2015高考专题复习《交变电流》
步步高2015高考物理一轮复习交变电流 传感器
第1课时交变电流的产生和描述考纲解读1.理解交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的表达式.2.理解描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值．1．[交变电流的产生和变化规律]如图1甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交变电流如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向，则下列说法正确的是()图1A．乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程B．乙图中c时刻对应甲图中的C图C．若乙图中d等于0.02 s，则1 s内电流的方向改变50次D．若乙图中b等于0.02 s，则交流电的频率为50 Hz答案 A2．[描述交变电流的物理量]小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图2所示．此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，电路中的其他电阻不计．下列说法正确的是()图2A ．交变电流的周期为0.125 sB ．交变电流的频率为8 HzC ．交变电流的有效值为 2 AD ．交变电流的最大值为4 A 答案 C解析 由题图可直接获取的信息是：交变电流的周期是0.250 s ，A 错；感应电动势的最大值为20 V ，线圈中产生的交变电流为正弦式交变电流，从而可推出：交变电流的频率f ＝1T ＝10.250 Hz ＝4 Hz ，B 错；交变电流的最大值I m ＝E m R ＝2010 A ＝2 A ，D 错；交变电流的有效值I ＝I m 2＝22A ＝ 2 A ．所以正确选项为C. 3．[瞬时值表达式的书写方法]如图3所示，图线a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b 所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是( )图3A ．在图中t ＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B ．线圈先、后两次转速之比为3∶2C ．交流电a 的瞬时值表达式为u ＝10sin 5πt (V)D ．交流电b 的最大值为5 V 答案 BC解析 t ＝0时刻穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故电压为零，A 错．读图得两次周期之比为2∶3，由转速n ＝ω2π＝1T 得转速与周期成反比，故B 正确．读图得a 的最大值为10 V ，ω＝5π rad/s ，由交流电感应电动势的瞬时值表达式e ＝E m sin ωt (V)(从线圈在中性面位置开始计时)得，u ＝10sin 5πt (V)，故C 正确．交流电的最大值E m ＝NBSω，所以根据两次转速的比值可得，交流电b 的最大值为23×10 V ＝203 V ，故D 错．4．[交变电流有效值的计算方法]如图4所示为一交变电流的电压随时间变化的图象，正半轴是正弦曲线的一个部分，则此交变电流的电压的有效值是( )图4A.34 V B ．5 V C.522 VD ．3 V答案 C解析 设其有效值为U ，根据交变电流的有效值定义和题图中电流特点可得，在一个周期内有U 21R t 1＋U 22R t 2＝U 2R t ，即(3 2 V 2)2×1R ×0.01 s ＋(4 V)2×1R ×0.01 s ＝U 2×1R ×0.02 s ，解得U ＝522V ，故C 正确．一、交变电流的产生和变化规律 1．交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流．如图5(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式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示．图52．正弦交变电流的产生和图象(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)中性面①定义：与磁场方向垂直的平面．②特点a．线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．b．线圈转动一周，两次经过中性面．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．(3)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦函数曲线．二、正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 1．周期和频率(1)周期(T )：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，公式T ＝2πω.(2)频率(f )：交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数．单位是赫兹(Hz)． (3)周期和频率的关系：T ＝1f 或f ＝1T.2．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 ＝E m sin_ωt .(2)负载两端的电压u 随时间变化的规律：u ＝U m sin_ωt .(3)电流i 随时间变化的规律：i ＝I m sin_ωt .其中ω等于线圈转动的角速度，E m ＝nBSω. 3．交变电流的瞬时值、峰值、有效值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数．(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值，也叫最大值．(3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值．对正弦交变电流，其有效值和峰值的关系为：E ＝E m 2，U ＝U m 2，I ＝I m2. (4)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值．考点一 正弦式交变电流的产生及变化规律 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，ΔΦΔt ＝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，ΔΦΔt 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E m ＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关． 2．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)例1如图6甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时，电流方向为正．则下列四幅图中正确的是()图6解析该题考查交变电流的产生过程．t＝0时刻，根据题图乙表示的转动方向，由右手定则知，此时ad中电流方向由a到d，线圈中电流方向为a→d→c→b→a，与规定的电流正方向相反，电流为负值．又因为此时ad、bc两边的切割速度方向与磁场方向成45°夹角，由E＝2Bl v⊥，可得E＝2×22Bl v＝22E m，即此时电流是最大值的22倍，由题图乙还能观察到，线圈在接下来45°的转动过程中，ad、bc两边的切割速度v⊥越来越小，所以感应电动势应减小，感应电流应减小，故瞬时电流的表达式为i＝－I m cos (π4＋ωt)，则图象为D图象所描述，故D项正确．答案 D突破训练1如图7甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO ′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R ＝10 Ω连接，与电阻R 并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V ．图乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间t 变化的图象．则( )图7A ．电阻R 上的电动率为20 WB ．t ＝0.02 s 时R 两端的电压瞬时值为零C ．R 两端的电压u 随时间t 变化的规律是u ＝14.1cos 100πt VD ．通过R 的电流i 随时间t 变化的规律是i ＝1.41cos 50πt A 答案 C解析 电阻R 上的电功率为P ＝U 2R ＝10 W ，选项A 错误；由题图乙知t ＝0.02 s 时磁通量变化率最大，R 两端的电压瞬时值最大，选项B 错误；R 两端的电压u 随时间t 变化的规律是u ＝14.1cos 100πt V ，通过R 的电流i 随时间t 的变化规律是i ＝u /R ＝1.41cos 100πt A ，选项C 正确，D 错误． 考点二 交流电有效值的求解 1．正弦式交流电的有效值：I ＝I m 2，U ＝U m 2，E ＝E m22．非正弦式交流电有效值的求解根据电流的热效应进行计算．例2如图8所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系．若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为()图8 A．1∶ 2 B．1∶2 C．1∶3 D．1∶6解析电功的计算中，I要用有效值计算，图甲中，由有效值的定义得(12)2R×2×10－2＋0＋(12)2R×2×10－2＝I21R×6×10－2，得I1＝33A；图乙中，I的值大小不变，I2＝1 A，由W＝UIt＝I2Rt可以得到W甲∶W乙＝1∶3. 答案 C突破训练2通过一阻值R＝100 Ω的电阻的交变电流如图9所示，其周期为1 s．电阻两端电压的有效值为()图9A ．12 VB ．410 VC ．15 VD ．8 5 V 答案 B解析 由有效值定义可得U 2R ×1 s ＝(0.1 A)2×R ×0.4 s ×2＋(0.2 A)2×R ×0.1 s ×2，其中R ＝100 Ω，可得U ＝410 V ，B 正确． 考点三 交变电流“四值”的比较交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较例3如图10所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO ′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s ，外电路中的电阻R ＝4 Ω，求：图10(1)感应电动势的最大值；(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°时的瞬时感应电动势；(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°的过程中产生的平均感应电动势； (4)交流电压表的示数； (5)线圈转动一周产生的总热量；(6)从图示位置开始的16周期内通过R 的电荷量．解析 (1)感应电动势的最大值为E m ＝nBSω＝100×0.5×0.12×2π V ＝3.14 V (2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势为 e ＝E m cos 60°＝3.14×0.5 V ＝1.57 V(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势为 E ＝n ΔΦΔt ＝n BS sin 60°16T ＝100×0.5×0.1×0.1×3216×2π2πV ＝2.6 V(4)交流电压表的示数为外电路两端电压的有效值，即 U ＝E R ＋r R ＝3.142×44＋1 V ＝1.78 V(5)线圈转动一周产生的总热量为Q ＝⎝⎛⎭⎫E m 22R ＋r T ＝0.99 J(6)在16周期内通过电阻R 的电荷量为 q ＝I ×T 6＝E R ＋r ×T 6＝2.64＋1×16C ＝0.087 C 答案 (1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.6 V (4)1.78 V(5)0.99 J (6)0.087 C突破训练3 如图11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OO ′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R ，当线圈由图示位置转过60°的过程中，下列判断正确的是( )图11A ．电压表的读数为NBSω2(R ＋r )B ．通过电阻R 的电荷量为q ＝NBS 2(R ＋r ) C ．电阻R 所产生的焦耳热为Q ＝N 2B 2S 2ωR π4(R ＋r )2D ．当线圈由图示位置转过60°时的电流为NBSω2(R ＋r )答案 B解析 线圈在磁场中转动产生了正弦交流电，其电动势的最大值E m ＝NBSω，电动势的有效值E ＝NBSω2，电压表的读数等于交流电源的路端电压，且为有效值，则U ＝NBSω2(R ＋r )R ，A 错误；求通过电阻R 的电荷量要用交流电的平均电流，则q ＝I Δt ＝N ΔΦR ＋r＝N (BS －12BS )R ＋r ＝NBS 2(R ＋r )，故B 正确；电阻R 上产生的热量应该用有效值来计算，则电阻R 产生的热量Q ＝I 2Rt ＝[NBSω2(R ＋r )]2R ·π3ω＝πN 2B 2S 2Rω6(R ＋r )2，故C 错误；线圈由图示位置转过60°时的电流为瞬时值，则i ＝NBSωR ＋r sin ωt ＝NBSωR ＋rsin π3＝3NBSω2(R ＋r )，故D 错误.高考题组1．(2013·福建·15)如图12所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的电阻．闭合开关S ，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e ＝102sin 10πt (V)，则 ( )图12A ．该交变电流的频率为10 HzB ．该电动势的有效值为10 2 VC ．外接电阻R 所消耗的电功率为10 WD ．电路中理想交流电流表的示数为1.0A答案 D 解析 由交变电流电动势的表达式e ＝102sin 10πt V ＝E m sin ωt 可知，该交变电流的频率为f ＝ω2π＝10π2π Hz ＝5 Hz ，A 错误．该交变电流电动势的有效值E ＝E m 2＝1022V ＝10 V ，B 错误．电流的有效值I ＝E R ＋r ＝109.0＋1.0A ＝1.0 A ，外接电阻R 所消耗的电功率P R ＝I 2R ＝1.02×9.0 W ＝9 W ，故C 错误，D 正确．2．(2013·山东·17)图13甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N 、S 间的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所示．以下判断正确的是( )图13A ．电流表的示数为10 AB ．线圈转动的角速度为50π rad/sC ．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解析电流表测量的是电路中电流的有效值I＝10 A，选项A正确．由题图乙可知，T＝100π rad/s，选项B错误．t＝0.01 s时，电流最大，线圈平面与＝0.02 s，所以ω＝2πT磁场方向平行，选项C正确．t＝0.02 s时，线圈所处的状态就是图示状况，此时R中电流的方向自左向右，选项D错误．模拟题组3．如图14所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω绕OO′轴匀速转动，则以下判断正确的是()图14A ．图示位置线圈中的感应电动势最大为E m ＝BL 2ωB ．闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e ＝12BL 2ωsin ωt C ．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R 的电荷量为q ＝2BL 2R ＋rD ．