高考物理总复习 课时作业33 交变电流的产生和描述
2025版高考物理一轮总复习学案 第13章 第31讲 交变电流的产生及描述
第十三章交变电流 电磁振荡和电磁波 传感器第31讲 交变电流的产生及描述名师讲坛·素养提升一、交变电流1．定义：大小和方向都随时间做______________的电流叫作交变电流。
2．图像：如图所示，图________________所示电流都属于交变电流，图______所示电流属于恒定电流。
周期性变化甲、乙、丙、丁戊二、正弦式交变电流的产生和变化规律1．产生：如图所示，在匀强磁场里，线圈绕________磁场方向的轴匀速转动时，可产生正弦式交变电流。
注意：交变电流的种类有很多，但同时具备这三个条件才会产生正弦式交变电流：匀强磁场；线圈转轴和磁场垂直；匀速转动。
垂直2．中性面及其特点(1)定义：与磁场方向________的平面。
(2)特点①线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为______，感应电动势为______。
②线圈转动一周，________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。
垂直最大零零2次3．图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性正弦面位置开始计时，其图像为________曲线，如图所示。
4．变化规律(线圈从中性面位置开始计时)(1)电动势e 随时间变化的规律：e ＝_____________。
(2)电压u 随时间变化的规律：u ＝_____________。
(3)电流i 随时间变化的规律：i ＝____________。
其中ω是线圈转动的__________，Em ＝____________。
E msin ωt U msin ωt I msin ωt 角速度nBSω三、描述交变电流的物理量1．周期和频率(1)周期(T )：交变电流完成_____________变化，即线圈__________所需要的时间，单位是____________，公式T ＝________。
(2)频率(f )：交变电流在__________________________的次数，单位是________________。
交变电流-交变电流的产生及描述
交变电流-交变电流的产生及描述要点一 交变电流的产生及变化规律1.（2009·通州模拟）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 时刻线圈转过的角度为2 πD .若从O ～D 时刻历时0.02 s ,则在1 s 内交变电流的方向改变100次答案 D 要点二 描述交流电的物理量2.如图所示,交流发电机转子有n 匝线圈,每匝线圈所围面积为S ,匀强磁场的磁感应强度为B ,线圈匀速转动的角速度为ω,线圈内阻为r ,外电路电阻为R .当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中,求:（1）通过R 的电荷量q 为多少？（2）R 上产生的电热Q R 为多少？（3）外力做的功W 为多少？答案 （1）r R nBS + （2）2222)(4πr R R S B n +ω （3）)(4π222r R S B n +ω题型1 求交流电的有效值【例1】如图所示表示交变电流的电流随时间变化的图象,此交变电流的有效值是 （ ）A .52 AB .5 AC .3.52 AD .3.5 A答案 B 题型2 交流电图象的应用【例2】如图所示,为某交变电动势随时间变化的图象,从图象中可知交变电动势的峰值为 V ,周期T 是 s,交变电动势变化最快的时刻是 ,穿过产生此电动势的线圈的磁通量变化最快的时刻是 ,若此交流线圈共100匝,则穿过此线圈的最大磁通量是 Wb .答案 310 2×10-2 2nT （n =1,2,3…） T n 412 （n =0,1,2,3…） 1×10-2题型3 生活物理【例3】曾经流行过一种自行车,它有能向车头灯供电的小型交流发电机,如图甲为其结构示意图.图中N 、S 是一对固定的磁极,abcd 为固定转轴上的矩形线框,转轴过bc 边中点,与ab 边平行,它的一端有一半径r 0=1.0 cm 的摩擦小轮,小轮与自行车车轮的边缘相接触,如图乙所示.当车轮转动时,因摩擦而带动小轮转动,从而使线框在磁极间转动.设线框由N =800 匝导线圈组成,每匝线圈的面积S =20 cm 2,磁极间的磁场可视作匀强磁场,磁感应强度B =0.010 T ,自行车车轮的半径R 1=35 cm ,小齿轮的半径R 2=4.0 cm ,大齿轮的半径R 3=10.0 cm .现从静止开始使大齿轮加速转动,问大齿轮的角速度为多大时才能使发电机输出电压的有效值U =3.2 V ?（假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动）答案 3.2 rad/s1.一个边长为6 cm 的正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,电阻为0.36Ω.磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图所示,则线框中感应电流的有效值为 （ ）A .2×10-5 A B .6×10-5 A C .22×10-5 A D .223×10-5 A 答案 B2.如图所示,一个匝数为10的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,周期为T .若把万用电表的选择开关拨到交流电压挡,测得a 、b 两点间的电压为20.0 V ,则可知:从中性面开始计时,当t =T /8时,穿过线圈的磁通量的变化率约为（ ） A .1.41 Wb/sB .2.0 Wb/sC .14.1 Wb/sD .20.0 Wb/s答案 B3.如图所示为演示用的手摇发电机模型,匀强磁场磁感应强度B =0.5 T ,线圈匝数n =50,每匝线圈面积0.48 m 2,转速150 r/min ,在匀速转动过程中,从图示位置线圈转过90°开始计时.