交變電流的描述-高二物理新教材基礎(chǔ)+鞏固+提升三級跳

新教材基礎(chǔ)鞏固提升三級跳第三章交變電流3.2交變電流的描述基礎(chǔ)知識(shí)知識(shí)點(diǎn)梳理：知識(shí)點(diǎn)一、周期和頻率(1)周期:交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間,用T表示,單位是秒。(2)頻率:交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),用f表示,單位是赫茲,符號Hz。(3)二者關(guān)系：T=1f或f=知識(shí)點(diǎn)二、峰值和有效值(1)峰值①定義:交變電流的電壓、電流所能達(dá)到的最大值。②應(yīng)用:電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值。(2)有效值①定義: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(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相同,那么這個(gè)恒定電流的電流、電壓,叫作這個(gè)交變電流的有效值。②應(yīng)用a.交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流(額定值)。b.交流電壓表測量的數(shù)值(測量值)。c.無特別說明時(shí)提到的交變電流的數(shù)值(通常值)。(3)關(guān)系:對于正弦式交變電流,有效值I、U與峰值Im、Um之間的關(guān)系:交變電流的“四值”[點(diǎn)睛]對有效值的理解與計(jì)算(1)對有效值的理解交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的,理解有效值重點(diǎn)在“等效”,“效果”相同在定義中體現(xiàn)為相同電阻、相同時(shí)間,產(chǎn)生相同熱量,交變電流與多大的直流電“效果”相同,有效值就是多大。(2)有效值的計(jì)算①對于正弦式交變電流,可先根據(jù)Em=nBSω求出最大值,然后根據(jù)E=Em②對于非正弦式交變電流,必須根據(jù)有效值的定義求解。即例如,某一交變電流的電壓波形如圖所示,求這一交變電流電壓的有效值。幾種常見電流的有效值知識(shí)點(diǎn)三、電感器和電容器對交變電流的作用感抗：由于電感器（線圈）與交變電流之間的電磁感應(yīng)作用所引起對交變電流的阻礙作用。感抗的影響因素：線圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越高，線圈的感抗就越大。扼流圈利用了電感器對交流的阻礙作用。①低頻扼流圈（自感系數(shù)大）：通直流，阻交流。②高頻扼流圈（自感系數(shù)?。和ㄖ绷鳎ǖ皖l，阻高頻。容抗：電容器對交流阻礙作用的大小。容抗的影響因素：電容器的電容越大，交流的頻率越高，電容器對交流的阻礙作用就越小，即容抗越小。電容器在電路中的作用：通交流、隔直流，通高頻、阻低頻。交變電流能夠“通過”電容器的本質(zhì)：由于交變電流的方向不斷變化，電容器在充電、放電過程中，電路中就有了電流，變現(xiàn)為交變電流“通過”了電容器。實(shí)際上自由電荷并沒有通過兩極板間的絕緣介質(zhì)。預(yù)習(xí)基礎(chǔ)：一、判斷題1．判斷下列說法是否正確：（1）矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流。()（2）線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中穿過線圈的磁通量最大時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也最大。()（3）線圈經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，感應(yīng)電流方向發(fā)生改變。()（4）當(dāng)線圈從垂直中性面開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢按正弦規(guī)律變化，即e=Emsinωt。()二、填空題2．正余弦交變電流中電壓的有效值公式_______，電流的有效值公式_______。3．如圖所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S，電阻為R。線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值E______。線框從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q=______。4．我國照明用的交流電壓是。頻率是，它的電壓的有效值是__________。峰值是_____________，周期是___________。我國動(dòng)力線路的交流電壓是，它的有效值是____________，峰值是__________，頻率是___________，周期是___________。5．依據(jù)下面情境，判斷下列說法對錯(cuò)。有一種自行車，它有能向自行車車頭燈泡供電的小型發(fā)電機(jī)，其原理示意圖如圖甲所示；圖中、是一對固定的磁極，磁極間有一固定在絕緣轉(zhuǎn)軸上的矩形線圈，轉(zhuǎn)軸的一端有一個(gè)與自行車后輪邊緣接觸的摩擦輪。如圖乙所示，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因摩擦而帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電流給車頭燈泡供電。（1）自行車勻速行駛時(shí)線圈中產(chǎn)生的是交流電。()（2）自行車的速度加倍，線圈中交變電流的周期加倍。()（3）小燈泡亮度與自行車的行駛速度無關(guān)。()（4）知道摩擦輪和后輪的半徑，就可以知道后輪轉(zhuǎn)一周的時(shí)間里電流方向變化的次數(shù)。()（5）線圈匝數(shù)越多，穿過線圈的磁通量的變化率越大。()6．圖中閉合線圈都在勻強(qiáng)磁場中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，不能產(chǎn)生正弦式交變電流的是_______；如果圖示線圈面積和匝數(shù)、磁場、轉(zhuǎn)速都相同，則感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值相同是_______；如果從圖示位置開始計(jì)時(shí)，A與B感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值是否相同_______。