线圈转动一周的过程中，电阻R 上产生的热量为Q ＝πB 2ωL 4R 4(R ＋r )2答案 BD解析 图示位置线圈中的感应电动势最小为零，A 错；若线圈从图示位置开始转动，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e ＝12BL 2ωsin ωt ，B 对；线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R 的电荷量为q ＝ΔΦR 总＝BL 2R ＋r，C 错；线圈转动一周的过程中，电阻R 上产生的热量为Q ＝(E m 2)2R ＋r ·2πω·R R ＋r ＝πB 2ωL 4R 4(R ＋r )2，D 对． 4．如图15所示，光滑绝缘水平桌面上直立一个单匝矩形导线框，线框的边长L AB ＝0.3 m ，L AD ＝0.2 m ，总电阻为R ＝0.1 Ω.在直角坐标系xOy 中，有界匀强磁场区域的下边界与x 轴重合，上边界满足曲线方程y ＝0.2sin 10π3x m ，磁感应强度大小B ＝0.2 T ，方向垂直纸面向里．线框在沿x 轴正方向的拉力F 作用下，以速度v ＝10 m/s 水平向右做匀速直线运动，则下列判断正确的是 ( )图15 A．线框中的电流先沿逆时针方向再沿顺时针方向B．线框中感应电动势的最大值为25VC．线框中感应电流的有效值为4 AD．线框穿过磁场区域的过程中外力做功为0.048 J答案AD解析由题意可知线框在外力作用下匀速切割磁感线，由右手定则可判断A正确；由E ＝Bl v可知当线框的AD边或BC边全部在磁场中时，线框中的感应电动势最大，故最大值为E m＝0.2×0.2×10 V＝0.4 V，B错误；线框中的感应电流的最大值为4 A，该电流是正弦式交流电，故有效值是2 2 A，C错误；由于线框做匀速直线运动，由能量守恒定律可得外力做的功等于线框中产生的焦耳热，即W＝Q＝(22)2×0.1×0.610J＝0.048 J，D正确．(限时：45分钟)►题组1对交变电流的产生及其图象的考查1．如图所示，面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsin ωt的图是()答案 A解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为e＝BSωsin ωt，由这一原理可判断，A图中感应电动势为e＝BSωsin ωt；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；C、D图转动轴与磁场方向平行，而不是垂直．2．矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是() A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线答案CD解析线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边速度方向与磁感线平行，不切割磁感线，穿过线框的磁通量的变化率等于零，所以感应电动势等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变．垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度与磁感线垂直，有效切割速度最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大．故C、D正确．3．如图1所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动．沿着OO′方向观察，线圈顺时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为L1，ad边的边长为L2，线圈电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时 ( )图1A ．线圈中感应电流的方向为abcdaB ．线圈中的感应电动势为2nBL 2ωC ．穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大D ．线圈ab 边所受安培力的大小为n 2B 2L 1L 2ωR答案 AC解析 当线圈转至图示位置时，由楞次定律可知，线圈中感应电流的方向为abcda ，选项A 正确；图示位置穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大，感应电动势最大，线圈中的感应电动势为nBL 1L 2ω，选项B 错误，C 正确；线圈ab 边所受安培力的大小为F ＝0，选项D 错误．4．电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器．如图2甲所示为电吉他的拾音器的原理图，在金属弦的下方放置有一个连接到放大器的螺线管．一条形磁铁固定在管内，当拨动金属弦后，螺线管内就会产生感应电流，经一系列转化后可将电信号转为声音信号．若由于金属弦的振动，螺线管内的磁通量Φ随时间t 的变化如图乙所示，则螺线管内感应电流i 随时间t 变化的图象为( )图2答案 B解析 由感应电流公式I ＝E R ＝n ΔΦR Δt ，感应电流大小与磁通量的变化率有关，在Φ－t 图线上各点切线的斜率的绝对值表示感应电流的大小，斜率的正、负号表示电流的方向；根据题图乙，在0～t 0时间内，感应电流I 的大小先减小到零，然后再逐渐增大，电流的方向改变一次，同理分析t 0～2t 0时间内，只有选项B 符合要求．5．如图3所示，矩形线圈边长为ab ＝20 cm ，bc ＝10 cm ，匝数N ＝100匝，磁场的磁感应强度B ＝0.01 T ．当线圈以n ＝50 r/s 的转速从图示位置开始逆时针匀速转动时，求：图3(1)线圈中交变电动势瞬时值表达式；(2)从线圈开始转动起，经0.01 s 时感应电动势的瞬时值．答案 (1)e ＝6.28sin (100πt ＋π6) V (2)－3.14 V解析 (1)线圈的角速度为ω＝2πn ＝100π rad/s产生的感应电动势的最大值为E m ＝NBωS ＝NBω·ab ·bc ＝6.28 V.又刚开始转动时线圈平面与中性面夹角为30°＝π6，故线圈中交变电动势的瞬时值表达式为e ＝E m sin (ωt ＋π6)＝6.28sin(100πt ＋π6) V.(2)把t ＝0.01 s 代入上式，可得此时感应电动势的瞬时值： e ＝－3.14 V.►题组2 对交变电流“四值”的考查6．如图4所示，矩形线圈abcd 绕轴OO ′匀速转动产生交流电，在图示位置开始计时，则下列说法正确的是( )图4A ．t ＝0时穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最大B ．t ＝T4(T 为周期)时感应电流沿abcda 方向C ．若转速增大为原来的2倍，则交变电流的频率是原来的2倍D ．若转速增大为原来的2倍，则产生的电流有效值为原来的4倍 答案 BC解析 图示时刻，ab 、cd 边切割磁感线的有效速率为零，产生的感应电动势为零，感应电流为零，A 错误；根据线圈的转动方向，确定T4时线圈的位置，用右手定则可以确定线圈中的感应电流沿abcda 方向，B 正确；根据转速和频率的定义可知C 正确；根据ω＝2πf ，E m ＝nBSω，E ＝E m 2，I ＝ER 总可知电流有效值变为原来的2倍，D 错误． 7．如图5所示，一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO ′匀速转动，转动周期为T 0.线圈产生的电动势的最大值为E m ，则( )图5A ．线圈产生的电动势的有效值为2E mB ．线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为E m T 02πC ．线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为E mD ．经过2T 0的时间，通过线圈电流的方向改变2次 答案 BC解析 由交变电流有效值和最大值的关系可知线圈产生的电动势的有效值为22E m，选项A 错误；由题意知线圈产生的电动势的最大值为E m ＝BSω＝BS 2πT ，故线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值BS ＝E m T 02π，选项B 正确；线圈转动过程中磁通量变化率的大小等于产生的感应电动势的大小，选项C 正确；正弦式交变电流一个周期内电流方向变化两次，经过2T 0的时间，通过线圈电流的方向改变4次，选项D 错误． 8．