2021屆高考物理一輪復(fù)習(xí)題型突破：11.1交變電流的產(chǎn)生和描述

1、關(guān)鍵能力-題型突破考點(diǎn)一正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1.（多選）（2019 天津高考）單匝閉合矩形線框電阻為 R,在勻強(qiáng)磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線框的磁通量 與時間t的關(guān)系圖象如圖所不。下列說法正確的是（）A;時刻線框平面與中性面垂直jB.線框的感應(yīng)電動勢有效值為*尊C.線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為RTD.從t=0到t=；過程中線框的平均感應(yīng)電動勢為 受 4J【解析】選R G由圖象可知：時刻線圈的磁通量最大，因此此時線圈處于中性面位置，因此 A錯誤；由圖可知交流電的周期為 T,則2,772JT3二，交流電的電動勢最大值為Em=nBSw =亍，則有效值為 E有金二,故B正確；線圈轉(zhuǎn)一

2、周所做的功為轉(zhuǎn)動一周的發(fā)熱量，W=tT= 二 ,故C正確；從t=0時刻到t二二時刻的平均感應(yīng)電動勢趴KI4為E=¥=等，D錯誤。 42.（多選）（2017 天津高考）在勻強(qiáng)磁場中，一個100匝的閉合矩形 金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動， 穿過該線圈的磁通量 隨時間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為 2 Q,則 （ ）+加MbA.t=0時，線圈平面平行于磁感線B.t=1 s時，線圈中的電流改變方向C.t=1.5 s時，線圈中的感應(yīng)電動勢最大D.一個周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為 8兀2 J【解析】選A、Do t=0時，磁通量為零，線圈平面平行于磁感線，故 A正確；每經(jīng)過一次中性面（

3、線圈平面垂直于磁感線，磁通量有最大 值）電流的方向改變一次，t=1 s時磁通量為零，線圈平面平行于磁 感線，故B錯誤；t=1.5 s時，磁通量有最大值，但磁通量的變化率 為零（壬=0）,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知線圈中的感生電動勢為2n零，故C錯誤；感應(yīng)電動勢最大值 Em=NB& =NOmy =4兀V，有 效值E詈R2冗V, 一個周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量 Q=t T=8兀2 J ,故 D正確。3.如圖所示，OO是磁感應(yīng)弓S度大小為B的勻強(qiáng)磁場的左邊界，也是一面積為S的n匝矩形金屬線框的對稱軸，若線框以角速度 繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸OO勻速轉(zhuǎn)動，并從圖示位置(線框與磁感線平行)開始計(jì)時，則()

4、A.t=三時，線框中的感應(yīng)電流最小B.t=；時，穿過線框的磁通量變化率最大23C.線框中產(chǎn)生的交變電動勢的最大值為nBSSoD.線框中產(chǎn)生的交變電動勢的有效值為nB nBSw217【解析】選D。當(dāng)t二一時，即3 t=2兀時線框中的感應(yīng)電流最大，AJTJI錯誤；當(dāng)1=窘時，即1不時，線框處于中性面位置，感應(yīng)電流為零, 此時磁通量的變化率最小，B錯誤；線框中產(chǎn)生的交變電動勢的最大 值為Em=nB? w=|nBSSo , C錯誤；線框中產(chǎn)生的交變電動勢的有效值為 E=nBS 3, D正確。正弦式交變電流的產(chǎn)生及特點(diǎn)(1)矩形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(diǎn)。中性面中性面的垂

5、面位置特點(diǎn)S± BS/ B最大0如、e、i0最大電流方向特點(diǎn)改變不改變(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)線圈通過中性面兩次，電流的方向改變兩次。(4)感應(yīng)電動勢的最大值 E=nBSo,與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)，與線圈形狀 無關(guān)?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示是一臺發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中N S是永久磁鐵的兩個磁極，它們的表面呈半圓柱面形狀。 M是圓柱形鐵芯，它與磁極的柱 面共軸，鐵芯上有一矩形線框，可繞與鐵芯M共軸的固定轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑、 大小近似均勻的磁場。若從圖示位置開始計(jì)時，當(dāng)線框繞固定轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動時，下列圖象中能正確反映線框中

