新高考物理一輪復習重難點練習專題27 交變電流的產(chǎn)生和描述（原卷版）

專題27交變電流的產(chǎn)生和描述1.理解正弦式交變電流的產(chǎn)生過程，能正確書寫交變電流的函數(shù)表達式.2.理解并掌握交變電流圖像的意義.3.理解描述交變電流的幾個物理量，會計算交變電流的有效值.4.知道交流電“四值”在具體情況下的應用．考點一正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1．產(chǎn)生線圈繞垂直于勻強磁場方向的軸勻速轉動．2．兩個特殊位置的特點(1)線圈平面轉到中性面時，S⊥B，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，電流方向將發(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．3．一個周期內(nèi)線圈中電流的方向改變兩次．4．描述交變電流的物理量(1)最大值Em＝NBSω，與轉軸位置無關，與線圈形狀無關(填“有關”或“無關”)．(2)周期和頻率①周期(T)：交變電流完成一次周期性變化所需的時間．單位是秒(s)，公式T＝eq\f(2π,ω).②頻率(f)：交變電流在單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)．單位是赫茲(Hz)．③周期和頻率的關系：T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T).5．交變電流的變化規(guī)律(線圈從中性面開始計時)函數(shù)表達式圖像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動勢e＝Emsinωt＝NBSωsinωt書寫交變電流瞬時值表達式的技巧(1)確定正弦交變電流的峰值：根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝NBSω求出相應峰值．(2)明確線圈的初始位置：①若線圈從中性面位置開始計時，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達式為i＝Imsinωt.②若線圈從垂直中性面位置開始計時，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達式為i＝Imcosωt.【典例1】（2022·重慶·西南大學附中高三階段練習）如圖所示為一種交流發(fā)電機的示意圖，矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸SKIPIF1<0勻速轉動，發(fā)電機的電動勢隨時間的變化規(guī)律為SKIPIF1<0，則（

）A．此交流電的頻率為SKIPIF1<0B．此交流電動勢的有效值為SKIPIF1<0C．當線圈平面轉到圖示位置時產(chǎn)生的電動勢最大D．當線圈平面轉到平行于磁場的位置時磁通量的變化率最大【典例2】（2022·全國·高三專題練習）如圖所示為一交流電通過一電子元件后的波形圖，曲線部分為正弦式交流電電流的一部分，則下列說法正確的是（）A．這是一種交變電流 B．電流的變化周期為SKIPIF1<0C．電流通過SKIPIF1<0的電阻時，電功率為SKIPIF1<0 D．圖中電流的有效值為SKIPIF1<0考點二交變電流有效值的求解1．有效值讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則這個恒定電流的電流I與電壓U就是這個交變電流的有效值．2．正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關系I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，E＝eq\f(Em,\r(2)).有效值的計算(1)計算有效值時要根據(jù)電流的熱效應，抓住“三同”：“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”，先分段計算熱量，求和得出一個周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量，然后根據(jù)Q總＝I2RT或Q總＝eq\f(U2,R)T列式求解．(2)若圖像部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的eq\f(1,4)周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)和eq\f(1,2)周期部分可直接應用正弦式交變電流有效值與最大值間的關系I＝eq\f(Im,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))求解．【典例3】（2022·全國·高三課時練習）如圖是某一線圈通過的交流電的電流—時間關系圖像（前半個周期為正弦波形的SKIPIF1<0），則一個周期內(nèi)該電流的有效值為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【典例4】（2022·湖北·天門市教育科學研究院高三學業(yè)考試）如圖（a）所示，為家用燃氣灶點火裝置的電路原理圖，轉換器將直流電壓轉換為圖（b）所示的正弦交流電壓，并加在理想變壓器的原線圈上，電壓表為交流電表，設變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0。