（1）写出交变感应电动势瞬时值的表达式.（2）画出e-t 图线.答案 （1）e =188sin 5πt V （2）见下图2T的匀4.如图所示,矩形线框匝数n=250匝,ab=12 cm,ad=10 cm,线框置于B=π强磁场中,绕垂直于磁场的轴OO′以120 r/min的转速匀速转动,线框通过滑环与外电路相连,外电路接有R=12Ω的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为12 V的氖泡L.求:（1）当S接e时,电流表读数为多少?R的热功率为多大?10 min内外力对线框做功多少? （2）当S接f时,氖泡闪光频率为多大?通电10 min,氖泡发光总时间为多少?（线框电阻不计）答案（1）1.41 A 24 W 1.44×104J （2）4 Hz 400 s。
高考物理总复习 第11章 第1课时 交变电流的产生和描述
【全优课堂】2016高考物理总复习 第11章 第1课时 交变电流的产生和描述课时作业一、单项选择题1.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1所示，由图中信息可以判断( )图1A ．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0C ．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 【答案】D【解析】在A 和C 时刻产生的感应电流最大，此时对应的感应电动势最大，线圈平面与磁感线方向平行，A 错误；在B 和D 时刻，产生的感应电流为零，此时通过线圈的磁通量最大，B 错误；从A ～D ，对应34周期，即线圈转过的角度为3π2，C 错误；若从O ～D 历时0.02 s ，则交变电流的周期为0.02 s ，而一个周期内交变电流的方向改变2次，故在1 s 内交变电流的方向改变100次，D 正确．2．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．3．如图2所示，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( )图2A．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→dD．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】只要线圈绕垂直于磁感线的轴转动，在其他量相同时，产生的电动势与转轴的位置无关，故A对，B错；根据楞次定律，线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→d→c→b，C错；绕两轴转动时，在同一位置的瞬时电流相同，同一边受到的安培力也相同，D错．4．图3中甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化．下列说法正确的是( )甲乙图3A．图甲表示交流电，图乙表示直流电B．两种电压的有效值相等C．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝311sin 100πt VD ．图甲所示电压经匝数比为10∶1的变压器变压后，频率变为原来的110【答案】C【解析】图甲、图乙均表示交流电，故A 错；图甲是正弦交流电，周期为2×10－2s ，所以ω＝2πT＝100π rad/s，所以电压的瞬时值表达式为u ＝311sin 100πt V ，故C 选项对；图甲和图乙的有效值并不相同，B 错；变压器只能改变交流电的电压，不能改变交流电的频率，故D 错．二、双项选择题5.(2015·湛江检测)某正弦交流电的I －t 图象如图4所示，则该电流的( )图4A ．频率f ＝0.02 HzB ．有效值I ＝10 2 AC ．峰值I m ＝20 2 AD ．瞬时值表达式I ＝20sin 100πt (A) 【答案】BD【解析】本题考查交变电流及其图象，意在考查考生对交变电流的理解．由题图可知，该交变电流的周期为0.02 s ，所以频率f ＝50 Hz ，A 错．峰值I m ＝20 A ，有效值I ＝10 2 A ，C 错，B 对．ω＝2π0.02rad/s ＝100π rad/s，D 对．6．下面关于交变电流的说法中正确的是( ) A ．交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的最大值 B ．用交变电流表和交变电压表测定的读数值是交流的瞬时值 C ．给定的交流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值D ．对同一电阻且时间相同，则跟交流有相同热效应的直流的数值是交流的有效值 【答案】CD7．(2015·揭阳模拟)如图5所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T ，转轴O 1O 2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1 A ．那么( )图5A ．线圈消耗的电功率为4 WB ．线圈中感应电流的有效值为2 AC ．任意时刻线圈中的感应电动势为e ＝4cos 2πTtD ．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝T πsin 2πTt【答案】AC【解析】线圈转动角速度ω＝2πT，线圈平面从与磁场方向平行开始计时，当转过60°时，电流的瞬时值表达式为i ＝I m cos 60°＝1 A ⇒I m ＝2 A ，正弦交变电流有效值I ＝I m2＝2 A ，B 项错；线圈消耗的功率P ＝I 2R ＝4 W ，A 项正确；由欧姆定律可知，感应电动势最大值E m ＝I m R ＝4 V ，所以瞬时值表达式为e ＝4cos 2πTt ，C 项正确；通过线圈的磁通量Φ＝Φm sin ωt ＝Φm sin2πTt ，由感应电动势的最大值E m ＝BSω＝Φm ×2πT ⇒Φm ＝E m T2π，解两式得： Φ＝E m T 2πsin 2πT t ＝2T πsin 2πTt ，D 项错． 