6、感應(yīng)電動勢 e隨時間t變化規(guī)律的是 ()【解析】選D。因發(fā)電機(jī)的兩個磁極N、S呈半圓柱面形狀，磁極間 的磁感線如圖所示，即呈輻向分布磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，僅 方向發(fā)生改變，故線框在磁場中轉(zhuǎn)動時垂直切割磁感線， 產(chǎn)生的感應(yīng) 電動勢的大小不變，線框越過空隙后，由于線框切割磁感線方向發(fā)生 變化，所以感應(yīng)電動勢的方向發(fā)生變化，綜上所述， D正確?？键c(diǎn)二 交變電流有效值的求解【典例11（2019石家莊模擬）一個U形金屬線框在勻強(qiáng)磁場中繞 OO 軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動，通過導(dǎo)線給同一電阻 R供電，如圖甲、 乙所示。其中甲圖中OO軸右側(cè)有磁場，乙圖中整個空間均有磁場， 兩磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度相同。則甲、乙

7、兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為A.1 ：停C.1 ： 4D.1 ： 1B.1 : 2【通型通法】1 .題型特征：求交變電流電流表示數(shù)之比。2 .思維導(dǎo)引：“求二1周期1 f等效去稔:.電潦表內(nèi)的:恒直通；,數(shù)【解析】選A。題圖甲中白磁場只有OO'軸的右側(cè)，所以線框只在半1日5 m周期內(nèi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，如圖甲，電流表測的是有效值，所以1=-。題圖乙中的磁場布滿整個空間，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流如圖乙， 所以xlBSCifI '=、-，貝 u I ： I ' zr<二1 ： 即A正確。華一,明-,i T ¥ 一竿A甲乙【多維訓(xùn)練】如圖所示為某一線圈交流電的電流一時

8、間關(guān)系圖象， 前半個周期為正弦波形的p則一個周期內(nèi)該電流的有效值為（）3中 5v3A.T。 B. I o C. I o D. Io【解析】選B。設(shè)電流的有效值為I ,由I2RT=（1）2號+（2I。）2奄，解得I= -I 0。故選B。求解交變電流有效值的三種方法（1）公式法：利用E粵、U萼、1=號計(jì)算，此方法只適用于正弦式交 制? X L V2變電流。定義法：設(shè)阻值、定時間：設(shè)將交變電流加在阻值為R的電阻上，時間取t=T。求熱量：Q=Q+Q+（分段法）。 r -求解有效值：根據(jù)Q=I2Rt=7t代入求解有效值。 it（3）比例法：由P=I2R P,可知，R 一定時，P812、P8U2,所以可

9、R根據(jù)功率的變化比例確定有效值的變化比例。 此方法適合分析對兩種 狀態(tài)進(jìn)行對比的問題?！炯庸逃?xùn)練】（2018 全國卷田）一電阻接到方波交流電源上，在一個周期內(nèi) 產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn) 生的熱量為Q正。該電阻上電壓的峰值均為u°,周期均為T,如圖所 小，則Q方：Q正等于（）A.1 ：/B.V2 ： 1C.1 ： 2D.2 ： 1w2 沖：【解析】選D。據(jù)Q熱二T得：Q方爭,Q正三兩式相除就 有Q方：Q正=2 ： 1,故選Do考點(diǎn)三 交變電流“四值”比較和應(yīng)用【典例2】(2019 張家口模擬)如圖所示，N=50匝的矩形線圈abcd, ab邊長li=2

