法不正確的是（）A．線(xiàn)圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcda B．線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流為nBlC．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為0 D．穿過(guò)某匝線(xiàn)圈磁通量的變化率為Bl2ω如圖（a）→（b）→（c）→（d）→（e）過(guò)程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖。線(xiàn)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(gè)電刷分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路連接。下列說(shuō)法正確的是（）A．圖（a）中，線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)垂直，磁通量變化率最大 B．從圖（b）開(kāi)始計(jì)時(shí)，線(xiàn)圈中電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系是i＝Imsinωt C．當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到圖（c）位置時(shí)，感應(yīng)電流最小，且感應(yīng)電流方向改變 D．當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到圖（d）位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b（多選）如圖1所示，一個(gè)面積為S的矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量隨時(shí)間變化如圖2所示，下列說(shuō)法正確的是（）A．t1時(shí)刻線(xiàn)圈平面垂直于中性面 B．t2時(shí)刻ad邊的速度方向跟磁感線(xiàn)垂直 C．t3時(shí)刻線(xiàn)圈平面與中性面重合 D．在如圖1所示位置時(shí)，電流方向改變一次圖1是一手搖發(fā)電機(jī)，其原理可簡(jiǎn)化為矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生隨時(shí)間變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。已知矩形線(xiàn)圈abcd的匝數(shù)為N，邊長(zhǎng)ab＝cd＝L1，bc＝ad＝L2．線(xiàn)圈所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．線(xiàn)圈的角速度為ω．當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)到圖2所示位置時(shí)，其平面與磁場(chǎng)方向平行。（1）求線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)到圖2位置時(shí)ab邊切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小并判斷ab兩端電勢(shì)的高低；（2）從線(xiàn)圈處于圖2位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，t時(shí)刻線(xiàn)圈轉(zhuǎn)至截面圖中虛線(xiàn)所示位置，推導(dǎo)t時(shí)刻線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為e＝NBL1L2ωcosωt；（3）如圖3所示，線(xiàn)圈的ab、cd邊分別通過(guò)電流與兩個(gè)滑環(huán)e、f相連，滑環(huán)e、f與二極管D、外電阻相連，組成閉合回路。二極管具有單向?qū)щ娦?，即加正向電壓時(shí)其電阻可忽略不計(jì)，加反向電壓時(shí)電阻可視為無(wú)窮大。已知線(xiàn)圈電阻為r，外電阻為R，電路其余部分電阻不計(jì)。計(jì)算經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間t（遠(yuǎn)大于線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)周期）的過(guò)程中，外電阻R上產(chǎn)生的熱量。題型二交流電有效值的求解 1．正弦式交流電的有效值：I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，E＝eq\f(Em,\r(2))2．非正弦式交流電有效值的求解需根據(jù)電流的熱效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算．發(fā)電機(jī)的示意圖如甲所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬框，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定角速度繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示。其他電阻不計(jì)，圖乙中的Um為已知量。在金屬框轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中（）A．框內(nèi)電流方向不變 B．電動(dòng)勢(shì)的有效值為12UmC．流過(guò)電阻的電荷量為4BLD．電阻產(chǎn)生的焦耳熱為π如圖甲所示為一臺(tái)小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造示意圖，內(nèi)阻r＝1Ω，外電路電阻R2＝R2＝18Ω，電路中其余電阻不計(jì)，發(fā)電機(jī)的矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈匝數(shù)n＝10，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)每匝線(xiàn)圈的磁通量Φ隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示，取π＝3.14，則（）A．t＝1.57×10﹣2s時(shí)，該小型發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為零 B．t＝3.14×10﹣2s時(shí)，矩形線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到中性面位置 C．串聯(lián)在外電路中的交流電流表的示數(shù)為2A D．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為20V（多選）圖甲為風(fēng)力發(fā)電的簡(jiǎn)易模型。在風(fēng)力作用下，風(fēng)葉帶動(dòng)與桿固連的永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵下方的線(xiàn)圈與電壓傳感器相連。在某一風(fēng)速時(shí)，傳感器顯示如圖乙所示，則（）A．磁鐵的轉(zhuǎn)速為5πr/s B．線(xiàn)圈兩端電壓的有效值為62V C．交變電流的電壓表達(dá)式為u＝12sin5πtV D．該交變電流可以直接加在擊穿電壓為62V的電容器上（多選）如圖所示，匝數(shù)為n的正方形線(xiàn)圈abcd的電阻為r，線(xiàn)圈外接電阻R，理想電壓表與電阻R并聯(lián)，線(xiàn)圈ab邊和cd邊的中點(diǎn)連線(xiàn)OO′，恰好位于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上，線(xiàn)圈繞OO′為軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，電壓表的示數(shù)為U，下列說(shuō)法中正確的是（）A．從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e=2UsinωtB．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量的最大值為Φm=2C．線(xiàn)圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量為2UD．線(xiàn)圈從圖示位置轉(zhuǎn)到90°位置時(shí)，電阻R的瞬時(shí)功率為2如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，邊長(zhǎng)L＝10cm的正方形線(xiàn)圈共100匝，線(xiàn)圈總電阻r＝1Ω，線(xiàn)圈繞垂直于磁感線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω＝2πrad/s，外電路中的電阻R＝4Ω，求：（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值；（2）由圖示位置（線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行）轉(zhuǎn)過(guò)60°的過(guò)程中產(chǎn)生的平均速度感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；（3）由圖示位置（線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行）轉(zhuǎn)過(guò)60°的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）；（4）線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的總熱量；（5）從圖示位置開(kāi)始的16題型三交變電流“四值”的比較交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線(xiàn)圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))適用于正(余)弦式交變電流(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線(xiàn)與時(shí)間軸所夾的面積與時(shí)間的比值eq\x\to(E)＝Bleq\x\to(v)eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計(jì)算通過(guò)電路橫截面的電荷量如圖甲所示，標(biāo)有“220V，40W”的電燈和標(biāo)有“20μF，300V”的電容器并聯(lián)接到交流電源上，電壓表為交流電壓表。交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開(kāi)關(guān)，下列判斷正確的是（）A．t=T2B．電燈會(huì)燒壞 C．電容器有可能被擊穿 D．交流電壓表V的示數(shù)保持1102如圖1所示，線(xiàn)圈abcd的面積是0.05m2，共100匝；線(xiàn)圈總電阻為1Ω，外接電阻R＝9Ω，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1（1）線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em。（2）若線(xiàn)圈處于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫(xiě)出線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式。（3）線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)130（4）在圖2中畫(huà)出電