8．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图6甲所示，则下列说法中正确的是( )图6A ．t ＝0时刻线圈平面与中性面垂直B ．t ＝0.01 s 时刻，Φ的变化率最大C ．t ＝0.01 s 时刻，感应电动势达到最大D ．该线圈相应的感应电动势图象如图6乙所示 【答案】BC【解析】由于t ＝0时刻Φ有最大值，故线圈应在中性面位置，A 错；从图象上可直观地判断出t ＝0.01 s 时刻Φ的变化率最大，感应电动势达到最大，B 、C 对；t ＝0时，Φ的变化率最小，感应电动势应有最小值，D 错误．故选B 、C.9．(2015·河源抽查)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势e ＝2202sin 100πt (V)，那么( )A ．该交变电流的频率是50 HzB ．当t ＝0时，线圈平面恰好位于中性面C ．当t ＝1100s 时，e 有最大值D ．该交变电流电动势的有效值为220 2 V 【答案】AB【解析】本题考查了交流电，意在考查学生对交变电流的产生和描述的规律的理解和应用．交变电动势e ＝2202sin 100πt (V)，最大值为220 2 V ，有效值为220 V ，频率f ＝100π2π Hz ＝50 Hz ，则选项A 正确，D 错误；当t ＝0和t ＝1100 s 时，e ＝0，线圈平面恰好位于中性面，则选项B 正确，C 错误．10．(2015·深圳中学模拟)如图7所示，面积为S 、匝数为N 、电阻为r 的线圈与阻值为R 的电阻构成闭合回路，理想交流电压表并联在电阻R 的两端．线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，绕垂直于磁场的转动轴以角速度ω匀速转动．设线圈转动到图示位置的时刻t ＝0，则( )图7A ．在t ＝0时刻，线圈处于中性面，流过电阻R 的电流为0，电压表的读数为0B ．1 s 内流过电阻R 的电流方向改变ωπ次C ．在电阻R 的两端再并联一只电阻后，电压表的读数将减小D ．在电阻R 的两端再并联一只电容较大的电容器后，电压表的读数不变 【答案】BC【解析】电压表示数应为有效值，t ＝0时示数不为0，故A 错误；交流电频率f ＝ω2π，电流方向改变的次数为2f ＝ωπ，B 正确；并联一个电阻后，路端电压减小，故C 正确；并联电容后，电容器反复充放电，电路中的电流增大，路端电压减小，故D 错误．三、非选择题11．如图8所示，单匝矩形闭合导线框abcd 全部处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，线框面积为S ，电阻为R .线框绕与cd 边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I ＝________.线框从中性面开始转过π2的过程中，通过导线横截面的电荷量q ＝________.图8【答案】2BS ω2R BSR【解析】由题意可知E m ＝BSω，则回路中电流的有效值为I ＝E m2R；当线圈从中性面开始转过π2的过程中，由E ＝ΔΦΔt ＝BS Δt ，I ＝E R 及q ＝I Δt 可求得q ＝BSR.12．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图9所示．在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为49π，磁场均沿半径方向．匝数为N 的矩形线圈abcd 的边长ab ＝cd ＝l ，bc ＝ad ＝2l .线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc 和ad 边同时进入磁场．在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B 、方向始终与两边的运动方向垂直．线圈的总电阻为r ，外接电阻为R .求：图9(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小E m ； (2)线圈切割磁感线时，bc 边所受安培力的大小F ； (3)外接电阻上电流的有效值I . 【答案】(1)2NBl 2ω (2)4N 2B 2l 3ωr ＋R(3)4NBl 2ω3r ＋R【解析】(1)bc ，ad 边的运动速度v ＝ω·l2感应电动势 E m ＝4NBlv 解得E m ＝2NBl 2ω. (2)电流I m ＝E mr ＋R安培力 F ＝2NBI m l 解得F ＝4N 2B 2l 3ωr ＋R.(3)一个周期内，通电时间t ＝49TR 上消耗的电能W ＝I 2m Rt且W ＝I 2RT解得I ＝4NBl 2ω3r ＋R .。
高中物理【交变电流的产生和描述】知识点、规律总结
3112
解析：由有效值的定义式得：
2 R
×T2×2＝ER2T，解得：E＝220
V.
答案：220
变式 2：仅余12周期的波形 家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部 分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，比过去用变压器调 压方便且体积小．某电子调光灯经调整后电压波形如图所示，求灯泡两端电压的有效值．
1．只有转轴和磁场垂直时，才产生正弦式交变电流． 2．只有正(余)弦式交变电流的有效值和峰值之间是 E＝Em2的关系，其他交流电不是． 3．正弦式交变电流的产生：中性面垂直于磁场方向，线圈平面平行于磁场方向时 电动势最大：Em＝nBSω. (1)线圈从中性面开始转动：e＝Emsin ωt. (2)线圈从平行于磁场方向开始转动：e＝Emcos ωt.
