新高考物理一轮复习分层提升练习专题66 交变电流的产生和描述（原卷版）.doc

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】

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，eq\f(ΔΦ,Δt)＝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，eq\f(ΔΦ,Δt)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】如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法错误的是（）

A．在t=0时刻穿过两线圈的磁通量均为最大

B．线圈先后两次转速之比为3∶2

C．图线b所对应的交流电的有效值为SKIPIF10

D．图线a所对应的交流电的瞬时值表达式为SKIPIF10

【例2】如图甲所示，匝数n1：n2=1：2的理想变压器原线圈与水平放置的间距L=1m的光滑金属导轨相连，导轨电阻不计，处于竖直向下、磁感应强度为B=1T的匀强磁场中，副线圈接有电阻值R=2Ω的电阻，与导轨接触良好的电阻r=1Ω，质量m=0.02kg的导体棒在外力F的作用下运动，其速度随时间如图乙所示（正弦图线）规律变化，则（??）

A．电压表的示数为3V

B．电路中的电流方向每秒钟改变5次

C．电阻R实际消耗的功率为2W

D．在0﹣0.05s的时间内克服安培力做功0.48J

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＝Emsinωt

e＝Emcosωt

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＝eq\f(Em,R＋r)

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＝eq\f(Em,\r(2))

U＝eq\f(Um,\r(2))

(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

i-t图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值

eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)

eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)

计算通过电路某截面的电荷量

【例3】如图所示，磁极N、S间的磁场看作匀强磁场，磁感应强度为B0，矩形线圈ABCD的面积为S，共n匝，内阻为r，线圈通过滑环与理想电压表V和阻值为R的定值电阻相连，AB边与滑环E相连；CD边与滑环F相连。若线圈正在绕垂直于磁感线的轴OO以角速度ω逆时针匀速转动，图示位置恰好与磁感线垂直。以下说法正确的是（）

A．线圈在图示位置时，电阻R中的电流方向为自M到N

B．线圈自图示位置开始转过180°的过程中，通过电阻R的电量为SKIPIF10

C．线圈转动一周的过程中克服安培力做的功为SKIPIF10

D．线圈在图示位置时电压表的示数为0

【例4】一半径为a的半圆形单匝闭合线框，其总电阻为r，空间中存有方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。某时刻在外力驱动下，线框开始绕其水平放置的直径以角速度SKIPIF10匀速转动（左侧观察顺时针旋转）。t时刻线框恰好转动至如图所示的竖直平面，下列说法正确的是（）

A．线框匀速转动一周的过程中外力做功为SKIPIF10

B．从t时刻开始计时，感应电动势的表达式为SKIPIF10

C．线框从t时刻转到水平位置的过程中电路中的电荷量为SKIPIF10

D．设N点电势为零，t时刻M点电势为SKIPIF10

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＝eq\f(U2,R)t可分别求得电流有效值和电压有效值