如图6所示，边长为L ＝0.2 m 的正方形线圈abcd ，其匝数n ＝10，总电阻为r ＝2 Ω，外电路的电阻为R ＝8 Ω，ab 的中点和cd 的中点的连线OO ′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度B ＝1 T ，若线圈从图示位置开始，以角速度ω＝2 rad/s 绕OO ′轴匀速转动．则以下判断中正确的是( )图6A ．在t ＝π4时刻，磁场穿过线圈的磁通量为零，但此时磁通量随时间变化最快B ．闭合电路中感应电动势的瞬时表达式e ＝0.8sin 2tC ．从t ＝0时刻到t ＝π4时刻，电阻R 上产生的热量为Q ＝3.2π×10－4 JD ．从t ＝0时刻到t ＝π4时刻，通过R 的电荷量q ＝0.02 C答案 AD解析 线圈在磁场中转动，E m ＝12nBSω＝0.4 V ，B 项错；当线圈平面与磁场平行时磁通量变化最快，A 正确；Q R ＝I 2Rt ＝[E m 2(R ＋r )]2Rt ＝1.6π×10－3 J ，C 错；q ＝n ΔΦR ＋r＝0.02C ，D 正确．9．如图7所示，矩形线圈abcd ，面积为S ，匝数为N ，线圈电阻为R ，在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P 1和P 2以相同的角速度ω匀速转动(P 1以ab 边为轴，P 2以ad 边中点与bc 边中点的连线为轴)，当从线圈平面与磁场方向平行开始计时，线圈转过90°的过程中，绕P 1及P 2轴转动产生的交流电的电流大小、电荷量及焦耳热分别为I 1、q 1、Q 1及I 2、q 2、Q 2，则下面判断正确的是( )图7A ．线圈绕P 1和P 2轴转动时电流的方向相同，都是a →b →c →dB ．q 1>q 2＝NBS2RC ．I 1＝I 2＝NBωS2RD ．Q 1<Q 2＝πω(NBS )22R答案 C解析 绕P 1、P 2轴转动时电流的方向相同，电流的方向都是a →d →c →b →a ，A 错；电荷量q ＝n ΔΦR ，与绕哪个轴转动没有关系，B 项错；线圈绕两轴转动时产生的电动势相同，所以电流相同，发热也相同，C 对，D 错．10．如图8甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r ＝0.10 m 、匝数n ＝20匝的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)．在线圈所在位置磁感应强度B 的大小均为B ＝0.20πT ，线圈的电阻为R 1＝0.50 Ω，它的引出线接有R 2＝9.5 Ω的小电珠．外力推动线圈框架的P 端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过小电珠．当线圈运动速度v 随时间t 变化的规律如图丙所示时(摩擦等损耗不计)，求：图8(1)小电珠中电流的最大值； (2)电压表的示数；(3)t ＝0.1 s 时外力F 的大小．答案 (1)0.16 A (2)1.07 V (3)0.128 N解析 (1)由题意及法拉第电磁感应定律知道，由于线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势的大小符合正弦曲线变化规律，线圈中的感应电动势的最大值为： E m ＝nBl v ＝2πnBr v m .电路总电阻为R 1＋R 2，那么小电珠中电流的最大值为 I m ＝2πnBr v m R 1＋R 2＝2π×20×0.2×0.1×2π(9.5＋0.5)A ＝0.16 A.(2)电压表示数为有效值U ＝U m 2＝22I m R 2＝22×0.16×9.5 V ＝0.76 2 V ≈1.07 V.(3)当t ＝0.1 s 也就是T 4时，外力F 的大小为F ＝nB 2πrI m ＝n 2B 2(2πr )2R 1＋R 2v m ＝0.128 N.11．如图9所示，一个半径为r 的半圆形线圈，以直径ab 为轴匀速转动，转速为n ，ab 的左侧有垂直于纸面向里(与ab 垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B .M 和N 是两个集流环，负载电阻为R ，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：图9(1)感应电动势的最大值；(2)从图示位置起转过1/4转的时间内，负载电阻R 上产生的热量； (3)从图示位置起转过1/4转的时间内，通过负载电阻R 的电荷量； (4)电流表的示数． 答案(1)π2Bnr 2(2)π4B 2r 4n 8R (3)πBr 22R (4)π2r 2nB 2R解析 (1)线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流． 此交变电动势的最大值为E m ＝BSω＝B ·πr 22·2πn ＝π2Bnr 2(2)在线圈从图示位置转过1/4转的时间内，电动势的有效值为E ＝E m 2＝2π2Bnr 22电阻R 上产生的热量 Q ＝(E R )2R ·T 4＝π4B 2r 4n 8R(3)在线圈从图示位置转过1/4转的时间内，电动势的平均值为E ＝ΔΦΔt通过R 的电荷量q ＝I ·Δt ＝ER ·Δt ＝ΔΦR ＝πBr 22R(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E ′，由有效值的定义得(E m2)2R ·T 2＝E ′2R T ，解得E ′＝E m2故电流表的示数为I ＝E ′R ＝π2r 2nB2R .第2课时变压器、电能的输送考纲解读1.理解变压器的原理，掌握理想变压器原、副线圈的功率关系、电压关系及电流关系，并会进行有关计算.2.能利用功率、电压、电流关系对变压器进行动态分析.3.会计算远距离输电问题中线路损失的功率和电压．1．[理想变压器的工作原理]关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是() A．通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈答案BC解析由于是交变电流，交变电流的磁场不断变化，磁通量也在变化，A错误；因理想变压器无漏磁，故B、C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故D错．2．[理想变压器的功率、电压、电流关系]如图1所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦交流电源，电压表V的示数为220 V，负载电阻R＝44 Ω，电流表A1的示数为0.2 A．下列判断正确的是()图1A ．原线圈和副线圈的匝数比为2∶1B ．原线圈和副线圈的匝数比为5∶1C ．电流表A 2的示数为0.1 AD ．电流表A 2的示数为0.4 A 答案 B解析 由题意可求得原线圈的功率，利用理想变压器原、副线圈中的功率相等可求得副线圈中的电流，再利用原、副线圈中的电流之比可求得两线圈的匝数比．由电压表V 示数和电流表A 1的示数可得原线圈中的功率P 1＝U 1I 1，P 1＝P 2＝I 22R ，所以电流表A 2的示数为I 2＝U 1I 1R＝ 220×0.244A ＝1 A ，C 、D 错误；原线圈和副线圈的匝数比n 1n 2＝I 2I 1＝51，A 错误，B 正确．3．[远距离输电中的电压与功率损失]在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么( )A ．输电线路上损失的电压与输送电流成正比B ．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大C ．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D ．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比 答案 AC解析 输电线路上损失电压ΔU ＝IR ，在R 一定时，ΔU 和I 成正比．若U 越高，I ＝PU，。
高考物理一轮总复习专题11交变电流第1讲交变电流的产生和描述课件
2．峰值和有效值 (1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的__最__大___值_． (2)有效值：让交流与恒定电流分别通过大小__相__同__的电阻，如果在交流的一 个周期内它们产生的__热___量___相等，则这个恒定电流 I、恒定电压 U 就是这值之间的关系 I＝___I_m2____，U＝___U_2m____，E＝Em2.