10、0 cm ad邊長12=25 cm,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=0.4 T的勻強(qiáng) 磁場中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的 OO軸以n=3 000 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，線圈電阻r=1 Q,外電路電阻R=9 Q, t=0時，線圈平面與磁感線平行，ab邊正轉(zhuǎn)出紙外、cd邊轉(zhuǎn)入紙里。<0 ji(1)在圖中標(biāo)出t=0時感應(yīng)電流的方向；(2)寫出線圈感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式；線圈轉(zhuǎn)一圈外力做功多大？從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中流過電阻R的電荷量是多大？【通型通法】1.題型特征：求電動勢瞬時表達(dá)式，外力對線圈做功和通過電阻的電荷量。2.思維導(dǎo)弓I：瞭時值,L(W 蛔奏達(dá)式J J率珈值i

11、f)【解析】(1)線圈感應(yīng)電流的方向?yàn)閍dcba。(2)n=3 000 r/min=50 r/s ,所以線圈的角速度=2兀n=100兀rad/s 。圖示位置的感應(yīng)電動勢最大，其大小為Em=NBS 3=NB 11123,代入數(shù)據(jù)得Em=314 V 。電動勢的表達(dá)式 e=EmCOS 3t=314cos100 或V)。(3)電動勢的有效值E居,線圈勻速轉(zhuǎn)動的周期T=0.02 s,線圈 勻速轉(zhuǎn)動一周，外力做功大小等于電功的大小，即 W=I 2(R+r)T=(高)2(R+r)T ,代入數(shù)據(jù)得 WW8.6 J。 一 用上中從t=0起轉(zhuǎn)過90 的過程中，&內(nèi)流過R的電荷量q=2一匕而=亦-,代入數(shù)據(jù)

12、得q=0.1 C。答案：(1)方向?yàn)?adcba (2)e=314cos100 兀t(V)(3)98.6 J (4)0.1 C【多維訓(xùn)練】(2019 汕頭模擬)交流發(fā)電機(jī)線圈電阻r=1 Q,用電器電阻R=9 Q,電壓表示數(shù)為9 V,如圖所示，那么該交流發(fā)電機(jī)A.電動勢的峰值為10 VB.電動勢的有效值為9 VC.交流發(fā)電機(jī)線圈通過中性面時電動勢的瞬時值為10氏VD.交流發(fā)電機(jī)線圈自中性面轉(zhuǎn)過 90°的過程中的平均感應(yīng)電動勢為202 V【解析】選d用電器電阻R=9 Q,電壓表示數(shù)為9 V,則電路中的電流：邛9I=- A=1 A,所以，電路中的電動勢：E=I(R+r)=1 x(1+9)

13、V=10 VFL J電壓表的讀數(shù)是交流電的有效值，所以10 V是電路中電動勢的有效值，其最大值：E=氏E=10泛V,故A B項(xiàng)錯誤；由交流電的產(chǎn)生與變化的規(guī)律可知，當(dāng)線圈處于中性面時，線圈中的瞬時值電動勢為零，故C項(xiàng)錯誤；線圈自中性面轉(zhuǎn)過 90 °的過程中平均感應(yīng)電動勢白卡 BS 20x5為：E=* = t =丈- V,故D正確。出5交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較物理量瞬時值峰值啟效值平均值重要關(guān)系e=Esin 3 ti=I nsin 31Em=nBSw , 1片警，用+r匚司711 I U7nE=v U=I= ,2（只適用于正弦式交受電流）u 一一 = 卡E=BL",石二57J , q= At1 H+r' r適用情況及說明 計(jì)算線圈某時刻的感應(yīng)電動 勢和感應(yīng)電流討論電容器的擊穿電壓(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) 的值保險絲的熔斷電流交流電表的讀數(shù)計(jì)算杲段時間內(nèi)通過電路截 面的電荷量【加固訓(xùn)練】如圖甲所示，標(biāo)有“ 220 V 40 W 的燈泡和標(biāo)有“ 20 pF 300V”的電容器并聯(lián)到交流電源上， 為交流電壓表