2020年高考物理備考微專題精準突破專題5.9 交流電的產(chǎn)生及描述

ΔtΔtmmmmΔtΔtmmmmm高物備微題準破專5.9交電產(chǎn)及述【題釋．交流電產(chǎn)生過程中的兩個特殊位置圖示概念特點

中性面位置B⊥Φ＝，最大ΔΦe＝，小感應電流為零，方向改變

與中性面垂直的位置B∥Φ＝0，最小Δe＝＝，最大感應電流最大，方向不變正弦式變電流的變化規(guī)律磁通量：＝cosωt；電動勢e＝Esin；電流：i＝Isin.交變電的有效值（1用公式法計算利用E＝

EUI、＝、I＝計，只適用于余)式交變電流．（2—．利用有效值的定義計算(非正弦式電)計算時相同時”至少取一個期或周期的整數(shù)倍．（3用能量關系計算當有電能和其他形式的能轉化時，可利用能的轉化和守恒定律來求有效值．交變電“四值的較

mmmmmmmΔt000mmmmmmmΔt000物理量瞬時值

重要關系eEωtiIsinE＝ω

適用情況及說明計算線圈某時刻的受力情況峰值

E＝

EI＝＋EU，＝，

討論電容器的擊穿電壓(1)計算與電流的熱效應有關的(如電功、電功率、電熱等)有效值

I＝

I

m

(2)電氣設備銘上所標的值平均值

(只適用于正弦式交變電流)E＝vΔΦE＝EI＝＋

(3)保險絲的熔斷電流(4)交流電表的讀數(shù)計算通過電路截面的電荷量【考航【2018·全國III】電阻接到方波交流電源上在個周期內產(chǎn)的熱量為Q；該電阻接到正弦交變電源上，在一個周期內產(chǎn)生的熱量為Q。電阻上電壓的峰值為，期為T，圖所示。則Q等于（）A【答案】D

B

．1:2D2:1【解析】根據(jù)題述，正弦交變電流的電壓有效值為

u

02

，而方波交流電的有效值為，據(jù)焦耳定律歐姆定律，Q=I2=

U2

T，知在一個周期T內產(chǎn)生的熱量與電壓有效值的二次方成正比Q∶Q∶

（

u

2

）∶1，選項D正?！?018·全國III】圖），在同一平面內固定有一長直導線PQ一導線框R在PQ右側。導線PQ中通有正弦交流電流i，i動勢（）

的變化如圖）所示，規(guī)定從Q到P電流的正方向。導線框中的感應電A在

t

T時為零B在t42

時改變方向C．

t

2

時最大，且沿順時針方向

D．在t時大，且沿順時針方向【答案】AC【解析】由圖（b）可知，導線中流在t=T時到最大值，變化率為零，導線框中磁通量變化率為零，根據(jù)法拉第電磁感應定律，在t=時線框中產(chǎn)生的感應電動勢為零，選項A確；在2時導線電流圖象斜率方向不變致導線框R中通量變化率的正負不變楞次定律以時，導線框中產(chǎn)生的感應電動勢方向不變，選項B錯；由于在時，導線中電流圖象斜率最，電流變化率最大導致導線框中磁通量變化率最大根法拉第電磁感應律，在=T導線框中產(chǎn)生的感應電動勢最大，由楞次定律可判斷出感應電動勢的方向為順時針方向，選項正確；由楞次定律可判斷出在t=T時應電動勢的方向為逆時針方向，選項D錯?！?017·天津】勻強磁場中，一個100的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉動，穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規(guī)律變化。設線圈總電阻為（）At=0時線圈平面平行于磁感線

B．時，線圈中的電流改變方向C．=1.5s時線圈中的感應電動勢最大

D．一個周期內，線圈產(chǎn)生的熱為

8

J

2mmmmm2mmmmm【答案】AD【解析t=0時磁通量為零，線圈平面平行于磁感線，A正；每經(jīng)過一次中性面（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=1s，磁通量為零，線圈平面平行于磁感線，B錯；t時，磁通量有最大值，但磁通量的變化率為零（

），根據(jù)法拉第電磁感應定律可知線圈中的感應電動勢為零，故錯誤；感應電動勢最大值

Emm

πT

πV

，有效值E

E

2πV一個周期內線圈產(chǎn)生的熱量Q2

J

，故D正?！痉ㄇ汕蠼庹浇蛔冸娏鞯娜c注意(1)只有當線圈從中性面位置開始計時，電流的瞬時值表達式才是正弦式．(2)注意峰值公式E＝ω中有效面積．(3)轉軸相對線圈的位置改變，或線圈的形狀改變時，電動勢的最大值可由E＝計．計算交電流有效值的方法(1)分段計算電熱，然后求和得出一個周期內產(chǎn)生的總熱量．U2(2)利用兩個公式＝I2＝t可別求得電流有效值和電壓有效值．(3)若圖象部分是正(余式交變電流，其中的但須是從零至最大值或從最大值至)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＝