_正__弦_式____交流电．
甲
乙
丙
丁
• 2．正弦交变电流 • (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)中性面 • ①定义：与磁场方向___垂_直____的平面． • ②特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量__最__大__，
磁通量的变化率为__零____，感应电动势为__零___．线圈每经 过中性面一次，电流的方向就改变一次．
甲
乙
A
B
C
D
• 思路剖析：确定感应电流的变化图象，应从三个方面分析：(1)感应电 流的方向；(2)感应电流的大小；(3)感应电流大小的变化趋势．
• 【答案】D
【解析】矩形线圈绕垂直于匀强磁场的转轴匀速转动产生正弦式交变电流，
在开始计时(t＝0)时线圈在题图乙所示的位置，据右手定则判断电流为负方向，首
内容
要求 新课标卷真题
交变电流、交变电流的图象 Ⅰ
正弦交变电流的函数表达式、 峰值和有效值
Ⅰ
2016Ⅲ卷21题
理想变压器
2016Ⅰ卷16题， Ⅲ卷19题； Ⅱ 2015Ⅰ卷16题； 2014Ⅰ卷18题， Ⅱ卷21题
远距离输电
Ⅰ
实验十二 传感器的简单使 用
2016Ⅰ卷23题
命题热点
【新战法】届高考物理专题(复习专题(11)交变电流(21页)PPT课件
3．表征交变电流的物理量
(1) 瞬时值：是指交变电流在某一时刻所具有的数值，常用e、u、
i表示．若线圈从中性面开始转动计时，则t时刻的感应电动势瞬时值表 达式为e＝Emsinωt，感应电流瞬时值表达式为i＝Imsinωt，电路中用电 器两端的电压瞬时值表达式为u＝Umsinωt.
(1) 中性面：线圈平面和磁场方向垂直时的位置称为中性面．此时穿
过线圈的磁通量最大，但变化率为零，感应电动势为零．线圈平面与中性 面垂直时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，电动势最大．
2
考点46 交变电流
(2) 若从中性面开始计时，函数式e＝Emsin ωt(其中最大值Em＝ nBSω)，若从线圈平面和磁场方向平行时开始计时，函数式e＝Emcos ωt.3Βιβλιοθήκη 考点46 交变电流4
考点46 交变电流
5
考点46 交变电流 交变电流的内容一直都是高中物理学习的一个难点．本专题考查题型通常 是选择题，重点考查交流电的产生原理、图像、表达式以及交流电的有效值．
考法1 交变电流的描述方法★★★★
1．交流电产生过程中的两个特殊位置
6
考点46 交变电流
2.瞬时值表达式的书写 (1) 确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像或由公式Em＝nBSω求 出相应峰值． (2) 明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式． ①线圈从中性面位置开始转动，则i－t图像为正弦函数图像，函数式 为i＝Imsinωt.
若一段时间内电流的方向发生改变，则流过导线横截面的电荷量为两
个方向上的电荷量之差；平均值是和电荷量相关联的，所以凡涉及计
算一段时间内通过导线横截面电荷量的问题，应利用平均值处理．
2015高考物理一轮复习—专题系列卷：交变电流 变压器 远距离输电
选择题专练卷(八)交变电流变压器远距离输电一、单项选择题1．某交流电源电动势与时间呈正弦函数关系，如图1所示，已知该电源输出功率为200 kW，现用5 000 V的高压输电，输电线总电阻为25 Ω，用户端利用匝数比为20∶1的变压器降压，则下列说法中正确的是()图1A．该交变电流电动势的有效值为220 2 VB．输电线中的电流为200 AC．用户端的交变电流频率为2 HzD．用户端的电压为200 V2．如图2所示，一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶5。
原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u＝2202sin(100πt)V。
副线圈接入电阻的阻值R＝100 Ω。
则()图2A．通过电阻的电流是22 AB．交流电的频率是100 HzC．与电阻并联的电压表的示数是100 VD．变压器的输入功率是484 W3．某兴趣小组用实验室的手摇发电机和理想变压器给一个灯泡供电，电路如图3所示，当线圈以较大的转速n匀速转动时，电压表示数是U1，额定电压为U2的灯泡正常发光，灯泡正常发光时电功率为P，手摇发电机的线圈电阻是r，则有()图3A．电流表的示数是PU1B．变压器的原副线圈的匝数比是U2∶U1C．变压器输入电压的瞬时值u＝U2sin 2πntD．手摇发电机的线圈中产生的电动势最大值是E m＝2U14．如图4所示，理想变压器原线圈a、b两端接正弦交变电压U，U＝220 2sin πt(V)，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝10∶1，电压表接在副线圈c、d两端，输电线的等效电阻为R，原来开关S是断开的。
则当S闭合一段时间后()图4A．电压表示数不变，示数为22 VB．电压表示数不变，示数为220 2 VC．灯泡L两端的电压将变大D．电流表示数一定为05．如图5所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻。
开关S是闭合的，V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1、A2和A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。
高三物理高考第一轮复习课件：交变电流的产生和描述
通量的变化率最大,产生的感应电动势也最大,原因是 此时线圈的两边框垂直切割磁感线,产生的感应电动 势为最大值.
