《新高考物理一轮复习精讲精练第12章 交变电流 第1讲 交变电流的产生和描述（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习精讲精练第12章 交变电流 第1讲 交变电流的产生和描述（含解析）（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一讲交变电流的产生和描述 知识梳理一、交变电流、交变电流的图像1交变电流大小和方向均随时间做周期性变化的电流叫作交变电流。2正弦式交变电流的产生和变化规律(1)产生：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动产生的电流是正弦式交变电流。(2)中性面中性面：与磁感线垂直的平面称为中性面。中性面的特点以及与峰值面(中性面的垂面)的比较中性面峰值面含义与磁场方向垂直的平面与磁场方向平行的平面穿过线圈的磁通量最大(BS)0磁通量的变化率0最大感应电动势0最大(NBS)电流方向发生改变不变(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
2、。(4)正弦式交流电的图像：如果从线圈位于中性面位置时开始计时，其图像为正弦曲线。如图甲、乙所示。(5)变化规律正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置时开始计时)电动势e随时间变化的规律：eEmsint，其中表示线圈转动的角速度，EmNBS。负载两端的电压u随时间变化的规律：uUmsint。电流i随时间变化的规律：iImsint。二、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。(2)频率(f)：交变电流在单位时间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或f。2交变电流的瞬时值、
3、峰值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流的电动势、电流或电压在某一时刻的值，是时间的函数。(2)峰值：交变电流的电动势、电流或电压所能达到的最大值。(3)有效值定义：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，就把这个恒定电流的电流I、电压U叫作这一交变电流的有效值。有效值和峰值的关系：E，U，I。(仅适用于正弦式交流电)(4)平均值：交变电流图像中图线与时间轴所围面积跟对应时间的比值。考点一、正弦式交变电流的产生及变化规律1交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图像磁通量mcos tBScos t电动势eEmsin
4、tnBSsin t电压uUmsin tsin t电流iImsin tsin t2.书写交变电流瞬时值表达式的步骤(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式EmnBS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。线圈从中性面位置开始计时，则it图像为正弦函数图像，函数表达式为iImsin t。线圈从垂直于中性面的位置开始计时，则it 图像为余弦函数图像，函数表达式为iImcos t。例1、(2022福建适应性考试模考)一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动。转轴位于线圈平面内，并与磁场方向垂直。产生的交变电流i随时间t变化关系如图所示，则()A该交变电流频率是0.4
5、 HzB该交变电流有效值是0.8 ACt0.1 s时，穿过线圈平面的磁通量最小D该交变电流瞬时值表达式是i0.8sin 5t【答案】C【解析】该交变电流周期为T0.4 s，则频率是f2.5 Hz，A错误；该交变电流的最大值是0.8 A，则有效值为 A0.4 A，B错误；t0.1 s时，感应电流最大，则此时穿过线圈平面的磁通量最小，C正确；因2f5 rad/s，则该交变电流瞬时值表达式是i0.8sin 5t(A)，D错误。例2、(2022葫芦岛高考一模)一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，内阻不计。转轴位于线圈平面内，并与磁场方向垂直。产生的电动势随时间变化的规律如图所示，则()A该交变电
6、流频率是0.4 HzB计时起点，线圈恰好与中性面重合Ct0.1 s时，穿过线圈平面的磁通量最大D该交变电动势瞬时值表达式是e10cos 5t(V)【答案】C【解析】由题图可知电压随着时间变化的周期为T0.4 s，故频率为f2.5 Hz，故A错误；计时起点，电动势最大，所以此时磁通量为0，线圈和中性面垂直，故B错误；t0.1 s时，电动势为0，穿过线圈平面的磁通量最大，故C正确；该交变电动势的最大值为Um10 V，角速度5 rad/s，又从垂直于中性面开始计时，所以电动势瞬时值表达式是eEmcos t10cos 5t(V)，故D错误。例3、图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈绕OO轴转动，若从
7、某位置开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示，已知发电机线圈内阻为r，外接灯泡的电阻为9r，下列说法正确的是()A线圈是从垂直中性面位置开始计时的B电动势表达式为e6sin(50t) VC电流方向每秒改变50次D理想电压表示数为5.4 V【答案】D【解析】由图乙知，线圈是从中性面开始计时的，故A错误；电动势的最大值为Em6 V，而100 rad/s，则电动势表达式为eEmsin t6sin(100t) V，故B错误；线圈每转一圈，电流方向改变两次，则电流方向每秒改变了100次(2f100)，故C错误；理想电压表示数为路端电压的有效值，有UV V5.4 V，故D正确。l 课堂随练训练1