(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时) ①电动势(e)：e＝Emsin ωt. ②电压(u)：u＝____U_m__si_n_ω_t_________． ③电流(i)：i＝____Im__si_n_ω_t__________． (4)图象(如图所示)
二、描述交变电流的物理量
1．交变电流的周期和频率的关系：T＝1f . 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：让交变电流与恒定电流分别通过大小_相__同___的电阻，如果在交变电流的 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 就是这个交变电流 的电流的有效值和电压的有效值． (3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I＝ Im2，U＝Um2，E＝Em2. 3．平均值：－E ＝nΔΔΦt .
2．正弦式交变电流的图象(线圈在中性面位置开始计时) 函数表达式
交变电流的产生和描述
(2)感应电动势的瞬时值表达式； 解析 线圈的角速度ω＝2πn＝100π rad/s 题图位置的感应电动势最大，其大小为Em＝NBl1l2ω 代入数据得Em＝314 V 感应电动势的瞬时值表达式为 e＝Emcos ωt＝314cos(100πt)V。 答案 e＝314cos(100πt)V
(3)线圈转一圈外力做的功； 解析 电动势的有效值 E＝Em2 线圈匀速转动的周期 T＝2ωπ＝0.02 s 线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即 W＝I2(R＋r)T＝RE＋2 rT 代入数据得W＝98.6 J。 答案 98.6 J
解析 由图像可知，t＝0 时，电动势为 零，此时线圈平面处于中性面位置，磁 通量变化率最小，交变电流改变方向， 故 A 错误，B 正确；线框中产生的感 应电动势的最大值和周期分别为 Em＝100 V，T＝0.04 s，根据 e＝Emsin 2Tπt， 可知感应电动势瞬时值为 e＝100sin (50πt) V，故 C 错误；根据 Em＝NBSω，ω ＝2πn，可知 Em 与 n 成正比，如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值为
(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。 解析 从t＝0时起线圈转过90°的过程中，流过电阻R的 电荷量 q＝－I·Δt＝NRB＋ΔrS＝NRB＋l1rl2 代入数据得q＝0.1 C。 答案 0.1 C
5.图8甲是某发电机的示意图，正方形金属框边长为L，其两端与两个半圆环相连，
在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动。阻值为R的电阻两
例1 (2024·北京市第四中学模拟)
某交流发电机产生交变电流的装
置如图1甲所示，产生的感应电
动势与时间的关系如图乙所示，
下列说法正确的是B( )
【创新方案】高考物理一轮复习 同步课时作业及单元检测 第十三章 第一讲 交变电流的产生和描述 大纲人
【创新方案】高考物理一轮复习同步课时作业及单元检测第十三章第一讲交变电流的产生和描述大纲人教版1．如图1所示的线圈中产生了交变电流的是( )图1解析：当线圈绕垂直于磁场的轴转动，磁通量发生变化，才能产生交变电流，B、C、D均符合要求，A项中线圈的磁通量不发生变化，故不产生交变电流．答案：BCD2．正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图2甲所示的方式连接，R＝10 Ω，交流电压表的示数是10 V．图乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则( )图2A．通过R的电流i R随时间t变化的规律是i R＝2cos100πt(A)B．通过R的电流i R随时间t变化的规律是i R＝2cos50πt(A)C．R两端的电压u R随时间t变化的规律是u R＝52cos100πt(V)D．R两端的电压u R随时间t变化的规律是u R＝52cos50πt(V)解析：交流电压表示数为10 V，是有效值，故U m＝10 2 V，电阻上的交变电流与交变电压的变化趋势相同，电阻R上电流的最大值为102/10 A＝ 2 A，又因t＝0 时，u＝u m，故i R＝2cos100πt(A)，u R＝102cos100πt(V)，故选A.答案：A3．家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，比过去用变压器调压方便且体积较小．某电子调光灯经调整后的电压波形如图3所示，若用多用表测灯泡的两端的电压，多用电表示数为 ( )图3A.22U m B.24U m C.12U m D.14U m 解析：多用电表测得的电压值为有效值，根据电流的热效应Q ＝U m22R×T 2＝U 有2RT ，得 U 有＝12U m ，C 正确．答案：C4．把一个电热器接到10 V 直流电源上，产生的热量为Q ，若把它接到按正弦规律变 化的交流电源上，在相同时间内产生的热量为Q /2.则该交变电流的 ( ) A ．峰值是10 2 VB ．角速度一定是100n rad/sC ．峰值是10 VD ．有效值是10 V解析：Q ＝U 2R t ，Q 2＝U 有2R t ，所以U 有＝U2，所以U m ＝U ＝10 V ．C 项正确．答案：C5．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4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 时刻线圈转过的角度为2πD ．若从O ～D 时刻历时0.02 s ，则在1 s 内交变电流的方向改变100次解析：根据图象，首先判断出感应电流的数学表达式i ＝I m sin ωt .其中I m 是感应电流的 最大值，ω是线圈旋转的角速度．另外应该进一步认识到线圈是从中性面开始旋转，而 且线圈旋转一周，两次经过中性面，经过中性面的位置时电流改变方向．从该图形来 看，在O 、B 、D 时刻电流为零，所以此时线圈恰好在中性面的位置，且穿过线圈的磁 通量最大；在A 、C 时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量为零； 从A 到D 时刻，线圈旋转3/4周，转过的角度为3π/2；如果从O 到D 时刻历时0.02 s ， 恰好为一个周期，所以1 s 内线圈转动50个周期，100次经过中性面，电流方向改变100次．综合以上分析可得，只有选项D 正确． 答案：D6．通有电流i ＝I m sin ωt 的长直导线OO ′与断开的圆形导线圈在同一平面内，如图5所示(设电流由O 至O ′为正)，为使A 端的电势高于B 端的电势且U AB 减小，交变电流必须处于每个周期的 ( )图5A ．