热点二 对交变电流有效值的理解 1.交变电流的“四值”的比较
物理量 瞬时值
物理 含义
重要 关系
交变电流 某一时刻 的值
e=Emsin ωt i=Imsin ωt
=0.02 s
线圈匀速转动一周,外力做功大小等于电功的大小,即
W=I2(R+r)T=( E )2(R+r)T Rr
代入数据得W=98.6 J
(4)从t=0起转过90°的过程中,Δt内流过R的电荷量 q= NΦtNBS N1 B l2 l
(Rr)t Rr Rr 代入数据得q=0.1 C.
答案 (1)adcba (2)e=314cos 100πt V
第十章 交变电流 传感器
第1课时 交变电流的产生和描述 变压器 考点自清
一、交变电流的产生和变化规律 1.交变电流
大小和 方向都随时间做 周期性 变化的电流,叫做 交变电流,简称交流（AC）.
2.正弦式交变电流（如图1所示）
图1
（1）定义:按 正弦规律 变化的交变电流.
（2）产生:将闭合矩形线圈置于匀强 磁场中,并绕 垂
变化,且最大感应电动势Em=nBabω,所以感应电动势 的瞬时值表达式为e=nBabωsin ωt.
(3) En Φ t nπB2 / (a) b2nπBab
(4)i=
e
nBasbinπ
3
3nBab
Rr Rr
2(Rr)
答案 (1)自下而上 (2)e=nBabωsin ωt
(3) 2nBab
山东省高考专题复习-精品专题5：交变电流、变压器
2015 年高考专题复习五交变电流、变压器一、知识梳理：1、交变电流的定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
注意：在判断某一电流是否是交变电流时，我们只看方向是否变化，是否有周期性两个要素。
2、正弦交变电流的产生和图像（1）产生：在匀强磁场里，线圈垂直磁场方向的轴做匀速转动。
（2）中性面：①与磁场垂直的平面。
②当线圈转到中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大。
③当线圈转到中性面位置时，感应电动势为0，感应电流为0。
④当线圈转到中性面位置时，电流方向发生改变。
（3）图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图像为正弦曲线。
3、描述交变电流的物理量及函数表达式 （1）周期与频率：①周期（T ）：交变电流完成一次周期性变化（线圈转一周）所需的时间，单位是秒（s ），公式：T=2π/ω②频率（f ）：交变电流在1s 时间内完成周期性变化的次数，单位赫兹（Hz ）③周期与频率关系：T=1/f （2）交变电流的峰值、有效值：①峰值：交变电流的电流或电压的最大值，E m =NBS ω②有效值：让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果他们在交变电流的一个周期内产生的焦耳热相同，则这个恒定电流I ，恒定电压U 就是这个交变电流的有效值。
正弦交变电流的有效值与峰值的关系：0.7072m m E E == 0.7072m m I I == 0.7072m m U U ==注意：交流电压表，电流表测得的数值均为有效值。
（3）正弦交变电流的函数表达式（线圈从中性面位置开始计时）：sin m e E t ω= sin m i I t ω=4、变压器：（1）构造和原理(如图所示) 工作原理：原线圈与副线圈互感（2）理想变压器的基本关系式①功率关系：P 入＝P 出． “副制约原” ②电压关系：U 1U 2＝21n n ，若n 1>n 2，为降压变压器；若n 1<n 2，为升压变压器． “原制约副”③电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝12n n ； “副制约原” 注意：有多个副线圈时，123...P P P =++；312123...U U U n n n ===；112233...I n I n I n =++ 5、远距离输电：（1）电路损失①电压损失：23U U U IR =-=损. ②功率损失：设输电电流为I ，输电线的电阻为R ，则功率损失为22U P I R IU R===损损损.（2）减小电压、功率损失的方法①减小输电导线电阻R ： 由lR Sρ=知，间距一定（l 一定），可用 a 、电阻率较小的材料（铜和铝）；b 、增大导线横截面积（耗费材料，增加成本，不现实）。
高考物理专题复习：交变电流的描述
高考物理专题复习：交变电流的描述一、单选题1．一边长为L 的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动，线框中产生的感应电动势e 随时间t 的变化情况如图所示。
已知匀强磁场的磁感应强度为B ，则结合图中所给信息可判定（ ）A ．t 1时刻穿过线框的磁通量最大B ．t 2时刻穿过线框的磁通量为零C ．t 3时刻穿过线框的磁通量变化率为零D ．线框转动的角速度为m2E BL 2．如图，在甲、乙两图分别接交流电源，下列关于图中灯泡亮度变化的说法正确的是（ ）A ．在甲图中增大交流电频率，灯泡变亮B ．在甲图的线圈L 中插入铁芯，灯泡变亮C ．在乙图中增大交流电频率，灯泡变亮D ．在乙图的电容器中插入电介质，灯泡变暗 3．如图，1D 、2D 是两只理想二极管（正向电阻为零，反向电阻无穷大），电阻123R R R R ===，当A 、B 两端接正弦交流电m sin u U t ω=时，则A 、B 之间电流的有效值为（ ）A B C ．m23U RD ．m2U R4．如图所示，闭合开关后，5R =Ω的电阻两端的交流电压为V u t π=，电压表和电流表均为理想交流电表，则（ ）A ．该交流电周期为0.02sB ．电压表的读数为100VC ．电流表的读数为10AD ．电阻的电功率为1kW5．如图所示电路，电阻1R 与电阻2R 阻值相同，都为R ，和1R 并联的D 为理想二极管（正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大），在A 、B 间加一正弦交流电20sin100π(V)t μ=，则加在2R 上的电压有效值为（ ）A ．B ．20VC ．D ．6．电阻R 1、R 2与交流电源按照图甲所示的电路连接，R 1=10 Ω，R 2=20 Ω。
闭合开关S 后，通过电阻R 2的正弦式交变电流i 随时间t 变化的图像如图乙所示。
则（ ）A ．通过R 1的电流有效值是1.2 AB ．R 1两端的电压有效值是6 VC ．通过R 2的电流最大值是D ．R 2两端的电压最大值是7．一个灯泡，上面写着“220V 40W”，当它正常工作时，通过灯丝电流的峰值是（ ）A ．211B ．211C ．112D ．1128．如图甲乙分别是两种交流电的i 2-t 、i -t 关系图像，则甲、乙两种交流电的有效值之比为（ ）A B C ．1 D ．2二、多选题9．如图甲所示，正方形闭合导线圈abcd 平面垂直放在图示匀强磁场中，导线圈匝数为20匝、边长为0.1m 、总电阻为1 磁感应强度B 随时间t 的变化，关系如图乙所示，则以下说法正确的是（ ）A ．导线圈中产生的是正弦交变电流B ．在 5.5s t =时导线圈产生的感应电流为0.8AC ．在0~2s 内通过导线横截面的电荷量为1CD ．在0~6s 内，导线圈内产生的焦耳热为1.92J10．如图（a ）所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n 1：n 2=1：5，定值电阻R 1的阻值为10Ω，滑动变阻器R 2的最大阻值为50Ω，定值电阻R 3的阻值为10Ω，图中电表均为理想电表。
2015届高考物理大一轮精讲(夯实必备知识+精研疑难要点+提升学科素养)10.1 交变电流的产生及描述课件
第1单元 交变电流的产生及描述
夯实必备知识
必备知识一 [基础梳理] 1.交变电流 方向 都随时间做周期性变化的电流. 大小 和_______ (1)定义:_______ (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式交变电流,如图(a)所示.
