专题03 交变电流、电磁波和传感器-2022-2023学年高二物理下学期期中期末考点大串讲（人教版2019）

专题03 交变电流、电磁波和传感器 1、 交变电流的两个特殊位置 1.两个特殊位置的对比： 中性面位置（甲、丙） 与中性面垂直位置（乙、丁） 位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 磁通量 最大 零 磁通量变化率 零 最大 感应电动势 零 最大 感应电流 零 最大 电流方向 改变 不变 2.交变电流的变化特点 （1）线圈转至与磁感线平行时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，故线圈每转一周，电动势最大值出现两次。 （2）线圈每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向都要改变一次。线圈转动一周，两次经过中性面，感应电动势和感应电流的方向都改变两次。 【例1】如图所示，甲→乙→丙→丁→甲过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在匀速转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。已知线圈转动的角速度为，转动过程中电路中的最大电流为。下列选项正确的是（　　） A．在图甲位置时，线圈中的磁通量最大，感应电流最大 B．从图乙位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系式为 C．在图丙位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率也最大 D．在图丁位置时，感应电动势最大，cd边电流方向为d→c 二、交变电流的四值问题 1.峰值： （1）由e＝NBSωsin ωt可知，电动势的峰值Em＝NBSω。 （2）交变电动势的最大值，由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直于磁场，因此如图所示几种情况，若N、B、S、ω相同，则电动势的最大值相同。 （3）电流的峰值可表示为Im＝。 2.正弦交变电流的瞬时值表达式： （1）从中性面位置开始计时 e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt。 （2）从与中性面垂直的位置开始计时 e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt。 3.有效值的计算方法： 求解交变电流的有效值，通常采用以下两种方法： （1）若按正（余）弦规律变化的交变电流，可利用交变电流的有效值与峰值的关系求解，即E＝，U＝，I＝。 （2）对于非正弦式交变电流，必须根据有效值的定义进行计算。 第一步：计算交变电流在一个周期内产生的热量Q； 第二步：将热量Q用相应的物理量的有效值表示Q＝I2RT或Q＝T； 第三步：代入数值，求解有效值。 4.提醒： （1）在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值，在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的都是有效值。 （2）在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值，如电功率的计算式P＝UI中，U、I均为有效值；若计算通过电路某一横截面的电量，必须用交变电流的平均值。 【例2】如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R。下列说法正确的是（　　） A．在图示位置，线圈中的电流瞬时值为 B．从图示位置开始计时，电阻R两端电压瞬时值表达式为 C．当线圈由图示位置转过90°的过程中，电阻R上所产生的热量为 D．当线圈由图示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量为 三、变压器的基本关系和动态分析 1.电压、电流、功率的制约关系： （1）电压制约：输入电压U1决定输出电压U2。当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝。 （2）电流制约：输出电流I2决定输入电流I1。当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝。而变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，即I2＝。 （3）功率制约：输出功率P2决定输入功率P1。变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，即P2＝P负1＋P负2…。P2增大，P1增大；P2减小，P1减小；P2为零，P1为零。 2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况： （1）原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1。 （2）负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。 【例3】图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比为，输入端M、N所接的正弦式交变电压随时间t的变化关系如图乙所示。为定值电阻，为滑动变阻器，两电压表均为理想交流电表，下列判断正确的是（　　） A．原线圈所接交变电压的瞬时值表达式为 B．电压表的示数为 C．若将滑动变阻器的滑片向上滑动，示数变小 D．若将滑动变阻器的