《新高考物理一轮复习刷题练习第90讲 交变电流的产生、变化规律及四值的相关计算（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刷题练习第90讲 交变电流的产生、变化规律及四值的相关计算（含解析）（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第90讲 交变电流的产生、变化规律及四值的相关计算1（2022浙江）如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是（）A甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场B乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电【解答】解：A甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故A正确；B乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故B
2、错误；C根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故C错误；D乙图中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，故D错误；故选：A。2（2021辽宁）如图所示，N匝正方形闭合金属线圈abcd边长为L，线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO以角速度匀速转动，ab边距轴。线圈中感应电动势的有效值为（）ANBL2BNBL2CNBL2DNBL2【解答】解：线圈转动产生的感应电动势的最大值与转轴位置对最大感应电动势无影响，故，故有效值E，故ACD错误，B正确；故选：B。一.知识回顾 1交变电流(1)定义：大小和方向均随
3、时间做周期性变化的电流叫作交变电流。(2)图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，图a、b、c、d所示电流都属于交变电流，其中按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图a所示。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)的比较图示位置中性面位置与中性面垂直的位置特点BSBSBS，最大0，最小en0，最小ennBS，最大感应电流为零，方向改变感应电流最大，方向不变(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发
4、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)正弦式交流电的变化规律及图像(线圈在中性面位置时开始计时)：瞬时值表达式图像磁通量mcost BScost电动势eEmsint NBSsint电压uUmsint sint电流iImsintsint注意：线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图像为余弦函数图像，电流的瞬时值表达式为iImcost。3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。4交变电流的瞬时值、
5、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)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 (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。5.
6、交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsintuUmsintiImsint(适用于正弦式交变电流)计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值EmNBS(适用于正弦式交变电流)UmIm讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值EUI(适用于正弦式交变电流)(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电器设备“铭牌”上所标的额定电流、额定电压一般是指有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)交流电压表和电流表的读数为有效值（5）没有特别说明，通常默认为有效值。平均值交变电流图像中图线与时
7、间轴所围的面积与时间的比值Bln计算通过电路导体截面的电荷量二.例题精析题型一：正弦交变电流的产生及瞬时表达式与转轴和线圈形状的关系例1图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是()如果图示线圈面积和匝数、磁场、转速都相同，则感应电动势的最大值相同是（ ）如果从图示位置开始计时，A与B感应电动势的瞬时值是否相同？（ ） 答案C；AB；不同解析只要闭合线圈绕线圈平面内垂直磁感线的轴匀速转动，就能产生正弦式交流电，与轴的位置、线圈的形状无关。除C项的轴与磁感线平行外，其他选项的轴都与磁感线垂直。故C正确，A、B、D错误。A和B，感应电动势最大值都是NBS，与
