高考物理一轮复习 第十一章 微专题70 交变电流的产生及描述

交变电流的产生及描述1考点及要求：(1)交变电流、交变电流的图像()；(2)正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值().2.方法与技巧：(1)线圈每经过中性面一次，电流方向改变一次；从中性面开始转动时，it图像为正弦函数图像；(2)交变电流的求解一般选择一个周期，利用电流的热效应来求解1(交变电流的产生)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，线圈中产生的交流电如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向，则()图1A乙图中Oa时间段对应甲图中至图的过程B乙图中c时刻对应甲图中的图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d等于0.02 s，则交流电的频率为25 Hz2(交变电流的瞬时值表达式和图像)(多选)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图2甲所示产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示则下列说法正确的是()图2At0.01 s时穿过线框的磁通量最小B该交变电动势的有效值为11 VC该交变电动势的瞬时值表达式为e22sin(100t) VD电动势瞬时值为22 V时，线框平面与中性面的夹角为453(交变电流的有效值)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图3所示，已知发电机线圈内阻为5 ，仅外接一只电阻为105 的灯泡，则()图3A线圈从垂直于中性面的位置开始转动B电路中的电流方向每秒改变50次C灯泡两端的电压为220 VD发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为20 J4(交变电流的“四值”)如图4所示，矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表组成闭合电路线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，转动的角速度100 rad/s.线圈的匝数N100，边长ab0.2 m、ad0.4 m，电阻不计磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小BT.电容器放电时间不计下列说法正确的是()图4A该线圈产生的交流电动势的峰值为50 VB该线圈产生的交流电动势的有效值为25 VC电容器的耐压值至少为50 VD电容器的电容C变大时，电流表的示数变小5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中以角速度匀速转动，能产生正弦交变电动势eBSsin t的图是()6如图5所示，单匝闭合金属线框abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO匀速转动，设穿过线框的最大磁通量为m，线框中的最大感应电动势为Em，从线框平面与磁场平行时刻开始计时，下面说法不正确的是()图5A当穿过线框的磁通量为的时刻，线框中的感应电动势为B线框中的电流强度随时间按余弦规律变化C线框转动的角速度为D线框在垂直于磁场方向平面内的投影面积随时间按正弦规律变化7如图6所示电路中，电源电压u311sin (100t) V，A、B间接有“220 V440 W”的电暖宝、“220 V 220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝下列说法正确的是()图6A交流电压表的示数为311 VB电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3 AC电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍D1 min内抽油烟机消耗的电能为1.32104 J8(多选)交流发电机电枢中产生的交变电动势为eEmsin t，如果要将交变电动势的有效值提高一倍，而交变电流的周期不变，可采取的方法是()A将电枢线圈转速提高一倍，其他条件不变B将磁感应强度增加一倍，其他条件不变C将线圈的面积增加一倍，其他条件不变D将磁感应强度增加一倍，线圈的面积缩小一半，其他条件不变9调光灯、调速电风扇以前是用变压器来实现的，该技术的缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速现在的调光灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的如图7为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压那么现在电灯上的电压为()图7AUm B.C. D.10(多选)如图8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匀速转动设线圈转动到图示位置的时刻为t0.