A．B．C．D．鞏固所學(xué)三、單選題7．如圖所示，用電阻率為ρ、橫截面積為S的硬導(dǎo)線做成一個(gè)邊長為L的方框，其中一邊串接有一理想電流表，方框的右半部分位于勻強(qiáng)磁場區(qū)域中，磁場方向垂直紙面向里，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化率＝k>0時(shí)，電流表示數(shù)為I1；當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，線框繞虛線以角速度ω＝勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)為I2，則I1：I2為（）A．：1 B．2：1C．1：1 D．：28．一個(gè)匝數(shù)為100匝、電阻為0.5Ω的閉合線圈處于某一磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，從某時(shí)刻起穿過線圈的磁通量按如圖所示規(guī)律變化，已知0～1s內(nèi)線圈內(nèi)的磁通量按正弦規(guī)律變化到最大值，π2≈10，則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為（）A．A B．2A C．6A D．5A9．如圖甲所示，交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過該線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。線圈匝數(shù)為20，線圈總電阻為1Ω，與線圈連接的定值電阻R的阻值也等于1Ω，電流表A可看做理想電流表，則（）A．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為2πrad/sB．感應(yīng)電動(dòng)勢最大值為0.2πVC．t=s時(shí)，通過電阻R的電流為πAD．一個(gè)周期內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為2π2J10．如圖所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為r，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R，電壓表、電流表均為理想電表。在線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，下列判斷不正確的是()A．電壓表的示數(shù)為B．通過電阻R的電荷量為C．電阻R所產(chǎn)生的焦耳熱為D．產(chǎn)生的電流為11．如圖所示為一交流電電流隨時(shí)間變化的圖像，此交流電電流的有效值為（）A．7A B．5A C． D．3.5A四、多選題12．某風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡易模型圖。在風(fēng)力作用下，風(fēng)葉通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)條型磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈L中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式，將線圈L與一電阻R相連（未畫出），則（）A．磁鐵轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)，線圈L中的磁通量最大B．線圈L中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為44VC．風(fēng)葉每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，電阻R中電流方向改變兩次D．風(fēng)葉轉(zhuǎn)速不變，增大R的阻值，則電阻R上消耗的功率一定增大13．圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場，線圈繞垂直于磁場的水平軸OO'沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示。以下判斷正確的是（）A．交變電流的最大值為B．t=0.01s時(shí)線圈位于中性面C．t=0.01s時(shí)線圈平面與磁場方向平行D．t=0.02s時(shí)穿過線圈的磁通量最大能力提升五、實(shí)驗(yàn)題14．(1)用如圖甲所示的裝置，研究不同電阻R的阻值隨溫度T變化情況．測得阻值R與溫度T的關(guān)系如圖乙所示．如果R為金屬熱電阻，則圖線是______（填“1”或“2”）；如果R為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，則圖線是______（填“1”或“2”）．(2)如圖丙所示，A、B、C為三個(gè)相同的燈泡，a、b、c為與之串聯(lián)的三個(gè)元件，E1為直流電源，E2為交流電源。當(dāng)開關(guān)S接“1”時(shí)，A、B兩燈均正常發(fā)光，C燈不亮。S接“2”時(shí)，A燈仍正常發(fā)光，B燈變暗，C燈正常發(fā)光．由此可知，a元件應(yīng)是________、b元件應(yīng)是___________、c元件應(yīng)是__________．（選填“電阻”、“電容”或“電感”）六、解答題15．請根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，分析如圖所示的家庭電路中存在哪些安全隱患，并提出改進(jìn)措施。16．赫茲實(shí)驗(yàn)中，為什么需要把接收器的兩個(gè)金屬球調(diào)節(jié)到合適的距離，才有明顯現(xiàn)象？17．一微型日光燈電路如圖所示。燈管相當(dāng)一個(gè)電阻R，鎮(zhèn)流器是一個(gè)電感線圈L，二者串聯(lián)。電路屬于交流電路，其中的電流、電壓都是按正弦或余弦規(guī)律變化的。若燈管兩端電壓和鎮(zhèn)流器兩端電壓分別為，，試求總電壓U的表達(dá)式。參考答案：1．