第一个14周期B ．第二个14周期C ．第三个14周期D ．第四个14周期解析：由E ∝ΔΦΔt ∝Δi Δt 可知，要E 减小，即要ΔiΔt 减小，题中要求E A >E B ，由楞次定律知，第一个周期内在0～T4才符合要求，A 项正确．答案：A7．电阻R 1、R 2与交流电源按照图6甲所示方式连接，R 1＝10 Ω，R 2＝20 Ω.合上开关S 后， 通过电阻R 2的正弦交变电流i 随时间t 变化的情况如图乙所示．则 ( )图6A ．通过R 1的电流有效值是65 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65 2 AD ．R 2两端的电压最大值是6 2 V解析：首先从交变电流图象中找出交变电流的最大值即为通过R 2的电流的最大值，为 352 A ，由正弦交变电流最大值与有效值的关系I m ＝2I ，可知其有效值为0.6 A ，由 于R 1与R 2串联，所以通过R 1的电流的有效值也是0.6 A ，A 、C 错误；R 1两端电压的有效值为U 1＝IR 1＝6 V ，B 正确；R 2两端电压的最大值为U m2＝I m R 2＝352×20 V＝12 2 V ，D 错误． 答案：B8．在两块金属板上加交变电压U ＝U m sin 2πTt ，当t ＝0时，板间有一个电子正好处于静止状态，下面关于电子以后运动情况的判断哪些是正确的 ( ) A ．t ＝T 时，电子回到原出发点 B ．电子始终向一个方向运动 C ．t ＝T 2时，电子将有最大速度D ．t ＝T2时，电子的位移最大解析：电子在电场中受到变化的电场力的作用F ＝Eq ，电压变，故场强变．在第一个 半周期内电子从静止开始做正向的变加速运动，第二个半周期内做正向的变减速运动， 一个周期结束时电子速度恰减为零．如此电子一直向一个方向周期性运动，在t ＝(2k ＋1)T2(k ＝0,1,2，…)时刻速度有最大值．综上所述，B 、C 项正确．答案：BC9．(2010·宜昌一模)一个边长为6 cm 的正方形金属 线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电 阻为0.36 Ω.磁感应强度B 随时间t 的变化关系如 图7所示，则线框中感应电流的有效值为 ( ) A.2×10－5A B.6×10－5A C.22×10－5 A D.322×10－5 A 解析：由B －t 图可知I 1＝ΔB Δt 1S R ＝6×10－33×36×10－40.36 A ＝2×10－5AI 2＝ΔB Δt 2S R ＝6×10－32×36×10－40.36A ＝3×10－5A由电流的热效应I 12Rt 1＋I 22Rt 2＝I 2Rt ，即(2×10－5)2×0.36×3＋(3×10－5)2×0.36×2＝I 2×0.36×5，得I ＝6×10－5A ，故选项B 正确．答案：B10．将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l ，它在磁感应强度为B 、方向如图8所示的匀强磁场中匀速转动，转速为n ，导线在a 、b 两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P 的小灯泡并正常发 光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为( )A.2πl 2nB2PB.2πl 2nB2PC.l 2nB 22P D.l 2nB2P解析：单匝正方形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，将产生正弦式交变电流，则 电动势的最大值E m ＝Bl 2ω＝2πnBl 2，其有效值E ＝E m2＝2πnBl22，计算小灯泡的额定功率P 要用其有效值，即P ＝E 2R .R ＝E 2P ＝2πBnl 22P，故只有B 选项正确．答案：B11．把电压u ＝1202sin ωt V 、频率为50 Hz 的交变电流加在激发电压和熄灭电压均为u 0＝60 2 V 的霓虹灯的两端．(1)求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？(2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？(已知人眼的视觉暂留时间约为 116s) 解析：(1)如图所示，画出一个周期内交变电流的u －t 图象，其中阴影部分对应的时间t 1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t 1.当u ＝u 0＝60 2 V 时，由u ＝1202sin ωt V 求得：t 1＝1600 s再由对称性知一个周期内能发光的时间：t ＝T －4t 1＝150 s －4×1600 s ＝175s 再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为：t ＝36000.02×175s ＝2400 s. (2)很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间间隔只有1300 s(如图中t 2＋t 3那段时间)，由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为116 s 远大于1300s ，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉． 答案：(1)2400 s (2)见解析12．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)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； (2)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； (3)电流表的示数．解析：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.(1)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 m2＝2π2Bnr22电阻R 上产生的热量Q ＝(E R )2R ·T 4＝π4B 2r 4n8R.(2)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 ＝E －R ·Δt ＝ΔΦR ＝πBr 22R.(3)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 m22R·T 2＝E ′2RT 解得E ′＝E m2. 故电流表的示数为I ＝E ′R ＝π2r 2nB2R.答案：(1)π4B 2r 4n 8R (2)πBr 22R (3)π2r 2nB2R。
高考物理总复习精品课件：10-1 交变电流的产生和描述(共53张PPT)
2.利用有效值的定义，对交变电流的有效值进行计算.
