2019年高考物理双基突破:专题34-交变电流、描述交变电流的物理量(精讲)
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1、一、交变电流及产生1交变电流(1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流。(2)图象:如图(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交流电,如图(a)所示。2正弦交流电产生、瞬时值表达式和图象(1)产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。(2)图象:用以描述交流电随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图象为正弦曲线。如图(e) 、 (f) 。(3)两个特殊位置的特点中性面:线圈平面与中性面重合。此时,SB, 最大, 0,e0,i0,电流方向将发生改变。t线圈平面与中性面垂直时,SB,0, 最大,e 最大,i 最
2、大,电流方向不改变。t(4)正 弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)电动势 e 随时间变化的规 律:eE msint。负载两端的电压 u 随时间变化的规律:uU msint。电流 i 随时间变化的规律: iI msint。其中 等于线圈转动的角速度,E mnBS。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。4交变电动势的最大值 Em nBS。【题 1】 (多选)关于中性面,下列说法正确的是A线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零B线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量
3、的变化率最大C线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就改变一次D线圈每转动一周经过中性面一次,所以线圈每转动一周,感应电流的方向就改变一次【答案】AC【解析】中性面是线圈平面与磁感线垂直的位置,线圈经过该位置时,穿过线圈的磁通量最大,各边都不切割磁感线,不产生感应电动势,所以磁通量的变化率为零,A 项正确,B 项错误;线圈每经过一次中性面,感应电流的方向改变一次,但线圈每转一周时要经过中性面两次,所以每转一周,感应电流方向就改变两次,C 项正确,D 项错误。 5解决交变电流图象问题的三点注意(1)只有当线圈从中性面位置开始计时,电流的瞬时值表达式才是正弦形式,其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线
4、圈平面内的位置无关。(2)注意峰值公式 EmnBS 中的 S 为有效面积。(3)在解决有关交变电流的图象问题时,应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来,再根据特殊位置求特征解。【题 4】小型交流发电机的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间的关系是正弦函数。将发电机与一个标有“6 V,6 W”的小灯泡连接形成闭合回路,不计电路的其他电阻。当线圈的转速为 n5 r/s 时,小灯泡恰好正常发光,则电路中电流的瞬时表达式为Aisin 5tA Bisin 10tA Ci1.41sin 5tA Di1.41sin 10tA【答案】D6交变电流瞬时值表达式的求法(1)确定正弦式交变
5、电流的峰值,根据已知图象读出或由公式 EmnBS 求出相应峰值。Em nBS;(2)求出角速度 , ;2T(3)明确从哪一位置开始计时,从而确定是正弦函数还是余弦函数;(4)写出瞬时值的表达式。若线圈从中性面位置开始计时,则 it 图象为正弦函数图象, iI msin t。若线圈从垂直中性面位置开始计时,则 it 图象为余弦函数图象, iI mcos t。【题 5】如图所示,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 N10 0 匝,边长 ab0.2 m、ad0.4 m,电阻
6、不计。磁场只分布在 bc 边的左侧,磁感应强度大小 B T。电容器放电时间不计。216下列说法正确的是A该线圈产生的交流电动势峰值为 50 V B该线圈产生的交流电动势有效值为 25 V 2C电容器的耐压值至少为 50 V D电容器的电容 C 变大时,电流表的示数变小【答案】B【题 6】 (多选)边长为 L 的正方形线框在匀强磁场 B 中以角速度 匀速转动,产生的感应电流的最大值为 Im,设灯泡的电阻为 R,其他电阻不计。从如图所示位置开始计时,则A电路中电流的最大值 Im BL2RB电路中电流的瞬时表达式为 iI msin tC电流表的读数为 Im2D灯泡的电功率为 RI2m2【答案】AC【
7、题 7】 (多选)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,为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴 OO沿逆时针方向匀速转动,从图甲所示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是A电流表的示数为 10 A B线圈转动的角速度为 50 rad/sCt0.01 s 时,线圈平面与磁场方向平行Dt0.02 s 时,电阻 R 中电流的方向自右向左【答案】AC【解析】电流表测量的是电路中电流的有效值 I10 A,选项 A 正确。由题图乙可知,T0.02 s,所以 100 rad/s,选项 B 错误。t 0.01 s 时,电流最大,线圈平
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- 2019 年高 物理 突破 专题 34 电流 描述 物理量
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