专题06 交变电流及其描述-2020-2021学年高二下学期物理期末考点大串讲（人教版）

专题06 交变电流及其描述 思维导图 知识详解 知识点一、交变电流及产生 1．交变电流 （1）定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。 （2）图象：如图（a）、（b）、（c）、（d）所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电，如图（a）所示。 2．正弦交流电产生、瞬时值表达式和图象 （1）产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 （2）图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线。如图（e）、（f）。 （3）正弦式交变电流的函数表达式（线圈在中性面位置开始计时） ①电动势e随时间变化的规律：e＝Emsinωt。其中ω等于线圈转动的角速度。 交变电动势的最大值Em＝nBSω，只要是线圈绕垂直于磁场方向的轴转动，不论形状如何、转轴位置都有此式。 ②负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝Umsinωt。 ③电流i随时间变化的规律：i＝Imsinωt。 3．两个特殊位置的特点 （1）中性面：线圈平面与中性面重合。此时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0。 线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。 （2）线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。 【题1】（多选）关于中性面，下列说法正确的是 A．线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零 B．线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大 C．线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次 D．线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次 【答案】AC 【解析】中性面是线圈平面与磁感线垂直的位置，线圈经过该位置时，穿过线圈的磁通量最大，各边都不切割磁感线，不产生感应电动势，所以磁通量的变化率为零，A项正确，B项错误；线圈每经过一次中性面，感应电流的方向改变一次，但线圈每转一周时要经过中性面两次，所以每转一周，感应电流方向就改变两次，C项正确，D项错误。 【题2】（2020·全国高二课时练习）如图，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时 A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流 B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势 C．线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d→a D．线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力 【答案】A 【解析】线圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流，产生的电流、电动势及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关，故A对，B、D错；图示时刻产生电流的方向为a→d→c→b→a，故C错。 【题3】（多选）（2019·吴城实验中学高二期中）如图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙。以下判断正确的是 A．电流表的示数为10 A B．线圈转动的角速度为50 π rad/s C．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左 【答案】AC 【解析】电流表的示数为交变电流的有效值10 A，A项正确；由ω＝可得，线圈转动的角速度为ω＝100 π rad/s，B项错；0.01 s时，电路中电流最大，故该时刻通过线圈的磁通量最小，即该时刻线圈平面与磁场平行，C项正确；根据楞次定律可得，0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右，D项错。 4．解决交变电流图象问题的三点注意 （1）只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关。 （2）注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积。 （3）在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解。 【题4】（多选）（2019·宁夏长庆高级中学高二月考）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则 A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合 B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3 C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V 【答案】AC　 【解析】t＝0时刻，两次产生的交流电的电动势瞬时值均为零，因此线圈平面均与中性面重合，A正确；图中a、b对应的周期之比为2∶3，因此线圈转速之比na∶n