錯(cuò)誤

錯(cuò)誤

正確

錯(cuò)誤【來源】2023年新高考大一輪復(fù)習(xí)第十二章第1講交變電流的產(chǎn)生和描述（講）【詳解】（1）[1]矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若穿過線圈的磁通量不發(fā)生變化（例如線圈平面與磁場方向平行時(shí)），則不會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流，該說法錯(cuò)誤；（2）[2]線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中穿過線圈的磁通量最大時(shí)，磁通量的變化率為零，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為零，該說法錯(cuò)誤；（3）[3]線圈經(jīng)過中性面時(shí)，磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，感應(yīng)電流方向發(fā)生改變，該說法正確；（4）[4]當(dāng)線圈從垂直中性面開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢按正弦規(guī)律變化，即e=Emcosωt，該說法錯(cuò)誤。2．

【來源】新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣第一中學(xué)2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期期中物理試題【詳解】[1]交變電流中電壓的有效值公式其中Um是電壓的最大值；[2]交變電流中電流的有效值公式其中Im是電壓的最大值。3．

【來源】黑龍江省雙鴨山市林業(yè)學(xué)校2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期期中物理試題【詳解】[1]線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值因此感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值[2]從中性面轉(zhuǎn)過的過程中，電動(dòng)勢的平均值電流的平均值通過導(dǎo)線橫截面的電荷量4．

220V

311V

0.02s

380V

537V

50Hz

0.02s【來源】河南省許昌市鄢陵縣職業(yè)教育中心2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期期中物理試題（升學(xué)班）【詳解】[1][2][3]我國照明用的交流電壓是220V，頻率是50Hz，它的電壓有效值是220V，峰值是周期是[4][5][6][7]我國動(dòng)力線路的交流電壓是380V，頻率是50Hz，它的電壓有效值是380V，峰值為周期是5．

對

錯(cuò)

錯(cuò)

對

錯(cuò)【來源】2023版32一輪復(fù)習(xí)第十一章第1講交變電流的產(chǎn)生和描述【詳解】（1）自行車勻速行駛時(shí)，線圈中在磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，如果從中性面開始計(jì)時(shí)，則所以產(chǎn)生的是交流電，故對。（2）設(shè)自行車的速度為v，摩擦輪的半徑為r，則后輪、摩擦輪的速度都等于v，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦電流，周期v加倍，T減小為原來的，故錯(cuò)。（3）小燈泡亮度決定于電功率，電功率，而所以燈泡亮度與自行車的行駛速度有關(guān)，故錯(cuò)。（4）如果摩擦輪答半徑為r，后輪的半徑為R，設(shè)后輪轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為T，則角速度根據(jù)線速度相等，則則解得則摩擦輪在一周時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)n可求，故對。（5）磁通量的變化率為，與線圈匝數(shù)無關(guān)，故錯(cuò)。6．