3.理想变压器原、副线圈中电流、电压、功率之间的关 系应用，变压器动态变化的分析方法. 4.远距离输电的原理和相关计算. 5.传感器的简单使用，能够解决与科技、社会紧密结合
的问题.
第一节
交变电流的产生和描述
基础要点整合
• 一、交变电流的产生和变化规律
电流
2.两个特殊位置的特点 ΔΦ (1)线圈平面与中性面重合时， S⊥B， Φ 最大， Δt ＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变． ΔΦ (2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0， Δt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变． 3．Em 仅由 N、B、S、ω 四个量决定，与轴的具 体位置和线圈的形状都是无关的．
• ⊙自主检测 • 1 ． (2014· 南宁期末 ) 在匀强磁场中，一
矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀
速转动，如图 10 － 1 － 2 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最大值为 311 V • D ．线框中交变电流的方向每秒变化
• ⊙问题导引
• 线圈在匀强磁场中转动产生交变电流， 线圈平面每转动一周，感应电流的方向 改变几次？线圈在什么位置，电流方向 会发生改变？ • [答案] 线圈每经过中性面一次，感应
• ⊙知识梳理
大小 • 1．交变电流 方向
• (1)定义：
性变化的电流．
和
都随时间做周期
• (2) 图象：如图 10 －1 － 1(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， 图10－1－1
交变电流的产生和描述ppt课件
单击此处添加大标题内容
解析：原来的电动势最大值为10 V，有效值为7.07 V，当发电机的转速提高一倍时，角速度增加一倍，频率也增加一倍，电动势最大值和有效值均增加一倍，表达式可以写为e＝20sin 100πt (V)，由此可以看出提高转速后频率变为50 Hz，电动势有效值为14.14 V，负载消耗的功率将变为20 W．故B正确．
(4)正弦式交变电流的图象(线圈在中性面位置开始计时) (5)正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) ①电动势e随时间变化规律：e＝Emsin_ωt. ②电压u随时间变化规律：u＝Umsin_ωt. ③电流i随时间变化规律：i＝Imsin_ωt. 其中ω为线圈转动的角速度，Em＝NBSω 若线圈电阻为r，外电路电阻为R，则e、u、i关系为：e＝i(R＋r)，u＝iR.
×
答案：C.
考点二：交变电流的变化规律
答案：C.
(对应学生用书第139页)
02
01
(对应学生用书第277～278页)
解析：我国居民日常生活所用的是正弦交流电，其电压的有效值是220 V，最大值为311 V，周期为0.02 s，所以只有C正确．
PART ONE
一个矩形线圈绕与匀强磁场垂直的OO′轴逆时针转动，线圈的两条引线分别与A、B两半圆铜环相连，两个铜环通过滑动电刷连入电路，电路中仅有一个电阻R.如图所示，在线圈转动过程中，通过R的电流( D ) 大小和方向都不断变化 大小不断变化，方向从A→R→B 大小和方向都不变 大小不断变化，方向从B→R→A 解析：线圈中产生交流电，由于电刷交替与两铜环接触，流过R的电流方向不变．根据右手定则可知，通过R的电流方向是B→R→A.
