2012届高考物理第一轮考点复习 （6）交变电流的产生及变化规律学习、解析+练习

用心 爱心 专心 1 交变电流的产生及变化规律 试题展示 交变电流的产生及变化规律 试题展示 1 如图a所示 一矩形线圈abcd放置在匀 强磁 场 中 并绕过ab cd中点的轴OO 以角速度 逆时 针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角45 时 如 图b 为计时起点 并规定当电流自a流向b时电流方 向为正 则下列四幅图中正确的是 答案 D 解析解析 本题考查正弦交流电的产生过程 楞次定律等知识和规律 从a图可看出线圈 从垂直于中性面开始旋转 由楞次定律可判断 初始时刻电流方向为b到a 故瞬时电流的 表达式为i imcos t 则图像为 D 图像所描述 平时注意线圈绕垂直于磁场的轴旋 4 转时的瞬时电动势表达式的理解 2 小型交流发电机中 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呈正弦函数关系 如图所示 此线圈与一 个R 10 的电阻构成闭合电路 不计电路的其他电阻 下列说法 正确的是 A 交变电流的周期为 0 125 B 交变电流的频率为 8Hz C 交变电流的有效值为2A D 交变电流的最大值为 4A 答案 C 解析 由 e t 图像可知 交变电流电流的周期为 0 25s 故频率为 4Hz 选项 A B 错误 根据欧姆定律可知交变电流的最大值为 2A 故有效值为2A 选项 C 正确 3 12 分 一小型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100 n 穿过每匝线圈的磁通量 随时间按正弦规律变化 如 用心 爱心 专心 2 图所示 发电机内阻 0 5r 外电路电阻 95R 已知感应电动势的最大值 nEm 其中 m 为穿过每匝线圈磁通量的最大值 求串联在外电路中的交流电流表 内阻不计 的读数 18 参考解答 已知感应电动势的最大值 mm naE 1 设线圈在磁场中转动的周其为 T 则有 T 2 2 根据欧姆定律 电路中电流的最大值为 rR E I m m 4 设交流电流表的读数 I 它是电流的有效值 根据有效值与最大值的关系 有 m II 2 1 4 由题给的1 图线可读得 Wb m 2 100 1 5 BT 2 1014 3 6 解以上各式 并代入数据 得 AI4 1 7 4 如图所示 矩形线圈边长为ab 20cm ab 10cm 匝数N 100 匝 磁场的磁感强度 B 0 01T 当线圈以 50r s 的转速从图示位置开始逆时针匀速转动 求 1 线圈中交变电动势瞬时值表达式 2 从线圈开始转起动 经 0 01s 时感应电动势的瞬时值 分析 分析 只要搞清交变电的三个要素 m 0 进而写出交变电 的瞬时值表达式 这样就把握到交变电的变化规律了 解答 1 欲写出交变电动势的瞬时值 先求出 m 0 三个要素 线圈旋转角速度 为sradf 1002 感应电动势的最大值为VBNS m 28 6 刚开始转动时线 圈平面与中性夹角rad 6 0 于是线圈中交变电动势的瞬时值表达式为 Vte 6 100sin28 6 2 把t 0 01s 代入上式 可量 此时感应电动势的瞬时值 用心 爱心 专心 3 VVe14 3 6 sin28 6 5 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右 求该交流电的有效值 I 解 该交流周期为T 0 3s 每个周期的前t1 0 2s 为恒定电流 I1 3A 后t2 0 1s 为恒定电流I2 6A 因此一个周期内电流做的功 可以求出来 根据有效值的定义 设有效值为I 根据定义有 I 2RT I12Rt1 I22Rt2 带入数据计算得 I 32A 6 一根电阻丝接入 100v 的直流电 1min 产生的热量为 Q 同样的电阻丝接入正弦交变电压 2min 产生的热量为 0 5Q 那么该交变电压的最大值为 C A 50v B 100v C 502v D 503v 7 交流发电机转子有n匝线圈 每匝线圈所围面积为S 匀强磁场的磁感应强度 为B 匀速转动的角速度为 线圈内电阻为r 外电路电阻为R 当线圈由图中 实线位置匀速转动 90 到达虚线位置过程中 求 通过R的电荷量q为多少 R上产生电热QR为多少 外力做的功W为多少 解 按照电流的定义I q t 计算电荷量q应该用电流的平均值 即 rR nBS q rRt nBS rRt n rR E It Iq 而 这里电流和电动势都必须要用平均值 不能用有效值 最大值或瞬时值 求电热应该用有效值 先求总电热Q 再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR 2 222222 2 2 2 4 4222 rR RSBn Q rR R Q rR SBn rR nBS rR E trRIQ R 这里的电流必须要用有效值 不能用平均值 最大值或瞬时值 根据能量守恒 外力做功的过程是机械能向电能转化的过程 电流通过电阻 又将电 能转化为内能 即放出电热 因此W Q rR SBn 4 222 要善于用能量转化和守恒定律来分析 功和能 7 7 内阻不计的交流发电机产生电动势 E 10sin50 t V 接有负载电阻 R 10 现把发电机 的转速提高一倍 则 A 负载两端电压的有效值将变为 28 2V B 交流电的频率将变为 100Hz C 负载消耗的功率将变为 20w D 负载消耗的功率将变为 40w 解析解析 电动势最大值为 10V 有效值为 7 07V 当发电机的转速提高一倍 角速度增加一 倍 频率也增加一倍 电动势最大值和有效值均增加一倍 表达式可以写为 E 20sin100 t V 由此