交变电流电磁波传感器,知 识 网 络,第,1,讲,交变电流的产生和描述,判断正误,(,正确的打,“”,，错误的打,“”,),1.,矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流,(,),2.,线圈经过中性面时，感应电动势为零，感应电流方向发生改变,(,),3.,矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，经过中性面时，线圈中的感应电动势最大,(,),4.,当从线圈垂直中性面位置开始计时，产生的电动势按正弦规律变化，即,e,E,m,sin,t,.(,),5.,在一个周期内，正弦式交变电流的方向改变两次,(,),6.,交流电压表和电流表测量的是交流电的有效值,(,),课 前,3 min,8.,可以用平均值计算交变电流产生的热量,(,),9.,求通过导体横截面的电荷量,q,It,，其中的,I,指的是有效值,(,),课 前,3 min,考点一交变电流的产生及变化规律,1.,正弦式交变电流,(1),产生：线圈绕,_,磁场方向的轴匀速转动,(2),两个特殊位置的特点,垂直于,最大,0,发生改变,最大,不改变,(3),电流方向的改变：一个周期内线圈中电流的方向改变,_,次,(4),交变电动势的最大值：,E,m,_,，与转轴位置无关，与线圈形状无关,(5),交变电动势随时间的变化规律,(,中性面开始计时,),e,_,.,两,NBS,NBS,sin,t,2.,正弦式交变电流的图像,(,线圈从中性面位置开始计时,),物理量,函数表达式,图像,磁通量,m,cos,t,BS,cos,t,电动势,e,_,_,E,m,sin,t,NBS,sin,t,I,m,sin,t,U,m,sin,t,3.,交变电流的周期和频率,(2),频率,f,：交变电流完成周期性变化的,_,与所用时间之比，单位是,_.,时间,次数,赫兹,(Hz),典例,1,(2024,无锡期末调研,),下列各情况中，线圈都以角速度,绕图中的转动轴匀速转动，不能产生交变电流的是,(,),A,【解析】,闭合线圈在磁场中转动时，如果磁通量发生周期性变化，则线圈中会有周期性变化的电流，由图可知,B,、,C,、,D,转动时，磁通量发生了周期性变化，会产生交变电流，而,A,线圈转动时，线圈始终与磁场平行，线圈中的磁通量始终为零，没有感应电流本题选不能产生交变电流的，故,A,正确,典例,2,(2025,泰州期初,),在匀强磁场中，匝数,N,100,的矩形线圈绕垂直磁感线的转轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势随时间变化规律如图所示，则下列说法中正确的是,(,),A.,t,0.5,10,2,s,时，线圈平面与中性面重合,B.,t,1,10,2,s,时，线圈中磁通量变化率最大,C.,穿过每一匝线圈的最大磁通量为,1,10,3,Wb,D.,线圈转动的角速度为,50 rad/s,C,考点二交变电流的四值及应用,交变电流的,“,四值,”,A.2,3 B.4,3,B,典例,4,如图所示，边长为,L,的正方形单匝线圈,abcd,，其电阻为,r,，外电路的电阻为,R,，,ab,的中点和,cd,的中点的连线,O,O,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,绕轴,O,O,匀速转动，下列说法中正确的是,(,),A.,图示位置线圈中的感应电动势最大，为,E,m,BL,2,D,有效值,的两种,计算方法,规律总结,随堂内化,1.,如图所示为一交流电压随时间变化的图像每个周期的前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定根据图中数据可得交流电压的有效值为,(,),A.7.5 V B.8 V,C,2.,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，如图甲所示产生的感应电动势的图像如图乙所示，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.,线框产生的感应电动势有效值为,311 V,D.,线框产生的感应电动势频率为,100 Hz,B,3.,(2025,泰州期初,),图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，,A,为理想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，已知发电机线圈电阻为,5,，外接一只阻值为,5,的电阻,R,，不计电路的其他电阻，已知电阻,R,两端的电压随时间变化的图像如图乙所示则,(,),A.,线圈的转速为,100 r/s,C.0.01 s,时线圈平面与磁场方向平行,D.,电阻,R,在,1 min,内产生的热量为,4 800 