一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图(甲)所示，则下列说法中正确的是( B ) t＝0时刻线圈平面与中性面垂直 t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大 0.02 s时刻感应电动势达到最大 该线圈相应的感应电动势图象如图(乙)所示 解析：中性面位置应为磁通量最大，磁通量变化率为零，产生感应电动势为零，ACD错误，B正确．
2022年高考物理总复习第一部分常考考点复习第十二章第1讲交变电流的产生和描述
第十二章交变电流、电磁振荡与电磁波、传感器第1讲交变电流的产生和描述【课程标准】通过实验，认识交变电流。
能用公式和图像描述正弦交变电流，并能测算交变电流的峰值和有效值【素养目标】物理观念：知道交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的函数表达式，理解掌握交变电流图像的意义科学思维：掌握交变电流有效值的计算方法，会区别交变电流的“四值”，明确其在具体情况中的应用技巧一、交变电流、交变电流的图像1．交变电流(AC)：电流、电压大小和方向都随时间做周期性变化。
正弦式电流是最简单、最基本的交变电流，如图所示。
2．正弦交流电的产生及图像：(1)产生如图所示，在匀强磁场里，线圈绕垂直磁场方向的轴匀速转动。
(2)中性面(3)图像公式(从中性面位置开始计时)图像感应电动势e＝Emsinωt电压u＝U m sinωt电流i＝I m sinωt注意：电动势的峰值(最大值)E m＝NBSω，由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S(S为有效面积)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。
若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得I m＝EmR＋r，U m＝EmR＋rR。
命题·生活情境如图所示，几位同学在北京某学校的操场上做“摇绳发电”实验，其中两位同学分别站在地面上的东西方向，像跳绳一样手摇导线。
(1)摇绳发电，产生的电流是直流电还是交流电？提示：交流电。
(2)当导线从上向下运动时，通过灵敏电流计的电流方向是“A→B”还是“B→A”？提示：B→A。
二、描述交变电流的物理量1．周期和频率：(1)周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是秒(s)。
(2)频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比。
用f表示，单位是赫兹(Hz)。
(3)ω、T、f的关系：ω＝2πT＝2πf，T＝1f或f＝1T。
注意：我国民用交变电流的周期T＝0.02 s，频率f＝50 Hz，ω＝100π rad/s，电流方向每秒钟改变100次。
统考版高考物理总复习 第1讲 交变电流的产生和描述
交变电流在1 s内完成周均值
瞬时值 交变电流某一__时__刻____的值，是时间的函数
峰值 交变电流的电流或电压所能达到的_最__大_____值
有效值
让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产 生的___热__量___相等，就把这一直流的数值叫作这一交流的有效值
第1讲 交变电流的产生和描述
必备知识·自主排查
关键能力·分层突破
必备知识·自主排查
一、交变电流、交变电流的图象
1.交变电流：__大__小____和__方_向_____都随时间做周期性变化的电流． 最常见的交变电流是__正__弦_式___交变电流． 2．正弦交流电的产生及图象 (1)产生 ①产生：如图所示，在匀强磁场里，线圈绕__垂_直__于__磁_场____方向的轴 匀速转动时，可产生正弦式交变电流．
能力 并把直流电路规律迁移应用到交流电路中
学科 考查物理观念、科学思维．要求考生分清发电机的内、外电路并掌
素养 握交变电流中电荷量及焦耳热的计算方法
答案：D
答案：C
答案：D
答案：A
答案：C
答案：D
角度2交变电流的“四值”问题
答案：BD
命题分析
试题 情境
属于基础应用性题目，以发电机为素材创设学习探索问题情境
必备 考查电荷量的计算式、法拉第电磁感应定律、交变电流的最大值和
知识 有效值、焦耳定律等知识
关键 考查理解能力、推理能力．要求考生从题目和图象中提取有效信息
答案：B
答案：C
关键能力·分层突破
考点一 交变电流的产生及变化规律 两个特殊位置的特点
中性面 与中性面垂直的位置
跟进训练 1.交流发电机发电示意图如图所示，线圈转动过程中，下列说法正 确的是( ) A.转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大 B．转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零 C．转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大 D．转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高考物理总复习 课时作业33 交变电流的产生和描述
1．如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦交流电的每一个二分之一周期
中，前面四分之一周期被截去，则现在电灯上电压的有效值为( )
A．Um B.Um2
C.Um3 D.Um2
解析：由题中图象可知，交流电压的变化规律具有周期性，用电流热效应的等效法求解．设
电灯的阻值为R，正弦交流电压的有效值与峰值的关系是U＝Um/2，由于一个周期内半个周
期有交流电压，一个周期内交流电产生的热量为Q＝Um22Rt＝U2m2R·T2，设交流电压的有效值
为U′，由电流热效应得Q＝U2m2R·T2＝U′2R·T，所以该交流电压的有效值U′＝Um/2，D正确．
答案：D
2．如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、
圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边
界)．则线框内产生的感应电流的有效值为( )
A.BL2ω2R B.2BL2ω2R
C.2BL2ω4R D.BL2ω4R
解析：切割磁感线产生的感应电动势为E＝12BL2ω，一周有电动势的时间是T4，故根据有
效值定义有12BL2ωR2RT4＝I2RT，解得I＝BL2ω4R.