E (3)由闭合电路欧姆定律可知 I＝ R＋r Em BL1L2ω 这里 E 为线圈产生的电动势的有效值 E＝ ＝ 2 2 则线圈转动一周在 R 上产生的焦耳热为 QR＝I2RT 2π 其中 T＝ ω RL1L22 于是 QR＝πRω R＋r
[答案] (1)e1＝BL1L2 ωsin ωt (2)e2＝BL1L2 ωsin(ωt＋φ0) BL1L22 (3)πRω R＋r
考纲点击
专家解读
高考链接
2013年海南卷 P386,1T 交变电流；交变 电流的图象 Ⅰ 1.知道交流电产生的原因,图 2013年山东卷 P386,2T 象和函数表达式. 2.从考查形式看,多以选择题 形式考查. 正弦交变电流的 2012年广东卷 函数表达式；峰 P387,1T 值和有效值 Ⅰ
理想变压器
[思维流程] 第一步：抓信息关键点 ①匀强磁场、转轴垂直于磁场、匀速转动 ②从图示位置开始计时 第二步：建立物理模型 产生余弦式交流电 第三步：找解题突破口 磁通量变化 ΔΦ＝BS，通过电阻 R 的电荷量 E ΔΦ Q＝IΔt＝ Δt＝N . R＋r R＋r 第四步：形成解题思路 ①要求产生电荷量→应利用电流的平均值 ②要求平均功率→应利用电流的有效值 ③要求瞬时值表达式→e＝Emcos ωt
A．在图中 t＝0 时刻穿过线圈的磁通量均为零 B．线圈先后两次转速之比为 3∶2 C．交流电 a 的瞬时值表达式为 u＝10sin 5πt(V) D．交流电 b 的最大值为 5 V
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2015高考专题复习《交变电流》【知识回顾】一、交变电流产生及变化规律1、交变电流定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流．2．正弦交流电的产生和图象(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)中性面与峰值面的比较中性面峰值面含义线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向平行磁通量最大(BS)零磁通量的变化率0最大感应电动势0最大(nBSω)电流方向发生改变方向不变(3)图象：线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线．二、对交变电流的“四值”的比较和理解物理量物理意义适用情况及说明瞬时值e＝E m sin ωt u＝U m sin ωti＝I m sin ωt计算线圈某时刻的受力情况峰值(最大值)E m＝nBSωI m＝E m/(R＋r) 讨论电容器的击穿电压有效值对正(余)弦交流电有：E＝E m/2U＝U m/2I＝I m/ 2(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)电表的读数为有效值平均值E＝BL v－E＝nΔΦΔtI－＝E/(R＋r)计算通过电路截面的电荷量【典例分类】类型一、正弦交变电流的产生及变化规律例1、关于线圈在匀强磁场中转动产生的交流电，以下说法中正确的是()．A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C．线圈在中性面位置时，磁通量最大，磁通量的变化率为零D．线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势最大类型二、正弦交变电流的图像例2、(2011·天津卷，4)在匀强磁场中，一矩形金属框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则()．A．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合C．线框产生的交变电动势有效值为311 VD．线框产生的交变电动势频率为100 Hz类型三、交流电“四值”例3、如图所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′以角速度ω匀速转动，线圈的面积为S、匝数为n、线圈总电阻为r，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表．在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是()．A．交流发电机产生的电动势的最大值E m＝BSωB．交流电压表的示数为2nRBSω2(R＋r)C．线圈从t＝0时刻开始转过90°的过程中，通过电阻的电荷量为πnBS22(R＋r)D．线圈从t＝0时刻开始转过90°的过程中，电阻产生的热量为2n2ωRB2S2π(R＋r)【反馈练习】1、一个单匝矩形线框的面积为S ，在磁感应强度为B 的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，转速为n 转/秒，则( )． A ．线框交变电动势的最大值为n πBS B ．线框交变电动势的有效值为2n πBSC ．从开始转动经过14周期，线框中的平均感应电动势为2nBSD ．感应电动势瞬时值为e ＝2n πBS sin 2n πt2、 如图，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B 的匀强磁场中，以恒定的角速度ω绕ab 边转动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为S ，线圈导线的总电阻为R .t ＝0时刻线圈平面与纸面重合，且cd 边正在向纸面外转动．则( )． A ．线圈中电流t 时刻瞬时值表达式为i ＝BSωR cos ωtB ．线圈中电流的有效值为I ＝BSωRC ．线圈中电流的有效值为I ＝2BSω2RD ．线圈中消耗的电功率为P ＝(BSω)22R3、矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中， 线框输出的交流电压随时间变化的图象如图所示，下列说法中正确的是( )． A ．交流电压的有效值为36 2 VB ．交流电压的最大值为36 2 V ，频率为0.25 HzC ．2 s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大D ．1 s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快4、(2012·广东卷，19)某小型发电机产生的交变电动势为e ＝50 sin 100πt (V)．对此电动势，下列表述正确的有( )． A ．最大值是50 2 V B ．频率是100 Hz C ．有效值是25 2 V D ．周期是0.02 s5、 如图所示是矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中产生的电压随时间变化的图象，则下列说法中正确的是( )．A ．交流电压的有效值为110 VB ．交流电的频率为0.25 HzC ．0.01 s 末线框平面平行于磁场，通过线框的磁通量变化最快D ．0.02 s 时通过线框的磁通量为零6、 如图甲所示，将阻值为R ＝5 Ω的电阻接到内阻不计的正弦交变电源上，电流随时间变化的规律如图乙所示，电流表串联在电路中测量电流的大小．对此，下列说法正确的是( )．A ．电阻R 两端电压变化规律的函数表达式为u ＝2.5sin(200πt ) VB ．电阻R 消耗的电功率为1.25 WC ．