新高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)練習(xí)專(zhuān)題27 交變電流的產(chǎn)生和描述（原卷版）

專(zhuān)題27交變電流的產(chǎn)生和描述1.理解正弦式交變電流的產(chǎn)生過(guò)程，能正確書(shū)寫(xiě)交變電流的函數(shù)表達(dá)式.2.理解并掌握交變電流圖像的意義.3.理解描述交變電流的幾個(gè)物理量，會(huì)計(jì)算交變電流的有效值.4.知道交流電“四值”在具體情況下的應(yīng)用．考點(diǎn)一正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1．產(chǎn)生線(xiàn)圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．2．兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)(1)線(xiàn)圈平面轉(zhuǎn)到中性面時(shí)，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(xiàn)圈平面與中性面垂直時(shí)，S∥B，Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大，電流方向不改變．3．一個(gè)周期內(nèi)線(xiàn)圈中電流的方向改變兩次．4．描述交變電流的物理量(1)最大值Em＝NBSω，與轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān)，與線(xiàn)圈形狀無(wú)關(guān)(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)．(2)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(shí)間．單位是秒(s)，公式T＝eq\f(2π,ω).②頻率(f)：交變電流在單位時(shí)間內(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).5．交變電流的變化規(guī)律(線(xiàn)圈從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí))函數(shù)表達(dá)式圖像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動(dòng)勢(shì)e＝Emsinωt＝NBSωsinωt書(shū)寫(xiě)交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的技巧(1)確定正弦交變電流的峰值：根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝NBSω求出相應(yīng)峰值．(2)明確線(xiàn)圈的初始位置：①若線(xiàn)圈從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imsinωt.②若線(xiàn)圈從垂直中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imcosωt.【典例1】（2022·重慶·西南大學(xué)附中高三階段練習(xí)）如圖所示為一種交流發(fā)電機(jī)的示意圖，矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸SKIPIF1<0勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律為SKIPIF1<0，則（

）A．此交流電的頻率為SKIPIF1<0B．此交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為SKIPIF1<0C．當(dāng)線(xiàn)圈平面轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大D．當(dāng)線(xiàn)圈平面轉(zhuǎn)到平行于磁場(chǎng)的位置時(shí)磁通量的變化率最大【典例2】（2022·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）如圖所示為一交流電通過(guò)一電子元件后的波形圖，曲線(xiàn)部分為正弦式交流電電流的一部分，則下列說(shuō)法正確的是（）A．這是一種交變電流 B．電流的變化周期為SKIPIF1<0C．電流通過(guò)SKIPIF1<0的電阻時(shí)，電功率為SKIPIF1<0 D．圖中電流的有效值為SKIPIF1<0考點(diǎn)二交變電流有效值的求解1．有效值讓交變電流與恒定電流分別通過(guò)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)生的熱量相等，則這個(gè)恒定電流的電流I與電壓U就是這個(gè)交變電流的有效值．2．正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，E＝eq\f(Em,\r(2)).有效值的計(jì)算(1)計(jì)算有效值時(shí)要根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”，先分段計(jì)算熱量，求和得出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量，然后根據(jù)Q總＝I2RT或Q總＝eq\f(U2,R)T列式求解．(2)若圖像部分是正弦(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．【典例3】（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）如圖是某一線(xiàn)圈通過(guò)的交流電的電流—時(shí)間關(guān)系圖像（前半個(gè)周期為正弦波形的SKIPIF1<0），則一個(gè)周期內(nèi)該電流的有效值為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【典例4】（2022·湖北·天門(mén)市教育科學(xué)研究院高三學(xué)業(yè)考試）如圖（a）所示，為家用燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置的電路原理圖，轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為圖（b）所示的正弦交流電壓，并加在理想變壓器的原線(xiàn)圈上，電壓表為交流電表，設(shè)變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0。當(dāng)變壓器副線(xiàn)圈輸出電壓的瞬時(shí)值大于5000V時(shí)，就會(huì)在點(diǎn)火針兩端間引發(fā)火花進(jìn)而點(diǎn)燃燃?xì)?，則（）A．閉合S，加在變壓器原線(xiàn)圈上正弦交流電壓的有效值為50VB．某交流發(fā)電機(jī)要產(chǎn)生與圖（b）相同頻率的交流電，其線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/秒C．閉合開(kāi)關(guān)S，電壓表的示數(shù)為SKIPIF1<0VD．