J,D,4.,(2023,南京、盐城二模,),某种发电机的原理如图所示，矩形线圈处于磁感应强度大小为,B,的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定轴,OO,匀速转动，角速度为,.,已知线圈的匝数为,n,，,ab,边长为,L,1,，,bc,边长为,L,2,，线圈总电阻为,r,，线圈与阻值为,R,的外电路连接，交流电压表为理想电表求：,(1),线圈从图示位置转过,90,的过程中，通过电阻,R,的电荷量,q,.,(2),发电机正常工作时，交流电压表的示数,U,.,(,2),由最大感应电动势,E,m,nBS,配套精练,一、,选择题,1.,交流发电机的示意图如图所示，线圈,ABCD,绕垂直于磁场方向的转轴,OO,匀速转动在图示位置，下列说法中正确的是,(,),A.,穿过线圈的磁通量变化率最小,B.,线圈中电流方向将发生改变,C.,线圈中电流最大，方向为,B,A,D.,穿过线圈的磁通量最大,C,【解析】,在图示位置，线圈平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为零，穿过线圈的磁通量变化率最大，故,A,、,D,错误；当线圈在中性面时，线圈平面与磁场垂直，线圈中电流方向将发生改变，故,B,错误；由右手定则可知线圈中电流最大，方向为,B,A,，故,C,正确,2.,(2024,连云港三模,),线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动，产生交变电流的,i,t,图像如图所示，则,(,),A.,该交变电流的周期为,0.5 s,B.,该交变电流的电流有效值为,2 A,C.,t,0.1 s,时，穿过线圈的磁通量为零,D.,t,0.2 s,时，穿过线圈的磁通量变化最快,D,A.,这只电源可以使,“,10 V,2 W,”,的灯泡正常发光,B.,这只电源的交变电压的周期是,314 s,C.,这只电源在,t,0.01 s,时电压达到最大值,D.,“,10 V,2 F,”,电容器可以接在这只电源上,A,4.,(2024,广东卷,),将阻值为,50,的电阻接在正弦式交流电源上电阻两端电压随时间的变化规律如图所示下列说法中正确的是,(,),A.,该交流电的频率为,100 Hz,B.,通过电阻电流的峰值为,0.2 A,C.,电阻在,1,秒内消耗的电能为,1 J,D,5.,(2021,浙江,6,月选考,),如图所示，虚线是正弦式交变电流的图像，实线是另一交变电流的图像，它们的周期,T,和最大值,U,m,相同，则实线所对应的交变电流的有效值,U,满足,(,),D,6.,如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的感应电动势图像如图乙中曲线,a,、,b,所示，则,(,),A.,两次,t,0,时刻线圈平面均与中性面垂直,B.,曲线,a,、,b,对应的线圈转速之比为,2,3,C.,曲线,a,表示的感应电动势频率为,25 Hz,D.,曲线,b,表示的感应电动势有效值为,10 V,C,7.,(2025,中华中学,),如图甲所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量,随时间,t,的变化规律如图乙所示线圈匝数为,20,，线圈总电阻为,1,，与线圈连接的定值电阻,R,的阻值也等于,1,，电流表,A,可看作理想电流表，则,(,),A.,线圈转动的角速度为,2 rad/s,B.,感应电动势最大值为,0.2 V,D.,一个周期内电阻,R,上产生的热量为,2,2,J,C,8.,如图所示，纸面内有一单匝,“,凹,”,字形金属线圈组成闭合回路，置于垂直于纸面向里、磁感应强度大小为,B,的匀强磁场中，线圈的总电阻为,R,，边长如图所示线圈绕,ab,轴做角速度为,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,3,BL,2,C,9.,如图所示，,n,匝矩形线圈,abcd,，放置在磁感应强度大小为,B,的匀强磁场中，线圈面积为,S,，匀强磁场的边界线,OO,恰好位于,ab,和,cd,中点的连线上，线圈绕,OO,轴以角速度,匀速转动，线圈与一个阻值为,R,的电阻相连，其他电阻不计从图示位置开始计时，下列说法中正确的是,(,),D,二、,计算题,10.,(2024,南京一中,),图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按如图甲所示方向匀速转动，线圈的匝数,n,50,匝，电阻,r,2,，线圈的两端经集流环与电阻,R,连接，阻值,R,8,，与,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，穿过每匝线圈的磁通量,随时间,t,按图乙所示正弦规律变化，取,3.14.,求：,(1),交流发电机产生的电动势的最大值,(2),从图示位置转过,90,，通过电阻,R,的电荷量和电阻,R,上产生的焦耳热,【答案】,(1)100 V,(2)0.1 C,6.28 J,【解析】,(1),由,t,图线可知,m,2.0,10,2,Wb,由于,m,BS,感应电动势最大值为,E,m,nBS,n,m,50,2.0,10,2,100 V,100 V,(2),从图示位置转过,90,，磁通量变化量为,BS,m,2.0,10,2,Wb,通过线圈的电荷量,根据焦耳定律可,得,谢谢观赏,。