專題（74）交變電流的產(chǎn)生和描述（原卷版）

2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)考點全攻關(guān)專題（74）交變電流的產(chǎn)生和描述（原卷版）雙基過關(guān)：一、正弦式交變電流1．產(chǎn)生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．電流方向的改變一個周期內(nèi)線圈中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(guān)，與線圈形狀無關(guān)．5．交變電動勢隨時間的變化規(guī)律(中性面開始計時)e＝nBSωsin_ωt.INCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\左括.tif"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.tif"INET【自測1INCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\右括.tif"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.tif"INET】(多選)關(guān)于中性面，下列說法正確的是()A．線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零B．線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時，穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大C．線圈每經(jīng)過一次中性面，感應(yīng)電流的方向就改變一次D．線圈每轉(zhuǎn)動一周即經(jīng)過中性面一次，所以線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流的方向就改變一次二、描述交變電流的物理量1．周期和頻率(1)周期T：交變電流完成1次周期性變化所需要的時間，單位是秒(s)．表達(dá)式為T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(1,n)(n為轉(zhuǎn)速)．(2)頻率f：交變電流在1s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(guān)系：T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T).2．交變電流的瞬時值、最大值、有效值和平均值(1)瞬時值：交變電流某一時刻的值．(2)最大值：交變電流或電壓所能達(dá)到的最大的值．(3)有效值：讓恒定電流和交變電流分別通過阻值相等的電阻，如果在交流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，就可以把恒定電流的數(shù)值規(guī)定為這個交變電流的有效值．(4)正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，E＝eq\f(Em,\r(2)).(5)交變電流的平均值eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)，eq\x\to(I)＝eq\f(nΔΦ,R＋rΔt).自測2如圖1所示，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一個匝數(shù)為N的矩形線圈abcd，線圈面積為S，ab邊與磁場垂直，ab邊始終與金屬滑環(huán)K相連，cd邊始終與金屬滑環(huán)L相連．現(xiàn)使矩形線圈以恒定角速度ω，從圖示位置繞過ad、bc中點的軸勻速轉(zhuǎn)動．下列說法中正確的是()圖1A．將交流電流表串聯(lián)到電路中，其示數(shù)隨時間按余弦規(guī)律變化B．線圈轉(zhuǎn)動的角速度越大，通過電阻R的電流越小C．線圈平面與磁場平行時，瞬時感應(yīng)電動勢最大且Em＝NBSωD．線圈平面每轉(zhuǎn)過半圈，穿過線圈平面的磁通量變化量為零命題熱點一:交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1．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(dá)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)sinωt2.交變電流瞬時值表達(dá)式(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式Em＝nBSω求出相應(yīng)峰值．(2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式．如：①線圈在中性面位置開始計時，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imsinωt.②例1(多選)風(fēng)電是一種清潔、綠色的可再生能源，中國的風(fēng)電裝機容量，目前處于世界領(lǐng)先地位．圖2甲為風(fēng)力發(fā)電的簡易模型，在風(fēng)力作用下，風(fēng)葉帶動與桿固連的永磁鐵轉(zhuǎn)動，磁鐵下方的線圈與電壓傳感器相連．在某一風(fēng)速時，傳感器顯示如圖乙所示，則()圖2A．磁鐵的轉(zhuǎn)速為10r/sB．線圈兩端電壓的有效值為6eq\r(2)VC．交變電流的電壓表達(dá)式為u＝12sin5πt(V)D．該交變電流的頻率為50Hz變式1(2019·山東日照市上學(xué)期期末)在勻強磁場中，一個100匝的矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈外接定值電阻和理想交流電流表(如圖3甲所示)．穿過該線圈的磁通量按正弦規(guī)律變化(如圖乙所示)．已知線圈的總電阻為2Ω，定值電阻R＝8Ω.下列說法正確的是()圖3A．電動勢的瞬時值表達(dá)式為e＝4eq\r(2)πsinπt(V)B．電流表的示數(shù)最小為0C．一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量約為32JD．0.5～1.5s的時間內(nèi)，通過線圈橫截面的電荷量為0命題熱點二：交流電有效值的求解1．有效值的規(guī)定2．有效值的理解(1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)是指有效值；(2)用電器銘牌上標(biāo)的值(如額定電壓、額定功率等)指的均是有效值；(3)計算熱量、電功率及保險絲的熔斷電流指的是有效值；(4)沒有特別加以說明的，是指有效值；(5)“交流的最大值是有效值的eq\r(2)倍”僅適用于正(余)弦式交變電流．3．有效值的計算(1)計算有效值時要根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時間(周期整數(shù)倍)”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”，列式求解．(2)分段計算電熱求和得出一個周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量．(3)利用兩個公式Q＝I2Rt和Q＝eq\f(U2,R)t可分別求得電流有效值和電壓有效值．