I

U、＝求解．【新向碼例福泉泉區(qū)一學三質檢)如為小型旋轉電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈在磁感應強度為的強磁場中，繞垂直于磁場方向的固定軸勻速轉動，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻R10Ω接t＝0時線圈以T＝的周期從圖中位置開始轉動，轉動時理想交流電壓表示數(shù)為10，則下列說法正確的是()A電阻上電功率為20W

TmTmB．兩端的電壓u隨間變化的規(guī)律是＝102·cos100tC．＝R兩的電壓瞬時值最D．個期內電阻產(chǎn)生的熱量是0.2【答案】U2【解析】電R消的電功率為P＝＝W10A錯誤兩電壓的最大值為U＝U＝10210m2πV角速度＝＝100π，圈圖中位置開始轉動時，感應電動勢最大兩電壓最，故R兩的電壓時間t變的規(guī)律是＝cos100t(V)B正t＝0.02s時即＝T時線圈平與磁場方向平行，磁通量的變化率最大，此時線圈產(chǎn)生的感應電動勢最大兩的電壓瞬時值最大正；根據(jù)焦耳定律可知，一個周期內電阻產(chǎn)的熱量Q＝I

RT＝＝10×0.02＝0.2J，正。例山東臨高上末如圖所示是磁感強度大小為B的強磁場的左邊界是一面積為S的n匝形金屬線框的對稱軸框角速度ω繞與磁感線垂直的轉軸勻轉動圖示位線框與磁感線平行)開始計時，則)2πA＝時線框中的感電流最小ω

B．＝

π時，穿過線框的磁通量變化率最大ωC．框中產(chǎn)生的交變電動勢的最大值為nBS

D線框中產(chǎn)生的交變電動勢的有效值為

nBSω【答案】D【解析】

由圖可知，該線框的一半在磁場外，則線框產(chǎn)生的最大感應電動勢：＝nBSω，示位置線m2π2框平面與磁場方向平行，則線框產(chǎn)生感應電動勢的瞬時值表達式為e＝ωt，當＝時＝＝mωωππ2πe＝，知此時的感應電動勢最大，則線框中的感應電流最大錯；當t＝時ωt＝＝ω2π，＝，此時感應電動勢最小，所以過線框的磁通量變化率最小B錯；線框中產(chǎn)生的交變電動勢的有效值：＝

E＝nBSωD正。4

mm0.43mmm0.43m【專精】一個矩線圈在勻強磁場中轉動產(chǎn)生的電動勢e＝2002100t，那么A該交變電流的頻率是100B．當＝0時線平面恰好與中性面垂直

()C．t＝s時，達到峰值

D．該交變電流的電動勢的有效為2V【答案ω100π【解析流電動勢瞬時值表達式＝ωt可電的頻率f＝＝＝50，2π2選項A錯誤．在t0時電動勢瞬時值為，線圈平面恰好在中面處，選項B錯．當t＝s時，e達到峰值E＝200V，選項正．該交變電流的電動勢的有效值＝

E

m

＝200V選項D錯．．(多選如圖所示，圖線線圈在勻強磁場中勻速轉動時所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，當調整線圈轉速后，所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象如圖線所示，以下關于這兩個正弦交電的說法正確的是

()A在圖中t時刻穿過線圈的磁通量均為零

B線圈先后兩次轉速之比為3∶2C．流電的瞬時值表達式為＝10sin5πVD．交流電的大值為V【答案BCD【解析圖t＝0時，感應電動勢為零，穿過線圈的磁通量最大A錯；周期為，b的期為0.6s，轉速與周期成反，所以轉速之比為3∶，B確；交流電的瞬時值表達式為u＝sinωt，2π以a的瞬時值表達式為u＝)＝10sin5tV，正；由U＝，可知角速度變?yōu)樵瓉淼?，則最大值變?yōu)樵瓉淼?，流電b最大值為VD正．(2019·南京鹽一模)一只電阻分別通過四種不形式的電流，電流隨時間變化的情況如下圖所示相同時間內電阻產(chǎn)生熱量最大的是

()

mmmmU2mmm1212mmmmU2mmm1212【答案】D【解析】選A、中變電流有效值都為2A選項C中定電流的大小為A，選項D中交變電流的有效值為2A根據(jù)熱量的表達式＝IRt得選項D正．如圖所為一個經(jīng)雙可控硅調節(jié)后加在電燈上的電壓弦交流電的每一二分之一周期中面四分之一周期被截去，則現(xiàn)在電燈上電壓的有效值為

