专题66 交变电流的产生和描述-【鼎力高考】2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练 专题66 交变电流的产生和描述 导练目标 导练内容 目标1 交变电流的产生规律 目标2 交变电流的四值问题 目标3 交变电流的有效值 【知识导学与典例导练】 1、 交变电流的产生规律 1．正弦式交变电流的产生 (1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)两个特殊位置的特点： ①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。 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。 (3)电流方向的改变：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。 (4)交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。 2．产生正弦交流电的四种其他方式 (1)线圈不动，匀强磁场匀速转动。 (2)导体棒在匀强磁场中做简谐运动。 (3)线圈不动，磁场按正弦规律变化。 (4)在匀强磁场中导体棒的长度与时间成正弦规律变化。　 【例1】图示是交流发电机的示意图，线圈的两条边分别与两个金属滑环连在一起，线圈逆时针匀速转动时，角速度为，通过滑环和电刷保持与外电路的连接，为清楚起见。图中只画了一匝线圈，磁场可视为匀强磁场。下列关于此发电机工作时的说法中，正确的是（　　） A．线圈转动到甲图和丙图所示的位置时，穿过线圈的磁通量最大，电路中的电流为零 B．线圈转动到乙图和丁图所示的位置时，穿过线圈的磁通量为零，电路中的电流为零 C．线圈从甲图所示位置逆时针转动到丁图所示位置的过程中，电路中电流的方向改变4次 D．线圈从乙图或丁图所示的位置开始转动时，电路中电流随时间变化的规律为iImsint 【例2】如图所示，将一根电阻为R的绝缘硬金属导线弯成一个标准的正弦曲线形状，其两端a、b通过小金属环保持与长直金属杆有着良好但无摩擦的接触，导线与杆相交处二者绝缘，金属导线两端a、b间距离为2d，最高点到ab连线的距离为L，金属杆电阻忽略不计，空间中存在有理想边界的匀强磁场，宽度为d，方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B，磁场的边界与金属杆垂直，M和N位于磁场区域的边界上，在外力的作用下，导线以恒定的速度v向右匀速运动，从b位于M左侧的某一位置运动到a位于N右侧的某一位置，则在此过程中，以下说法正确的是 A．导线上有电流通过的时间为 B．导线上有电流通过的时间为 C．外力所做的功为 D．金属导线所产生的焦耳热为 2、 交变电流的四值问题 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsin ωt e＝Emcos ωt 正弦形式，从中性面开始 余弦形式，从垂直中性面开始 峰值 交变电流最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝ 确定用电器的耐压值、电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值 E＝ U＝ (1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量) (2)交流电表的测量值 (3)电器设备的额定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 i­t图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值 ＝n ＝ 计算通过电路某截面的电荷量 【例3】如图所示，纸面内有一“凹”字形单匝金属线框组成闭合回路，置于垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线框的总电阻为R，边长如图所示．线框绕ab轴做角速度为ω的匀速圆周运动。则从图示位置（　　） A．转动90°时回路中电流方向发生改变 B．转动180°的过程中通过导线截面的电荷量为零 C．转动90°时回路中感应电动势大小为 D．转动过程中电流的有效值为 【例4】如图甲，矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴以角速度ω匀速转动，线圈匝数为n，面积为S，电阻为r，磁场的磁感应强度为B，线圈与阻值为R的电阻连接。线圈产生的感应电动势e随时间t的变化关系如图乙，下列说法中正确的是（　　） A．时刻与时刻穿过线圈的磁通量相同 B．边始终不受安培力作用 C．内，通过电阻R的电荷量为 D．电阻R的功率为 3、 交变电流的有效值 求解有效值的两个关键点 1．计算有效值的根据是电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解。 2．利用公式Q＝I2Rt和Q＝t可分别求得电流有效值和电压有效值。 【例5】边长为L的单匝正方形线框处在匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度随时间变化规律如图所示（前半个周期为正弦波形的一半），线框的电阻为R，则线框中感应电流的功率为（    ）    A． B． C． D． 【例6】如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5：1，V和D分别是理想电压表、理想二极管，定值电阻R=10Ω。已知ab两端电压u按图乙所示正弦规律变化，下列说法正确