高考物理易錯點26 交變電流的產(chǎn)生和描述（原卷版）

易錯點26交變電流的產(chǎn)生和描述易錯總結(jié)一、交變電流的變化規(guī)律1．中性面(1)中性面：與磁感線垂直的平面．(2)當(dāng)線圈平面位于中性面時，線圈中的磁通量最大，線圈中的電流為零．2．從中性面開始計時，線圈中產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達(dá)式：e＝Emsinωt，Em叫作電動勢的峰值，Em＝NωBS.3．正弦式交變電流：按正弦規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡稱正弦式電流．4．正弦式交變電流和電壓電流表達(dá)式i＝Imsin_ωt，電壓表達(dá)式u＝Umsin_ωt.其中Im、Um分別是電流和電壓的最大值，也叫峰值．二、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．2．頻率(f)：周期的倒數(shù)叫作頻率，數(shù)值等于交變電流在單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)．3．周期和頻率的關(guān)系：T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T).4．角速度與周期、頻率的關(guān)系：ω＝eq\f(2π,T)＝2πf.三、峰值和有效值1．峰值：交變電流的電壓、電流能達(dá)到的最大數(shù)值叫峰值．電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值，否則電容器就可能被擊穿．2．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，則此恒定電流的數(shù)值叫作交變電流的有效值．3．在正弦式交變電流中，最大值與有效值之間的關(guān)系E＝eq\f(Em,\r(2))＝0.707Em，U＝eq\f(Um,\r(2))＝0.707Um，I＝eq\f(Im,\r(2))＝0.707Im四、正弦式交變電流的公式和圖像1．正弦式交變電流的公式和圖像可以詳細(xì)描述交變電流的情況．若線圈通過中性面時開始計時，交變電流的圖像是正弦曲線．2．若已知電壓、電流最大值分別是Um、Im，周期為T，則正弦式交變電流電壓、電流表達(dá)式分別為u＝Umsineq\f(2π,Τ)t，i＝Imsineq\f(2π,T)t.解題方法一、交變電流圖像的應(yīng)用正弦交流電的圖像是一條正弦曲線，從圖像中可以得到以下信息：(1)周期(T)、頻率(f)和角速度(ω)：線圈轉(zhuǎn)動的頻率f＝eq\f(1,T)，角速度ω＝eq\f(2π,T)＝2πf.(2)峰值(Em、Im)：圖像上的最大值．可計算出有效值E＝eq\f(Em,\r(2))、I＝eq\f(Im,\r(2)).(3)瞬時值：每個“點”表示某一時刻的瞬時值．(4)可確定線圈平面位于中性面的時刻，也可確定線圈平面平行于磁感線的時刻．(5)可判斷線圈中磁通量Φ及磁通量變化率eq\f(ΔΦ,Δt)的變化情況．二、交變電流“四值”的比較及應(yīng)用名稱物理含義重要關(guān)系應(yīng)用情況瞬時值交變電流某一時刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt分析交變電流在某一時刻的情況，如計算某一時刻線圈受到的安培力最大值最大的瞬時值Em＝NωBSIm＝eq\f(Em,R＋r)電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值電流為正弦式交變電流時：E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))(1)計算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量(如電功率、電熱、熱功率)(2)交流電表的測量值(3)電氣設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流(4)保險絲的熔斷電流平均值交變電流圖像中圖線與時間軸所夾面積與時間的比值eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計算通過電路橫截面的電荷量q＝eq\x\to(I)Δt＝neq\f(ΔΦ,R＋r)【易錯跟蹤訓(xùn)練】易錯類型1：對物理概念理解不透徹1．（2020·全國高三課時練習(xí)）下列關(guān)于家庭電路與安全用電的說法正確的是（）A．家庭電路中控制用電器的開關(guān)應(yīng)接在火線和用電器之間B．電冰箱使用三腳插頭，是為了防止電流過大引起火災(zāi)C．在家庭電路中，同時工作的用電器越多，總電阻越大D．使用測電筆時，手不能接觸筆尾的金屬體，防止電流通過人體，造成觸電事故2．（2019·浙江高三月考）矩形線框在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流．在如圖所示位置時，下列關(guān)于穿過線框的磁通量與線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小的說法正確的是（）A．磁通量最大，感應(yīng)電動勢最小B．磁通量最大，感應(yīng)電動勢最大C．磁通量最小，感應(yīng)電動勢最大D．磁通量最小，感應(yīng)電動勢最小3．（2020·浙江高三）如圖所示為教學(xué)演示用交流發(fā)電機(jī)．以不太快的速度搖動發(fā)電機(jī)，與發(fā)電機(jī)相連的小燈泡將一閃一閃發(fā)光．