當變壓器副線圈輸出電壓的瞬時值大于5000V時，就會在點火針兩端間引發(fā)火花進而點燃燃氣，則（）A．閉合S，加在變壓器原線圈上正弦交流電壓的有效值為50VB．某交流發(fā)電機要產(chǎn)生與圖（b）相同頻率的交流電，其線圈在磁場中的轉速為100轉/秒C．閉合開關S，電壓表的示數(shù)為SKIPIF1<0VD．變壓器原、副線圈的匝數(shù)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0須滿足SKIPIF1<0時，才能實現(xiàn)點火考點三交變電流“四值”的理解和計算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)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)(2)電氣設備“銘牌”上所標的值(如額定電壓、額定電流等)(3)計算與電流的熱效應有關的量(如電功、電功率、電熱、保險絲的熔斷電流等)(4)沒有特別加以說明的指有效值平均值交變電流圖像中圖線與時間軸所圍的面積與時間的比值eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計算通過導線橫截面的電荷量【典例5】一個U形金屬線框在兩勻強磁場中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉動，通過導線給同一電阻R供電，如圖甲、乙所示．甲圖中OO′軸右側有磁場，乙圖中整個空間均有磁場，兩圖中磁場的磁感應強度相同．則甲、乙兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為()A．1∶eq\r(2)B．1∶2C．1∶4D．1∶1【典例6】(多選)如圖甲所示，標有“220V40W”的燈泡和標有“20μF320V”的電容器并聯(lián)接到交流電源上，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＝eq\f(T,2)時刻，的示數(shù)為零B．燈泡恰好正常發(fā)光C．電容器不可能被擊穿D.的示數(shù)保持110eq\r(2)V不變一、單選題1．（2022·全國·高三課時練習）矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動，下列說法正確的是（）A．線圈平面在中性面位置時，穿過線圈的磁通量變化最快B．線圈平面垂直中性面時，穿過線圈的磁通量最小，感應電動勢最大C．穿過線圈的磁通量最大時，線圈產(chǎn)生的瞬時電動勢也最大D．線圈每通過中性面兩次，電流方向改變一次2．（2022·遼寧·東北育才學校模擬預測）線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸轉動，線圈匝數(shù)SKIPIF1<0、面積SKIPIF1<0，產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖所示。下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0時刻線圈平面與中性面平行B．穿過線圈的磁通量最大值為SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0時間內(nèi)，穿過線圈的磁通量在減少D．在SKIPIF1<0時間內(nèi)，線圈中感應電動勢的平均值為03．（2022·北京·101中學三模）如圖1所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉動，產(chǎn)生的交變電動勢圖像如圖2中曲線a、b所示，則（）A．曲線a表示的交變電動勢有效值為15VB．曲線a表示的交變電動勢頻率為25HzC．曲線a、b對應的線圈轉速之比為SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0時刻穿過線圈平面的磁通量均為零4．（2022·遼寧大連·二模）如圖所示，線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉動，產(chǎn)生的電動勢SKIPIF1<0。線圈與理想升壓變壓器相連進行遠距離輸電，理想降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為SKIPIF1<0，降壓變壓器副線圈接入一臺電動機，電動機恰好正常工作，且電動機兩端電壓為220V，輸入功率為1100W，電動機內(nèi)阻為10Ω，輸電線路總電阻為25Ω，線圈及其余導線電阻不計，電表均為理想電表，則下列說法正確的是（）A．圖示位置線圈處于中性面 B．圖示位置時電壓表示數(shù)為SKIPIF1<0C．電動機輸出的機械功率為850W D．輸電線路損失的電功率為375W5．（2022·浙江·高三階段練習）在圖甲所示的交流電路中，電源電壓的有效值SKIPIF1<0，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0均為定值電阻，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，各電表均為理想電表。已知電阻SKIPIF1<0中電流SKIPIF1<0隨時間t變化的正弦曲線如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．