8、、如图所示，甲乙丙丁甲过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在匀速转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。已知线圈转动的角速度为，转动过程中电路中的最大电流为Im。下列选项正确的是()A在图甲位置时，线圈中的磁通量最大，感应电流为零B从图乙位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系式为iImsintC在图丙位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率也最大D在图丁位置时，感应电动势最大，cd边电流方向为cd【答案】A【解析】在图甲位置时，线圈中的磁通量最大，线圈处于中性面的位置，故线圈的感应电流为零，A
9、正确；图乙位置时的电流最大，故从此时开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系式应为iImcost，B错误；在图丙位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率为0，C错误；在图丁位置时，感应电动势最大，由右手定则可知，cd边向右运动，磁场方向向下，故电流方向为dc，D错误。训练2、(多选)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，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
10、动势为2nBL2C穿过线圈的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，方向垂直纸面向里【答案】AC【解析】由右手定则知图示位置线圈中感应电流的方向为abcda，故A正确。此时线圈中的感应电动势为EnBL2L1，故B错误。此位置穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，故C正确。线圈ad边所受安培力大小为FnBL2，方向垂直纸面向里，故D错误。训练3、如图甲所示为一台小型旋转电枢式交流发电机的构造示意图，内阻r1 ，外电路电阻R1R218 ，电路中其余电阻不计。发电机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n10，转动过程中穿过每匝线圈的磁通量随时
11、间t按正弦规律变化，如图乙所示，取3.14，则()At1.57102 s时，该小型发电机的电动势为零Bt3.14102 s时，矩形线圈转到中性面位置C串联在外电路中的交流电流表的示数为2 AD感应电动势的最大值为20 V【答案】D【解析】t1.57102 s时，磁通量的变化率最大，该小型发电机的电动势最大，故A错误；t3.14102 s时，磁通量的变化率最大，线圈平面与磁场平行，故B错误；从t图线可以看出m1.0102 Wb，T3.14102 s，感应电动势的最大值为Emnm20 V，电路中电流最大值为Im2 A，串联在外电路中的交流电流表的读数是有效值，为 A，故C错误，D正确。考点二、交变
12、电流有效值的求解1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，则这个恒定电流的电流I与电压U就是这个交变电流的有效值2正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I，U，E.2几种典型的电流及其有效值名称电流(电压)图像有效值正弦式交变电流IU正弦半波电流IU正弦单向脉动电流IU矩形脉动电流I I1U U1非对称性交变电流I U 例1、现在市场上的调光台灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现调节的。如图为一个经过元件调节后加在电灯上的电压，在正弦式交流电的每半个周期中都截去了前面的四分之一。现在加在电灯上的电压是()AUm B C D【答案】D【解析
13、】使该交流电与一恒定电流分别通过相同电阻R，设该恒定电流的电压为U，交流电在一个周期内产生的热量为：Q1，恒定电流在一个周期内产生的热量为：Q2T，由Q1Q2，得U，则该交流电电压的有效值为，即为加在电灯上的电压，故D正确，A、B、C错误。例2、如图所示为一交流电电流随时间变化的图像，此交流电电流的有效值为()A7 A B5 AC3.5 A D3.5 A【答案】B【解析】设该电流的有效值为I，根据有效值的定义有：(4 A)2R0.02 s(3 A)2R0.02 sI2R0.04 s，解得I5 A，故选B.例3、(2022湖北黄冈市模拟)如图是某一线圈通过的交流电的电流时间关系图像(前半个周期为
14、正弦波形的)，则一个周期内该电流的有效值为()AI0 BI0 CI0 DI0【答案】B【解析】设该电流的有效值为I，由I2RT()2R(2I0)2R，解得II0，故选B.l 课堂随练训练1、(2021浙江6月选考，5)如图所示，虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图像，它们的周期T和最大值Um相同，则实线所对应的交流电的有效值U满足()AU BUCU DU【答案】D【解析】虚线是正弦交流电的图像，其有效值为U有效值，由图可知，在任意时刻，实线所代表的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值，则实线所代表的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值，则U，故D正确。训练2、(2020海南卷， 3) 图甲、乙分别表示两种电流的波形，其中图乙所示电流按正弦规律变化，分别用I1和I2表示甲和乙两电流的有效值，则()AI1I221 BI1I212CI1I2