如图丙所示，若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生，当线圈的转速提升一倍时，电流表的示数为1 AD ．这一交变电流与图丁所示电流比较，其有效值之比为127、如图所示为一小型交流发电机模型的矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴以较小的角速度转动，并通过两滑环与电刷和电流表相连，在实验中可看到( )． A ．线圈转动一周，电流表指针将左右摆动B ．线圈平面转到与磁感线相垂直时，电流表的指针偏转最大C ．线圈平面转到与磁感线平行时，电流表的指针偏转最大D ．线圈转动时，电流表的指针只向一个方向偏转，不会左右摆动8、某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流．现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图象是()．9、某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图中信息可以判断()．A．在A和C时刻线圈处于中性面位置B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C．从A～D线圈转过的角度为2πD．若从O～D历时0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次10、如图所示是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的()．A．周期是0.01 sB．最大值是311 VC．有效值是220 VD．表达式为u＝220sin 100πt V11、风力发电机为一种新能源产品，功率为200 W到15 kW，广泛应用于分散住户．若风力发电机的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法正确的是()．A．穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大B．穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大C．穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零D．穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零12、．(2013·福建泉州模拟)如图所示，面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsin ωt的图是()．13、(2013·福建质检)有一不动的矩形线圈abcd，处于范围足够大的可转动的匀强磁场中．如图所示，该匀强磁场由一对磁极N、S产生，磁极以OO′为轴匀速转动．在t＝0时刻，磁场的方向与线圈平行，磁极N离开纸面向外转动．规定a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是()．14．一小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势随时间的变化关系如图所示．矩形线圈与阻值为10 Ω的电阻构成闭合电路，若不计线圈电阻，下列说法中正确的是()．A．t1时刻通过线圈的磁通量为零B．t2时刻感应电流方向发生变化C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D ．交变电流的有效值为 2 A15．如图所示，匀强磁场中有一个矩形单匝线圈abcd ，ab 边与磁场垂直，MN边始终与金属滑环K 相连，PQ边始终与金属滑环L相连．金属滑环L、电流表A、定值电阻R、金属滑环K通过导线串联．使矩形线圈以恒定角速度绕过bc、ad中点的轴旋转．下列说法中不正确的是()．A．线圈转动的角速度越大，电流表A的示数越大B．线圈平面与磁场平行时，流经定值电阻R的电流最大C．线圈平面与磁场垂直时，流经定值电阻R的电流最大D．电流表A的示数随时间按余弦规律变化16．小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示．此线圈与一个R ＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻．下列说法中正确的是( )． A ．交变电流的周期为0.125 s B ．交变电流的频率为8 Hz C ．交变电流的有效值为 2 A D ．交变电流的最大值为 4 A17．如图所示，闭合的矩形导体线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO ′匀速转动，沿着OO ′方向观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B ，线圈匝数为n ，ab 边的边长为l 1，ad 边的边长为l 2，线圈的电阻为R ，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时( )．A ．线圈中感应电流的方向为abcdaB ．线圈中的感应电动势为2nBl 2ωC ．穿过线圈磁通量随时间的变化率最大D ．线圈ad 边所受安培力的大小为n 2B 2l 1l 22ωR18．如图甲所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交流电如图乙所示，设沿abcda 方向为电流正方向，则( )． A ．乙图中Oa 时间段对应甲图中A 至B 图的过程 B ．乙图中c 时刻对应甲图中的C 图C ．若乙图中d 等于0.02 s ，则1 s 内电流的方向改变了50次D ．若乙图中b 等于0.02 s ，则交流电的频率为50 Hz19．(2012·北京卷，15)一个小型电热器若接在输出电压为10 V 的直流电源上，消耗电功率为P ；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为P2.如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为( )．A ．5 VB ．5 2 VC ．10 VD ．10 2 V一、典型例题答案例一、CD 本题主要考察交变电流产生及变化规律，重点是中性面与峰值面的比较例二、B 由图象知，该交变电流电动势峰值为311 V ，交变电动势频率为f ＝50 Hz ，C 、D 错；t ＝0.005时，e ＝311 V ，磁通量变化最快，t ＝0.01 s 时，e ＝0，磁通量最大，线圈处于中性面位置，A 错，B 对．例三、B 交流发电机产生电动势的最大值E m ＝nBSω，A 错误；因为交流电压表是测量电阻R 两端的电压有效值，所以交流电压表的示数为2nRBSω2(R ＋r )，B 正确；线圈从t ＝0时刻开始转过90°的过程中，通过电阻的电荷量是按平均值求解，即利用q ＝ΔΦR ＋r ＝BSR ＋r，C 错误；线圈从t ＝0时刻开始转过90°的过程中，电阻产生的热量按有效值计算，即Q ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤nBSω2(R ＋r )2R ×14×2πω＝n 2B 2S 2ωπR4(R ＋r )2，D 错误．二、反馈练习答案1 BD 2CD 3BC 4CD 5C 6AD 7AC 8B 9D 10BC 11 C 12A 13C 14D15CD 16C 17CD 18A 19C。