(4)若圖象部分是正弦(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(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系I＝eq\f(Im,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))求解．例2一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u0，周期均為T，如圖4所示．則Q方∶Q正等于()圖4A．1∶eq\r(2)B.eq\r(2)∶1C．1∶2D．2∶1變式2如圖5(a)所示，阻值為R＝20Ω的定值電阻接在如圖(b)所示的交流電上，交流電的前半個周期為正弦交流電，后半個周期為恒定電流．理想交流電壓表的示數(shù)為()圖5A．20VB．20eq\r(2)VC．20eq\r(3)V D．40V變式3如圖6所示為一交流電電流隨時間變化的圖象，此交流電電流的有效值為()圖6A．7AB．5AC．3.5eq\r(2)AD．3.5A拓展含二極管的交流電有效值的求解INCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\左括.TIF"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\左括.TIF"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\左括.TIF"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.TIF"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.TIF"INET【例3INCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\右括.TIF"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\右括.TIF"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\右括.TIF"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.TIF"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.TIF"INET】如圖7所示電路，電阻R1與電阻R2串聯(lián)接在交變電源上，且R1＝R2＝10Ω，正弦交流電的表達(dá)式為u＝20eq\r(2)sin100πt(V)，R1和理想二極管D(正向電阻為零，反向電阻為無窮大)并聯(lián)，則R2上的電功率為()圖7A．10WB．15WC．25WD．30WINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\左括.tif"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.tif"INET【變式4INCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\右括.tif"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.tif"INET】(多選)如圖8甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1，原線圈的輸入電壓u隨時間t變化的圖象如圖乙所示，D為理想二極管，R為電阻箱，當(dāng)電阻箱阻值R＝11Ω時，下列說法正確的是()圖8A．原線圈的輸入電壓頻率為50HzB．電阻箱R兩端電壓的有效值為11VC．電阻箱R消耗的功率為22WD．若電阻箱R阻值變小，原線圈中的電流變小命題熱點三：交流電“四值”的理解和計算物理量物理含義重要關(guān)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(yīng)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(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圍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)計算通過導(dǎo)線橫截面的電荷量INCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\左括.tif"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.tif"INET【例4INCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\右括.tif"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.tif"INET】(多選)單匝閉合矩形線框電阻為R，在勻強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Ф與時間t的關(guān)系圖象如圖9乙所示．下列說法正確的是()圖9A.eq\f(T,2)時刻線框平面與中性面垂直B．線框的感應(yīng)電動勢有效值為eq\f(\r(2)πФm,T)C．線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為eq\f(2π2Фm2,RT)D．從t＝0到t＝eq\f(T,4)過程中線框的平均感應(yīng)電動勢為eq\f(πФm,T)INCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\左括.tif"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\左括.tif"INET【變式5INCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\03\\右括.tif"INCLUDEPICTURE"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2020.2.3\\物理\\10\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"\\\\米昕\\g\\2020一輪\\物理通用老高考打包\\全書完整的Word版文檔\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"D:\\E\\呂芳\\2020\\一輪\\物理\\全國三\\最后一遍word\\右括.tif"INET】(多選)(2020·廣西桂林等六市第一次聯(lián)合調(diào)研)如圖10甲所示，標(biāo)有“220V40W”的燈泡和標(biāo)有“20μF360V”的電容器并聯(lián)到交流電源上，V為理想交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙中正弦曲線所示，閉合開關(guān)S.下列判斷正確的是()圖10A．電容器會被擊穿B．交流電源的輸出電壓的有效值為220VC．t＝eq\f(T,2)時刻，V的示數(shù)為零D．t＝eq\f(T,2)時刻，通過燈泡的電流為零課時精練基礎(chǔ)鞏固練1．(多選)下面關(guān)于交變電流的說法中正確的是()A．交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓值和電流值是交變電流的峰值B．用交流電流表和電壓表測量的數(shù)值是交變電流的瞬時值C．給定的交變電流數(shù)值，在沒有特別說明的情況下是指有效值D．和交變電流有相同熱效應(yīng)的恒定電流的數(shù)值是交變電流的有效值2．一矩形線圈在