答案：D
3．如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端
与u＝51sin 314t V的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可
能是
( )
A．2.0 V B．9.0 V
C．12.7 V D．144.0 V
解析：原线圈两端电压的有效值为U1＝512V，由公式U1U2＝n1n2可得U2＝n2n1U1＝5142 V＝9 V．因
公式U1U2＝n1n2的适用条件是穿过原、副线圈的磁通量相等，即理想变压器，但题中变压器的铁芯
不闭合，穿过副线圈的磁通量要远小于原线圈的磁通量，所以电压表的示数应比上面的计算
值小很多．故选项A正确．
答案：A
4．在如图甲所示电路中，D为理想二极管(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)．R1＝30 Ω，
R2＝60 Ω，R3＝10 Ω.在MN间加上如图乙所示的交变电压时，R
3
两端电压表的读数大约是
( )
A．3 V B．3.5 V
C．4 V D．5 V
解析：在0～0.01 s内，二极管导通，电压表读数为U3＝R3R3＋R12Um＝4 V，在0.01～0.02 s
内，二极管截止，电压表读数U3′＝R3R3＋R1Um＝3 V．根据交流电有效值的定义得：U23R3×T2＋
U
3
′
2
R
3
×T2＝U2R3×T，解得U≈3.5 V，B正确．
答案：B
5．面积为S的两个完全相同的单匝金属线圈分别放置在如图甲、乙所示的磁场中，甲图
中有磁感应强度为B0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕OO′轴做匀速转动；乙图中磁场
的变化规律为B＝B0cos 2πTt，从图示时刻(t＝0时刻)起计时，则( )
A．两线圈中的磁通量变化规律均为Φ＝B0Scos2πTt
B．两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同
C．两线圈中产生的交变电流的有效值不同
D．从此刻起，T/4时间内流过线圈截面的电荷量相同
解析：据题意，甲图中Φ＝B0·Scos θ＝B0Scos(2πTt)，乙图中Φ＝B·S＝B0Scos(2πTt)，
A 正确．甲、乙中Φ、e的变化周期都是T，两线圈中感应电动势达到最大值的时刻相同，B
错，因e＝ΔΦΔt，甲、乙二者的最大值、有效值、平均值、变化规律都相同，C错．q＝IΔt，
D正确．即A、D正确．
答案： AD
6．通有电流i＝Imsin ωt的长直导线OO′与断开的圆形导线圈在同一平面内，如图所
示(设电流由O至O′为正)，为使A端的电势高于B端的电势且UAB减小，交变电流必须处于
每个周期的( )
A．第一个 14周期 B．第二个 14周期
C．第三个 14周期 D．第四个14周期
解析：由E∝ΔΦΔt ∝ΔiΔt 可知，要E减小，即要 ΔiΔt减小，题中要求EA>EB，由楞次定律
知，第一个周期内在0～T4 才符合要求，A项正确．
答案：A
7.如图所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁
场边界重合，线圈按图示方向匀速转动，t＝0时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向
沿abcda为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图象是图中的( )
解析：由楞次定律可知前半个周期感应电流沿adcba方向，后半个周期沿abcda的方向，
因线圈绕垂直磁场的轴匀速转动，所以产生正弦式交变电流，A正确．
答案：A
8.如图所示，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转动时电流方向相同，都是a→b→c→d
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
解析：产生正弦交流电的条件是轴和磁感线垂直，与轴的位置和线框形状无关，转到图
示位置时产生的电动势E具有最大值Em＝nBSω.由欧姆定律I＝E/R总可知此时I相等，A对，
B错．由右手定则可知电流方向为a→d→c→b，故C错．两种情况下cd边受到的安培力均为
F＝BLcdI
，故D错．
答案：A
9.如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交变电流的图象，当调
整线圈转速后，所产生正弦交变电流的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交变电流的
说法正确的是( )
A．t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零
B．线圈先后两次的转速之比为3∶2
C．交变电流a的瞬时值为u＝10sin 5πt(V)
D．交变电流b的最大值为203V
解析：本题考查交变电流图象问题，意在考查学生从交变电流图象中获取信息的能力．
t
＝0时刻线圈处于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，故A错误；由图象可知a、b图线的
周期之比是2∶3，所以线圈先后两次转速之比为3∶2，故B正确；交变电流a的瞬时值为
u
＝Umsin ωt(V)＝10 sin 2πTat(V)＝10sin 5πt(V)，故C正确；又由Um＝BSω可知Ubm＝
T
a
T
b
U
a
m
＝0.40.6·10 V＝203 V，D正确．
答案：BCD
10．把电压u＝1202 sin ωt V、频率为50 Hz的交变电流加在激发电压和熄灭电压
均为u0＝602 V的霓虹灯的两端．
(1)求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？
(2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？(已知人眼的视觉暂留时间约为116
s)
解析：(1)如图所示，画出一个周期内交变电流的u－t图象，其中阴影部分对应的时间
t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t
1
.
当u＝u0＝602 V时，由u＝1202 sin ωt V求得：t1＝1600 s
再由对称性知一个周期内能发光的时间：
t＝T－4t
1
＝150 s－4×1600 s＝ 175 s
再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为：t＝ 3 6000.02×175 s＝2 400 s.
(2)很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间间隔只有1300 s(如图中
t
2
＋t3那段时间)，由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为116 s远大于1300
s，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉．
答案：(1)2 400 s (2)见解析
11．如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈
所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n＝100 匝，电阻r＝
1.0 Ω，所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁场的磁感应强度按如
图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBmS 2πTcos 2πT t，其
中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期．不计灯丝电阻随温度的变化，求：
(1)线圈中产生的感应电动势的最大值；
(2)小灯泡消耗的电功率；
(3)在磁感应强度变化的0～T4 的时间内，通过小灯泡的电荷量．