現(xiàn)將搖動速度加倍，下列分析正確的是：A．小燈泡閃光周期將加倍，亮度增大B．小燈泡閃光頻率將加倍，亮度增大C．小燈泡閃光頻率將不變，亮度增大D．小燈泡閃光頻率將加倍，亮度不變4．（2021·福建）在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示。產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。則下列說法錯誤的是（）A．t=0.01s時，線框平面與磁感線相互垂直B．該線框產(chǎn)生的感應(yīng)電流每秒鐘電流方向改變100次C．t=0.005s時，線框磁通量最大D．電動勢瞬時值22V時，線圈平面與中性面夾角為45°5．（2021·全國高三專題練習(xí)）圖甲為交流發(fā)電機(jī)的示意圖，磁場可視為水平方向的勻強磁場，電阻R=5Ω，線圈繞垂直于磁場的水平軸OO'沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，輸出的交變電壓隨時間變化的圖象如圖乙所示。以下判斷正確的是（）A．電流表的示數(shù)為10AB．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為100πrad/sC．t=0.01s時，穿過線圈平面的磁通量最大D．t＝0.02s時，電刷P的電勢高于電刷Q的電勢6．（2020·全國高三）如圖(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磁場，矩形線圈ABCD(內(nèi)阻不計)與滑動變阻器R、理想交流電流表A組成閉合電路。線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的U—t圖象如圖(乙)所示。以下判斷正確的是()A．0.01s時線圈平面與磁場方向垂直B．該交流電的頻率為100HzC．當(dāng)滑動變阻器接入電路的阻值為100Ω時,電流表的示數(shù)為2.2AD．當(dāng)滑動變阻器的阻值變大時,電流表的示數(shù)變小7．（2021·廣東高三專題練習(xí)）如圖所示，匝數(shù)n=10匝、面積S=0.5m2的矩形閉合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強度大小的勻強磁場中，線框繞垂直于磁場的軸OO'。以角速度=2rad/s勻速轉(zhuǎn)動，并與理想變壓器原線圈相連，副線圈接入的一只標(biāo)有“2.5V，1.5W”的小燈泡恰好正常發(fā)光，不計線框電阻。下列說法錯誤的是（）A．在圖示位置時，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零B．線框中產(chǎn)生電動勢的有效值為10VC．變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4：1D．流過燈泡的電流方向每秒鐘改變次8．（2021·全國高三專題練習(xí)）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磁場，A為交流電流表。線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示。以下判斷正確的是（）A．電流表的示數(shù)為B．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50πrad/sC．0.01s時線圈平面與磁場方向平行D．0.02s時電阻R中電流的方向自右向左9．（2019·遼寧鞍山市·鞍山一中高三）如圖所示為學(xué)校的應(yīng)急供電系統(tǒng)，由交流發(fā)電機(jī)和副線圈匝數(shù)可調(diào)的理想降壓變壓器組成。發(fā)電機(jī)中矩形線圈所圍成的面積為S，匝數(shù)為N，電阻不計，它可繞水平軸在磁感應(yīng)強度的水平勻強磁場中以加速度勻速轉(zhuǎn)動，矩形線圈通過滑環(huán)連接降壓變壓器，滑動觸頭P上下移動時可改變輸出電壓，表示輸電線的電阻。以線圈平面與磁場垂直時為計時起點，下列判斷不正確的是A．發(fā)電機(jī)線圈感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為B．當(dāng)滑動觸頭P向下移動時，變壓器原線圈兩端的電壓將升高C．當(dāng)用戶增加時，為使用戶電壓保持不變，滑動觸頭P應(yīng)向上滑動D．若發(fā)電機(jī)線圈某時刻處于圖示位置，變壓器原線圈兩端的電壓瞬時值最大10．（2021·天津市薊州區(qū)第一中學(xué)高三月考）如圖所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，其在同一磁場中勻速轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示。以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法錯誤的是（）A．在圖中t=0時刻穿過線圈的磁通量均為零B．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3：2C．交流電a的瞬時值為u=10sin5πt（v）D．交流電b電壓的最大值為（v）易錯類型2：忽視公式或結(jié)論的成立條件1．（2021·全國高三專題練習(xí)）對于如圖所示的電流i隨時間t作周期性變化的圖象，下列說法中正確的是（）A．電流大小變化，方向不變，是直流電B．電流大小、方向都變化，是交流電C．電流最大值為0.2A，周期為0.02sD．電流大小變化，方向不變，不是直流電，是交流電2．