()AU

m

U

UUC.D.【答案D【解析題給圖象可知，交流電壓的變化規(guī)律具有周期性，用電流熱效應的等效法求解．設燈的阻值U為，正弦交流電壓的有值與峰值的關系是U，由于一個周期內半個周期有交流電壓，一周期內交m2UUU流電產(chǎn)生的熱量為Qt設交流電壓的有效值為U由流效應得Q＝所該R22RU交流電壓的有效值U＝，見選項正．．圖示為表示一交流電的電流隨時間而變化的圖象，此交流電的有效值是()A5AB．3.52A．AD5A【答案D【解析流的有效值是根據(jù)其熱效應定義的，它是從電流產(chǎn)生焦耳熱相等的角度出發(fā)，使流電與恒定電流等效交流電的有效值I該交變電流通過一阻值為的純電阻一周期內有I2

＝I2

T＋I

T所以該交流電的效值為I

I2＋

＝5(2019·湖南陽中考)一弦交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示．由圖可知

()

mm1002mm1002A該交流電的電壓瞬時值的表達式為＝25tB該交流電的頻率為25C．交流電的電壓的有效值為VD．將交流電壓加在阻值R＝Ω的阻兩端，則電阻消耗的功率為【答案BD【解析圖中可得該交流電的周期為＝

s，所以頻率為f＝＝25Hz選項B正確；角速度為Tω＝π＝rad/s，圖象中可知交流電最大值為U＝100V，所該交流電的電壓瞬時值的表達式為uU100sin(50t，該交流電的有效電壓值為U＝＝2V，項A、C誤；若將該交流電壓加在阻值RU25000＝Ω的阻兩端，則電阻消耗功率為＝＝W，項D正．如圖甲示為一交變電壓隨時間變化的圖象，每個周期內，前二分之一周期電壓恒定，后二分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化．若將此交流電連接成如圖乙所示的電路，電阻R阻為100Ω，則()A理想電壓表讀數(shù)為100VB．想電流表讀數(shù)為AC．阻消耗的電功率為56WD．電阻R在100秒內產(chǎn)生的熱量為625【答案BDU22T【解析電的熱效應一周期內產(chǎn)生的熱量＝T＝＋解＝75VA誤；22U電流表讀數(shù)I＝＝B正；電阻消耗的電功率P＝I2

＝W錯；秒內產(chǎn)生的熱量＝＝，正．．(多選圖甲為小型交流發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸勻轉動，線圈的匝數(shù)n100、總電阻r＝Ω，線圈的兩端與阻值為95Ω的電阻R連，交流電壓表為理想電表刻平面與磁場方向平行每線圈的磁通Φ隨間按乙所示正弦規(guī)律變化

mmmm交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢的最大為E，壓表的示數(shù)為，(mA．E＝200＝134VB．EVmmC通過電阻的電流每秒內方改變約50次．實耗的功率為190【答案【解析發(fā)產(chǎn)生的電勢的最大值E而Φ，可知Φ2mmm

WbT

＝200動的有效值＝m

E

m2

2閉合電路的歐姆律，可知電路中電流的有效值

E＝2A，壓示數(shù)為≈134V故選項正確，錯由題R圖乙可知，周期T＝2

1率電阻的流每秒內方向改變約32次，C錯T誤；電阻R消的功率為P2

R＝190W，項正建門末勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線直的轉動軸勻速轉動甲示生的交變電動勢隨時間變化的規(guī)如圖乙所示．則下列說法正確的是(甲

乙A＝0.01線框的磁通最小B該交變電動勢的有效值為112C該交變電動勢的瞬時值表達為＝222·cosD．電動勢瞬時值為22V時線平面與中性面的夾角為45°【答案【解析感電勢為零，線框位于中性面位置，穿過線框的磁通量最大錯；由圖U象知，正弦交變電動勢的量大值U2V，故有效值U＝＝22V項誤；，應電動2勢為零，故瞬時值表達式應為＝222sin錯；當V時＝E，解得θm

22＝45°，項確．10.(2019·河南封模)圖甲所示為一臺小型發(fā)機構造示意圖，線圈逆時針轉動，產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律如圖乙所示．發(fā)電機線圈內阻為Ω，外接燈泡的電阻為9Ω恒不，則下列說法中確的為

()A電壓表的示數(shù)為6VB．電機的輸出功率為4WC．1.0×10時，穿過線圈的磁通量最大D在1.0×102

s時，穿過線圈的磁通量變化率最大【答案【解析據(jù)圖乙所示的產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象可知，電動勢最大值2V有效值為E＝6由合電路歐姆定律IER＋r＝0.6A電流表示數(shù)為0.6電表的示數(shù)為＝IR＝V5.4，選項A