變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0須滿(mǎn)足SKIPIF1<0時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火考點(diǎn)三交變電流“四值”的理解和計(jì)算物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線(xiàn)圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)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)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的值(如額定電壓、額定電流等)(3)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱、保險(xiǎn)絲的熔斷電流等)(4)沒(méi)有特別加以說(shuō)明的指有效值平均值交變電流圖像中圖線(xiàn)與時(shí)間軸所圍的面積與時(shí)間的比值eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計(jì)算通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)橫截面的電荷量【典例5】一個(gè)U形金屬線(xiàn)框在兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)給同一電阻R供電，如圖甲、乙所示．甲圖中OO′軸右側(cè)有磁場(chǎng)，乙圖中整個(gè)空間均有磁場(chǎng)，兩圖中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同．則甲、乙兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為()A．1∶eq\r(2)B．1∶2C．1∶4D．1∶1【典例6】(多選)如圖甲所示，標(biāo)有“220V40W”的燈泡和標(biāo)有“20μF320V”的電容器并聯(lián)接到交流電源上，為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開(kāi)關(guān)．下列判斷正確的是()A．t＝eq\f(T,2)時(shí)刻，的示數(shù)為零B．燈泡恰好正常發(fā)光C．電容器不可能被擊穿D.的示數(shù)保持110eq\r(2)V不變一、單選題1．（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是（）A．線(xiàn)圈平面在中性面位置時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化最快B．線(xiàn)圈平面垂直中性面時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大時(shí)，線(xiàn)圈產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)也最大D．線(xiàn)圈每通過(guò)中性面兩次，電流方向改變一次2．（2022·遼寧·東北育才學(xué)校模擬預(yù)測(cè)）線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈匝數(shù)SKIPIF1<0、面積SKIPIF1<0，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖像如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）A．SKIPIF1<0時(shí)刻線(xiàn)圈平面與中性面平行B．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大值為SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0時(shí)間內(nèi)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量在減少D．在SKIPIF1<0時(shí)間內(nèi)，線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為03．（2022·北京·101中學(xué)三模）如圖1所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線(xiàn)圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線(xiàn)垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)圖像如圖2中曲線(xiàn)a、b所示，則（）A．曲線(xiàn)a表示的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為15VB．曲線(xiàn)a表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為25HzC．曲線(xiàn)a、b對(duì)應(yīng)的線(xiàn)圈轉(zhuǎn)速之比為SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0時(shí)刻穿過(guò)線(xiàn)圈平面的磁通量均為零4．（2022·遼寧大連·二模）如圖所示，線(xiàn)圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)SKIPIF1<0。線(xiàn)圈與理想升壓變壓器相連進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，理想降壓變壓器的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為SKIPIF1<0，降壓變壓器副線(xiàn)圈接入一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)恰好正常工作，且電動(dòng)機(jī)兩端電壓為220V，輸入功率為1100W，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為10Ω，輸電線(xiàn)路總電阻為25Ω，線(xiàn)圈及其余導(dǎo)線(xiàn)電阻不計(jì)，電表均為理想電表，則下列說(shuō)法正確的是（）A．圖示位置線(xiàn)圈處于中性面 B．圖示位置時(shí)電壓表示數(shù)為SKIPIF1<0C．電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為850W D．輸電線(xiàn)路損失的電功率為375W5．（2022·浙江·高三階段練習(xí)）在圖甲所示的交流電路中，電源電壓的有效值SKIPIF1<0，理想變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為10:1，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0均為定值電阻，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，各電表均為理想電表。已知電阻SKIPIF1<0中電流SKIPIF1<0隨時(shí)間t變化的正弦曲線(xiàn)如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是（）A．電流表的示數(shù)為1.0AB．電壓表的示數(shù)為100VC．變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0WD．閉合矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)就一定能產(chǎn)生正弦交流電6．（2022·湖北·黃岡中學(xué)二模）一種調(diào)光臺(tái)燈電路示意圖如圖甲所示，它通過(guò)雙向可控硅電子器件實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)亮度。給該臺(tái)燈接SKIPIF1<0的正弦交流電后加在燈管兩端的電壓如圖乙所示，則此時(shí)交流電壓表的示數(shù)為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<07．（2022·廣東汕頭·模擬預(yù)測(cè)）圖是一正弦式交變電流的電壓圖象。