（2020·江蘇省如皋中學(xué)）一個矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的Ф－t圖像如圖所示．下列說法中正確的是（）A．t=0時刻線圈在中性面位置B．t=0.01s時線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大C．t=0.02s時線圈磁通量的變化率為零D．t=0.03s時線圈中的電流方向發(fā)生改變3．（2019·北京房山區(qū)·高三）一個矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖所示．下列說法中正確的是（）A．時刻線圈在中性面位置B．線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢達(dá)到最大C．時線圈磁通量的變化率為零D．時線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零4．（2018·東臺市創(chuàng)新學(xué)校高三月考）關(guān)于線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流，下列說法中正確的是（）A．線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向都改變一次B．線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流的方向改變一次C．線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流的方向就改變一次，感應(yīng)電動勢的方向不變D．線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向都改變一次5．（2020·云南臨滄第一中學(xué)高三月考）當(dāng)矩形線框在勻強磁場中繞垂直磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的交變電流隨時間的變化規(guī)律如圖甲所示。已知圖乙中定值電阻R的阻值為10Ω，電容器C的擊穿電壓為5V。則下列選項正確的是（）A．矩形線框中產(chǎn)生的交變電流的瞬時值表達(dá)式為i=0.6sin100πt（A）B．矩形線框的轉(zhuǎn)速大小為100r/sC．若將圖甲中的交流電接在圖乙的電路兩端，電容器不會被擊穿（通過電容器電流可忽略）D．矩形線框的轉(zhuǎn)速增大一倍，則交變電流的表達(dá)式為i=1.2sin100πt（A）6．（2022·全國高三專題練習(xí)）一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈通過中性面時，以下說法錯誤的是()A．線圈中的感應(yīng)電動勢為零B．線圈平面與磁感線方向垂直C．通過線圈的磁通量達(dá)到最大值D．通過線圈的磁通量變化率達(dá)到最大值7．（2019·浙江高三）圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩極M、N間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，A為理想交流電流表，V為理想交流電壓表內(nèi)阻不計的矩形線圈繞垂直于磁場方向的水平軸OO‘沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，矩形線圈通過滑環(huán)接一理想變壓器，滑動觸頭P.上下移動時可改變變壓器副線圈的輸出電壓，副線圈接有可調(diào)電阻R，從圖示位置開始計時，發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻不計且產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖象如圖乙所示，以下判斷正確的是A．電壓表的示數(shù)為10VB．0.01s時發(fā)電機(jī)線圈平面位于中性面C．若P的位置向上移動、R的大小不變時，電流表讀數(shù)將減小D．若P的位置不變、R的大小不變，而把發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速增大一倍，則變壓器的輸入功率將增大到原來的2倍8．（2020·天津高三）如圖所示，線圈ABCD匝數(shù)n=10，面積S=0.4m2，邊界MN(與線圈的AB邊重合)右側(cè)存在磁感應(yīng)強度B=T的勻強磁場，若線圈從圖示位置開始繞AB邊以ω=10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動。則以下說法正確的是（）A．線圈產(chǎn)生的是正弦交流電B．線圈在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢為40VC．線圈轉(zhuǎn)動s時瞬時感應(yīng)電動勢為40VD．線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值為40V9．（2020·山東菏澤市·菏澤一中高三月考）如圖甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1，原線圈接入圖乙所示的電壓，副線圈接火災(zāi)報警系統(tǒng)（報警器未畫出），電壓表和電流表均為理想電表，R0為定值電阻，R為半導(dǎo)體熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小。下列說法中錯誤的是