则()图8A在t0时刻，线圈处于中性面，流过电阻R的电流为0，此时电压表的读数也为0B1秒内流过电阻R的电流方向改变次C若线圈角速度增大，则电压表示数变大D在电阻R的两端再并联一个电容器后，电压表的读数不变11(多选)如图9所示，在匀强磁场中匀速转动的圆形线圈周期为T，匝数为10匝，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 ，从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，线圈转过30时的电流为1 A，下列说法中正确的是()图9A线圈中电流的最大值为 AB线圈消耗的电功率为4 WC任意时刻线圈中的感应电流为i2sin (t) AD任意时刻穿过线圈的磁通量为cos (t) Wb12(多选)图10甲为一台小型发电机构造示意图，内阻r5.0 ，外电路电阻R95 ，电路中其余电阻不计发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数N100.转动过程中穿过每匝线圈的磁通量随时间t按正弦规律变化，如图乙所示，则()图10At3.14102 s时，该小型发电机的电动势为零B该小型发电机的电动势的最大值为200 VC电路中电流最大值为2 AD串联在外电路中的交流电流表的读数为2 A答案解析1A甲图中的、两图中线圈所在的平面为中性面，线圈在中性面时电流为零，经过个周期电流达到最大值，再由楞次定律判断出电流的方向，可知图甲中至图的过程电流为正且从零逐渐增大到最大值，选项A正确；甲图中的图对应的电流为零，选项B错误；一个周期以内电流方向改变两次，若已知d等于0.02 s，则周期T0.02 s，故频率为50 Hz,1 s内电流的方向将改变100次，选项C、D错误2CDt0.01 s时，感应电动势为零，则穿过线框的磁通量最大，故选项A错误；该交变电动势的有效值E V22 V，故选项B错误；由题图乙知该交变电动势的瞬时值表达式为e22sin(100t)V，故选项C正确电动势瞬时值为22 V时，代入瞬时值表达式，得sin t，故表明线框平面与中性面的夹角为45，故选项D正确3D由题图知t0时刻发电机产生的电动势为0，此位置应在中性面，A错误；正弦交变电流在一个周期内电流方向改变两次，电流周期为0.02 s，故每秒应改变100次，B错误；电动势有效值为220 V，由内、外电路的电阻值可知灯泡两端电压为210 V，故C错误发电机线圈内阻的热功率为Pr()2r20 W，每秒产生的焦耳热QPrt20 J，故D正确4B峰值EmNBS1000.20.4100 V50 V，故A错因为在一个周期内，线圈只在半个周期内产生感应电动势，设有效值为E，则有：T，解得：E25 V，故B正确电容器的耐压值至少为50 V，故C错C变大时容抗减小，电流表的示数应变大，故D错5A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eBSsin t，由这一原理可判断，A图中感应电动势为eBSsin t；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；C、D图中的转动轴与磁场方向平行，而不是垂直6A设线框转动的角速度为，根据题意，线框中的感应电动势的瞬时值表达式为eEmcos t，其中Emm，所以，选项B、C正确；当穿过线框的磁通量为的时刻，t45，所以线框中的感应电动势为eEmcos 45，选项A错误；计时开始时刻，线框在垂直于磁场方向平面内的投影面积为零，所以以后该面积随时间按正弦规律变化，选项D正确7D交流电压表的示数为有效值为220 V，故选项A错误；由公式PUI知电路要正常工作，干路中电流有效值为3 A，所以保险丝的额定电流不能小于3 A，故选项B错误；电暖宝是纯电阻用电器，P热P电，而抽油烟机是非纯电阻用电器，P热P电，故选项C错误；1 min内抽油烟机消耗的电能为WPt1.32104 J，故选项D正确8BC交变电动势的最大值EmNBS，有效值UEm/NBS/，只要线圈转速不变，交变电流的周期就不变，可仅将磁感应强度增加一倍，其他条件不变；或仅将线圈的面积增加一倍，其他条件不变，就可将交变电动势的有效值提高一倍，选项B、C正确，A、D错误9C电灯上的电压值，如没有特殊说明一般指电压的有效值，设加在电灯上电压的有效值为U，取一个周期，由电流的热效应得T，所以可得U，故选项C正确10BC回路中电流的瞬时值表达式为isin t，t0时，i0，但电压表读数为有效值，不为零，故A错一个周期内电流的方向改变两次，故1秒内流过电阻R的电流方向改变的次数为2n，B正确增大时，感应电动势最大值增大，则电压表示数也变大，故C正确因为电容器通交流，所以在R两端并联电容器后，电压表的读数将改变，故D错11BC从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势的表达式为eEmsin t，则感应电流i sin t，由题给条件有：1 A，解得Em4 V，则Im2 A，I有效 A，线圈消耗的电功率PIR4 W，选项A错误，选项B正确；iIm sin t2sin (t) A，故选项C正确；由EmNBSmN得m(Wb)，故任意时刻穿过线圈的磁通量mcos tcos (t) Wb，可见D错12BCt3.14102 s时，磁通量的变化率最大，该小型发电机的电动势有最大值，选项A错误；从t图线可以看出，max1.0102 Wb，T3.14102 s，感应电动势的最大值EmaxNmax200 V，选项B正确；电路中电流最大值Imax2 A，选项C正确；交流电流表读数是交变电流的有效值，即I1.4 A，选项D错误