由圖可知，此交變電流的電壓和頻率為（）A．有效值為311V B．有效值為220VC．頻率為200Hz D．頻率為100Hz8．（2022·四川·樹(shù)德中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，一矩形n匝閉合線(xiàn)圈勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO'以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈電阻為R，從如圖位置(線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行)為t＝0時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，線(xiàn)圈平面轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流的大小為I0，則下列判斷正確的是（）A．在0～SKIPIF1<0時(shí)間內(nèi)穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量一直在增大B．在0～SKIPIF1<0時(shí)間內(nèi)線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流先增大后減小C．一個(gè)周期內(nèi)，線(xiàn)圈上產(chǎn)生的熱量為SKIPIF1<0D．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大值為SKIPIF1<09．（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）圖甲為發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈中的磁通量隨時(shí)間變化的圖像，發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈共有100匝，其電阻忽略不計(jì)。將發(fā)電機(jī)接在乙圖中的a、b兩端并為其供電。R1、R2阻值均為400Ω，R2與一理想二極管串聯(lián)，其右側(cè)接一理想交流電壓表。下列說(shuō)法中正確的是（）A．發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈中的磁通量隨時(shí)間變化的關(guān)系為Φ=SKIPIF1<0cos100πt（Wb）B．R1中電流的瞬時(shí)值i1=0.5cos100πt（A）C．0～2s內(nèi)，R2上產(chǎn)生的焦耳熱為1×104JD．電壓表的示數(shù)約為141V10．（2022·重慶一中模擬預(yù)測(cè)）如圖甲所示，一單匝閉合線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如圖乙所示。則關(guān)于該交流電，下列說(shuō)法正確的是（）A．該交流電電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為SKIPIF1<0（V）B．該交流電電動(dòng)勢(shì)的有效值為SKIPIF1<0VC．轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中磁通量的最大值為SKIPIF1<0WbD．可以將耐壓值為110V的電容器直接與該線(xiàn)圈串聯(lián)二、填空題11．（2022·福建南平·三模）如圖甲，理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為SKIPIF1<0，電表為理想交流電表，在原線(xiàn)圈兩端接入如圖乙所示的電壓，電壓表的讀數(shù)為_(kāi)_________SKIPIF1<0。若滑片SKIPIF1<0從SKIPIF1<0端向SKIPIF1<0端滑動(dòng)，電流表讀數(shù)將__________（選填“增大”、“不變”或“減小”）。12．（2019·浙江·高三階段練習(xí)）如圖所示，交流發(fā)電機(jī)的矩形線(xiàn)圈的面積SKIPIF1<0，線(xiàn)圈匝數(shù)SKIPIF1<0，電阻SKIPIF1<0，線(xiàn)圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度SKIPIF1<0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸以SKIPIF1<0的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外接電阻SKIPIF1<0，以圖示時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，則電動(dòng)勢(shì)瞬間值表達(dá)式為e=_________V，電壓表讀數(shù)是__________V．13．（2021·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）如圖所示是通過(guò)某用電器的電流圖像，該交流電的頻率是__________Hz，通過(guò)該用電器的電流的有效值是_________A。14．（2021·福建泉州·二模）如圖，電阻為r、面積為S的單匝矩形線(xiàn)圈，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞SKIPIF1<0軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R，圖示時(shí)刻線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)垂直，此時(shí)理想交流電流表的示數(shù)為_(kāi)___________，在線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)一周的過(guò)程中，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為_(kāi)____________。三、解答題15．（2022·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=10cm，匝數(shù)N=100匝，電阻SKIPIF1<0的正方形線(xiàn)圈繞垂直于磁感線(xiàn)的OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速SKIPIF1<0。有一電阻SKIPIF1<0通過(guò)電刷與兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)接觸，R兩端接有理想電壓表，從線(xiàn)圈通過(guò)中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，求：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)電壓表的讀數(shù)及電流的有效值；(3)線(xiàn)圈平面從開(kāi)始計(jì)時(shí)到轉(zhuǎn)至與中性面成90°的過(guò)程中，通過(guò)電阻R的電量。16．（2021·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）圖甲是交流發(fā)電機(jī)的模型示意圖．在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一矩形線(xiàn)圈abcd可繞線(xiàn)圈平面內(nèi)垂直于磁感線(xiàn)的軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，由線(xiàn)圈引起的導(dǎo)線(xiàn)ae和df分別與兩個(gè)跟線(xiàn)圈一起繞OO′轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸，這樣矩