電流表的示數(shù)為1.0AB．電壓表的示數(shù)為100VC．變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0WD．閉合矩形線圈在勻強磁場中繞中心軸轉動就一定能產(chǎn)生正弦交流電6．（2022·湖北·黃岡中學二模）一種調光臺燈電路示意圖如圖甲所示，它通過雙向可控硅電子器件實現(xiàn)了無級調節(jié)亮度。給該臺燈接SKIPIF1<0的正弦交流電后加在燈管兩端的電壓如圖乙所示，則此時交流電壓表的示數(shù)為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<07．（2022·廣東汕頭·模擬預測）圖是一正弦式交變電流的電壓圖象。由圖可知，此交變電流的電壓和頻率為（）A．有效值為311V B．有效值為220VC．頻率為200Hz D．頻率為100Hz8．（2022·四川·樹德中學模擬預測）如圖所示，一矩形n匝閉合線圈勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸OO'以恒定的角速度ω轉動，線圈電阻為R，從如圖位置(線圈平面與磁場方向平行)為t＝0時刻開始計時，線圈平面轉過60°時線圈中的感應電流的大小為I0，則下列判斷正確的是（）A．在0～SKIPIF1<0時間內(nèi)穿過線圈的磁通量一直在增大B．在0～SKIPIF1<0時間內(nèi)線圈中的感應電流先增大后減小C．一個周期內(nèi)，線圈上產(chǎn)生的熱量為SKIPIF1<0D．穿過線圈的磁通量最大值為SKIPIF1<09．（2022·全國·高三課時練習）圖甲為發(fā)電機線圈中的磁通量隨時間變化的圖像，發(fā)電機線圈共有100匝，其電阻忽略不計。將發(fā)電機接在乙圖中的a、b兩端并為其供電。R1、R2阻值均為400Ω，R2與一理想二極管串聯(lián)，其右側接一理想交流電壓表。下列說法中正確的是（）A．發(fā)電機線圈中的磁通量隨時間變化的關系為Φ=SKIPIF1<0cos100πt（Wb）B．R1中電流的瞬時值i1=0.5cos100πt（A）C．0～2s內(nèi)，R2上產(chǎn)生的焦耳熱為1×104JD．電壓表的示數(shù)約為141V10．（2022·重慶一中模擬預測）如圖甲所示，一單匝閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸轉動，從圖示位置開始計時，產(chǎn)生的感應電動勢如圖乙所示。則關于該交流電，下列說法正確的是（）A．該交流電電動勢的瞬時表達式為SKIPIF1<0（V）B．該交流電電動勢的有效值為SKIPIF1<0VC．轉動過程中磁通量的最大值為SKIPIF1<0WbD．可以將耐壓值為110V的電容器直接與該線圈串聯(lián)二、填空題11．（2022·福建南平·三模）如圖甲，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為SKIPIF1<0，電表為理想交流電表，在原線圈兩端接入如圖乙所示的電壓，電壓表的讀數(shù)為__________SKIPIF1<0。若滑片SKIPIF1<0從SKIPIF1<0端向SKIPIF1<0端滑動，電流表讀數(shù)將__________（選填“增大”、“不變”或“減小”）。12．（2019·浙江·高三階段練習）如圖所示，交流發(fā)電機的矩形線圈的面積SKIPIF1<0，線圈匝數(shù)SKIPIF1<0，電阻SKIPIF1<0，線圈在磁感應強度SKIPIF1<0的勻強磁場中繞垂直于磁場的軸以SKIPIF1<0的轉速勻速轉動，外接電阻SKIPIF1<0，以圖示時刻開始計時，則電動勢瞬間值表達式為e=_________V，電壓表讀數(shù)是__________V．13．（2021·全國·高三專題練習）如圖所示是通過某用電器的電流圖像，該交流電的頻率是__________Hz，通過該用電器的電流的有效值是_________A。14．（2021·福建泉州·二模）如圖，電阻為r、面積為S的單匝矩形線圈，在磁感應強度為B的勻強磁場中繞SKIPIF1<0軸以角速度ω勻速轉動，外電路電阻為R，圖示時刻線圈平面與磁場垂直，此時理想交流電流表的示數(shù)為____________，在線圈轉過一周的過程中，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為_____________。三、解答題15．（2022·全國·高三專題練習）如圖所示，在磁感應強度B=0.2T的水平勻強磁場中，有一邊長為L=10cm，匝數(shù)N=100匝，電阻SKIPIF1<0的正方形線圈繞垂直于磁感線的OO′軸勻速轉動，轉速SKIPIF1<0。有一電阻SKIPIF1<0通過電刷與兩個導體環(huán)接觸，R兩端接有理想電壓表，從線圈通過中性面開始計時，求：(1)感應電動勢的瞬時值表達式；(2)電壓表的讀數(shù)及電流的有效值；(3)線圈平面從開始計時到轉至與中性面成90°的過程中，通過電阻R的電量。16．（2021·全國·高三專題練習）圖甲是交流發(fā)電機的模型示意圖．在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO′轉動，由線圈引起的導線ae和df分別與兩個跟線圈一起繞OO′轉動的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸，這樣矩