8、转轴位置和线圈形状无关。如果从图示位置开始计时，A瞬时表达式是eNBSsint，B瞬时表达式是eNBScost，所以A与B的瞬时表达式不同题型二：正弦交变电动势与电流（多选）例2如图所示，磁极N、S间的磁场看作匀强磁场，磁感应强度为B0，矩形线圈ABCD的面积为S，共n匝，内阻为r，线圈通过滑环与理想电压表V和阻值为R的定值电阻相连，AB边与滑环E相连；CD边与滑环F相连。若线圈正在绕垂直于磁感线的轴OO以角速度逆时针匀速转动，图示位置恰好与磁感线垂直。以下说法正确的是（）A线圈在图示位置时，电阻R中的电流方向为自M到NB线圈自图示位置开始转过180的过程中，通过电阻R的电量为C线圈转动一周的
9、过程中克服安培力做的功为D线圈在图示位置时电压表的示数为0【解答】解：A、线圈在图示位置时，与中性面重合，线圈不切割磁感线，感应电流为零，故A错误；B、线圈自图示位置开始转过180的过程中，磁通量的变化量2B0S，则通过电阻R的电荷量：qn，故B正确；C、根据正弦式交变电流的产生规律可知，感应电动势最大值：EmnB0S，有效值：E，线圈转动一周的过程中，克服安培力做功产生电能，W，故C正确；D、电压表的示数为有效值，线圈在转动过程中，电压表示数不变，不为0，故D错误。故选：BC。题型三：非正弦交变电流例3如图所示，在磁极和圆柱状铁芯间形成的两部分磁场区域的圆心角均为，磁感应强度B均沿半径方向，
10、单匝矩形线圈abcd的宽abL，长bc2L，线圈中轴以角速度匀速转动时对外电阻R供电，若线圈电阻为r，电流表内阻不计，则下列说法正确的是（）A线圈转动时将产生正弦式交流电B从图示位置开始转过90角时，电流方向将发生改变C线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的变化量不变D电流表的示数为【解答】解：A、bc边向上切割时，感应电流方向为cb；bc边向下切割时，感应电流方向为bc；故线圈连续转动，流过电阻R的电流是交流电，但电流的大小不变，故产生的不是正弦交流电，故A错误；B、从图示位置开始转过90角时，电流方向不发生改变，故B错误；C、在共同圆心角均为内，线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的变化量不变，故C错
11、误；D、一个周期内，通电时间为：tTR上消耗的电能为：WIm2Rt且有：WI2RT解得线圈上电流的有效值为：I，故D正确；故选：D。题型四：电动机产生正弦交变电动势而输出直流（多选）例4发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，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的电阻两端的电压如图乙所示。其它电阻不计，图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周（）A电动势的最大值为UmB框内电流方向不变C流过电阻的电荷D电阻产生的焦耳热【解答】解：A、由图乙可知，电动势的最大值为Um，故A正确；B、当线框转动时，框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次，故B错误；C、金属框转过
12、半周流过电阻的电荷量为：qtt，由于有换向器，电流方向一直为正方向，所以金属框转过一周流过电阻的电荷量为：q2q，故C正确；D、因为UmBL2，则，根据焦耳定律，可知金属框转过一周电阻产生的焦耳热为：Q，故D错误。故选：AC。三.举一反三，巩固练习1. 在匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的轴匀速转动，线框中产生的电流为如图所示的正弦式交变电流，则这段时间（）A电流的有效值等于0.6ABt0.01s时穿过线框的磁通量为零C图线与横轴围成的面积与所对应的时间的比值表示电流的平均值D图线与横轴围成的面积与所对应的时间的比值表示电流的有效值【解答】解：A、根据图像可知电流的最大值为，故有效值I，故A错误；
13、B、t0.01s时，产生的感应电流为零，此时线圈位于中性面位置，穿过线框的磁通量最大，故B错误；CD、正弦式交流电图像与坐标轴图成的图形面积即为电荷量，根据可知，面积除以t0表示电流的平均值，故C正确，D错误；故选：C。2. 如图为交流发电机的示意图，矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO逆时针匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为e20sin100tV。下列说法正确的是（）A此交流电的频率为100HzB此发电机电动势的有效值为20VC当线圈平面转到图示位置时产生的电流方向为ABCDD当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率最大【解答】解：A、根据e20sin100t（V）可知交流
14、电的角速度100rad/s，故交流电的频率f，故A错误；B、根据e20sin100t（V）可知交流电压的最大值为Em20V，交流电的有效值E，故B错误；C、根据右手定则可知，线圈中的电流方向为ADCBA，故C错误；D、当线圈平面转到图示位置时线圈磁通量最小，磁通量的变化率为最大，故D正确；故选：D。3. 有M、N两条导线，它们与大地之间的电压随时间变化的规律如图所示。已知我国民用电压为220V。则关于这两个交变电压的说法正确的是（）A导线M、N交变电压的频率不相同B导线N的电压可以作为民用电压C导线N交变电压的方向每秒变化50次D用多用表的交流挡测导线N对地电压，读数为311V【解答】解：A、根据图像可知，导线MN交流电压的周期相同，根据f可知，交变电压的频率相同，故A错误；B、导线N的电压的最大值为Em311V，有效值为，可以作为民用电压，故B正确；C、导线N交变电压的周期T0.02s，一个周期内电流方向改变2次，