C

AB##BA

不同##不相同##否【來源】第90講交變電流的產(chǎn)生、變化規(guī)律及四值的相關(guān)計(jì)算-2023屆高三物理高考復(fù)習(xí)101微專題模型精講精練【詳解】[1]ABD圖中的線圈均繞位于線圈平面內(nèi)的垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以線圈的一個(gè)邊或兩個(gè)邊切割磁感線的有效長度隨時(shí)間成正弦規(guī)律變化，會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流；C圖中線圈繞平行于磁感線的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，四條邊均不切割磁感線，無法產(chǎn)生感應(yīng)電流。[2]AB圖中都有兩條邊在同時(shí)切割磁感線，根據(jù)可知感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值相同；D圖中只有一條邊在切割磁感線，其最大值小于。[3]如果從圖示位置開始計(jì)時(shí)，A圖線圈正位于中性面，B圖線圈正與中性面垂直，所以二者感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值不同。7．A【來源】湖北省襄陽市第三中學(xué)2022-2023學(xué)年高二上學(xué)期12月月考物理試題【詳解】方框的電阻為當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間的變化率為k時(shí)，由法拉第電磁感應(yīng)定律知即當(dāng)線框繞虛線以角速度ω＝勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有所以I1：I2＝：1故選A。8．A【來源】專題66交變電流的產(chǎn)生和描述-2023屆高三物理一輪復(fù)習(xí)多維度導(dǎo)學(xué)與分層專練【詳解】0～1s內(nèi)線圈內(nèi)的磁通量按正弦規(guī)律變化到最大值，則感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Em=NωΦm由圖像知可得Em=V這段時(shí)間內(nèi)交變電流的有效值1～1.2s內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢這段時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流的有效值為I2==10A則一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量Q=Rt1+Rt2=I2R（t1+t2）解得線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為I=A故選A。9．C【來源】遼寧省2022屆新高考物理模擬試卷（1）【詳解】解：A、由圖乙可得交流電的周期T=2s，故線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度故A錯(cuò)誤；B、感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值故B錯(cuò)誤；C、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為當(dāng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為故通過電阻R的電流為故C正確；D、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得一個(gè)周期內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為故D錯(cuò)誤。故選C。10．B【來源】2023步步高選擇性必修2（通用）第三章專題強(qiáng)化11交變電流規(guī)律的應(yīng)用【詳解】A．線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為可得電動(dòng)勢的有效值為電壓表測量的是路端電壓，電壓表的示數(shù)為A正確；B．根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，平均感應(yīng)電動(dòng)勢為根據(jù)閉合電路歐姆定律可知根據(jù)電荷量定義可知聯(lián)立解得通過電阻的電荷量為B錯(cuò)誤；C．電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為C正確；D．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為當(dāng)線圈由題圖所示位置轉(zhuǎn)過90°時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電流為D正確。本題選錯(cuò)誤的，故選B。11．B【來源】第一講交變電流的產(chǎn)生和描述-2023年高三物理一輪復(fù)習(xí)精講精練【詳解】設(shè)該電流的有效值為I，根據(jù)有效值的定義有解得I=5A故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B。12．AC【來源】2022屆廣東省茂名市普通高中畢業(yè)班模擬考試物理試卷1【詳解】A．根據(jù)磁通量的定義可知圖示位置時(shí)，線圈L中的磁通量最大，A正確；B．根據(jù)B錯(cuò)誤；C．根據(jù)中性面的知識(shí)可知，發(fā)電機(jī)電樞單個(gè)線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí)其感應(yīng)電動(dòng)勢為0，感應(yīng)電流為0，經(jīng)過中性面時(shí)電流方向改變一次，因此，風(fēng)葉每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，都將經(jīng)過兩次中性面，因此電流方向?qū)⒏淖儍纱?，C正確；D．電阻R上消耗的功率風(fēng)葉轉(zhuǎn)速不變，感應(yīng)電動(dòng)勢不變，當(dāng)時(shí)，電阻R上的功率最大，因不知線圈內(nèi)阻r和R的關(guān)系，增大R的阻值，則電阻R上消耗的功率不一定增大，D錯(cuò)誤。故選AC。13．AC【來源】12.1交變電流的產(chǎn)生和描述-2023年高考物理一輪復(fù)習(xí)提升核心素養(yǎng)【詳解】A．根據(jù)圖像可知，交變電流的最大值為，A正確；BC．0.01s時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過了半個(gè)周期，此時(shí)感應(yīng)電流最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，此時(shí)線圈平面與磁場方向平行，不位于中性面，B錯(cuò)誤，C正確；D．0.02s時(shí)，感應(yīng)電流最大，此時(shí)線圈平面與磁場方向平行，則穿過線圈的磁通量為0，D錯(cuò)誤。故選AC。14．

1

2

電阻

電感

電容【來源】江蘇省連云港市漣水中學(xué)