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

專題26交流電的產(chǎn)生及描述[題型導航]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：①線圈平面與中性面重合時，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線圈平面與中性面垂直時，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Em＝nBSω，與轉(zhuǎn)軸位置無關，與線圈形狀無關．2．交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)規(guī)律物理量函數(shù)表達式圖象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動勢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，一正方形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，沿著OO′方向觀察，線圈沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。已知勻強磁場的磁感應強度為B，線圈匝數(shù)為n，邊長為l，電阻為R，轉(zhuǎn)動的角速度為ω。則當線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時，下列說法不正確的是（）A．線圈中感應電流的方向為abcda B．線圈中的感應電流為nBlC．穿過線圈的磁通量為0 D．穿過某匝線圈磁通量的變化率為Bl2ω如圖（a）→（b）→（c）→（d）→（e）過程是交流發(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，用導體制成的兩個電刷分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接。下列說法正確的是（）A．圖（a）中，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變化率最大 B．從圖（b）開始計時，線圈中電流i隨時間t變化的關系是i＝Imsinωt C．當線圈轉(zhuǎn)到圖（c）位置時，感應電流最小，且感應電流方向改變 D．當線圈轉(zhuǎn)到圖（d）位置時，感應電動勢最大，ab邊感應電流方向為a→b（多選）如圖1所示，一個面積為S的矩形線圈在勻強磁場中做勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化如圖2所示，下列說法正確的是（）A．t1時刻線圈平面垂直于中性面 B．t2時刻ad邊的速度方向跟磁感線垂直 C．t3時刻線圈平面與中性面重合 D．在如圖1所示位置時，電流方向改變一次圖1是一手搖發(fā)電機，其原理可簡化為矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生隨時間變化的感應電動勢。已知矩形線圈abcd的匝數(shù)為N，邊長ab＝cd＝L1，bc＝ad＝L2．線圈所在處磁感應強度為B．線圈的角速度為ω．當線圈轉(zhuǎn)動到圖2所示位置時，其平面與磁場方向平行。（1）求線圈轉(zhuǎn)動到圖2位置時ab邊切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢大小并判斷ab兩端電勢的高低；（2）從線圈處于圖2位置開始計時，t時刻線圈轉(zhuǎn)至截面圖中虛線所示位置，推導t時刻線圈產(chǎn)生的感應電動勢大小為e＝NBL1L2ωcosωt；（3）如圖3所示，線圈的ab、cd邊分別通過電流與兩個滑環(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?，即加正向電壓時其電阻可忽略不計，加反向電壓時電阻可視為無窮大。已知線圈電阻為r，外電阻為R，電路其余部分電阻不計。計算經(jīng)過一段較長時間t（遠大于線圈轉(zhuǎn)動周期）的過程中，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)電流的熱效應進行計算．發(fā)電機的示意圖如甲所示，邊長為L的正方形金屬框，在磁感應強度為B的勻強磁場中以恒定角速度繞OO′軸轉(zhuǎn)動，阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示。其他電阻不計，圖乙中的Um為已知量。在金屬框轉(zhuǎn)動一周的過程中（）A．框內(nèi)電流方向不變 B．電動勢的有效值為12UmC．流過電阻的電荷量為4BLD．電阻產(chǎn)生的焦耳熱為π如圖甲所示為一臺小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的構(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，發(fā)電機的矩形線圈在勻強磁場中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場方向的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈匝數(shù)n＝10，轉(zhuǎn)動過程中穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間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，該小型發(fā)電機的電動勢為零 B．t＝3.14×10﹣2s時，矩形線圈轉(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．感應電動勢的最大值為20V（多選）圖甲為風力發(fā)電的簡易模型。在風力作用下，風葉帶動與桿固連的永磁體轉(zhuǎn)動，磁鐵下方的線圈與電壓傳感器相連。在某一風速時，傳感器顯示如圖乙所示，則（）A．磁鐵的轉(zhuǎn)速為5πr/s B．線圈兩端電壓的有效值為62V C．交變電流的電壓表達式為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的正方形線圈abcd的電阻為r，線圈外接電阻R，理想電壓表與電阻R并聯(lián)，線圈ab邊和cd邊的中點連線OO′，恰好位于磁感應強度為B的勻強磁場的邊界上，線圈繞OO′為軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，電壓表的示數(shù)為U，下列說法中正確的是（）A．從圖示位置開始計時，電動勢的表達式為e=2UsinωtB．穿過線圈的磁通量的最大值為Φm=2C．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中通過電阻R的電荷量為2UD．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)到90°位置時，電阻R的瞬時功率為2如圖所示，勻強磁場的磁感應強度B＝0.5T，邊長L＝10cm的正方形線圈共100匝，線圈總電阻r＝1Ω，線圈繞垂直于磁感線的對稱軸OO'勻速轉(zhuǎn)動，角速度ω＝2πrad/s，外電路中的電阻R＝4Ω，求：（1）感應電動勢的最大值；（2）由圖示位置（線圈平面與磁感線平行）轉(zhuǎn)過60°的過程中產(chǎn)生的平均速度感應電動勢；（3）由圖示位置（線圈平面與磁感線平行）轉(zhuǎn)過60°的瞬時感應電動勢）；（4）線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的總熱量；（5）從圖示位置開始的16題型三交變電流“四值”的比較交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值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)計算與電流的熱效應有關的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設備“銘牌”上所標的一般是有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值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)計算通過電路橫截面的電荷量如圖甲所示，標有“220V，40W”的電燈和標有“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，閉合開關，下列判斷正確的是（）A．t=T2B．電燈會燒壞 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，線圈abcd的面積是0.05m2，共100匝；線圈總電阻為1Ω，外接電阻R＝9Ω，勻強磁場的磁感應強度為B=1（1）線圈中感應電動勢的峰值Em。（2）若線圈處于中性面開始計時，寫出線圈中感應電動勢的瞬時表達式。（3）線圈轉(zhuǎn)過130（4）在圖2中畫出電