【课标人教版】2010年《高考风向标》物理_第11章交变电流__电磁振荡与电磁波_第1讲__交变电流的产生和描述.doc

第十一章 交变电流 电磁振荡与电磁波一、考纲要求内 容要 求说 明1交变电流、交变电流的图象2正弦交变电流的函数表达式，峰值和有效值3理想变压器4远距离输电5变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场，电磁波及其传播6电磁波的产生、发射和接收7电磁波谱二、知识网络第1讲 交变电流的产生和描述 一、考情直播1.考纲要求考纲内容能力要求考向定位1交变电流、交变电流的图象2正弦交变电流的函数表达式，峰值和有效值1知道交变电流的产生及其原理2理解描述交变电流的物理量以及它们之间的关系、作用3掌握交变电流的变化规律及表示方法新课标考纲对本讲知识均只做了级要求，较旧考纲而言降低了要求，原则上应该不会出现难题、偏题旧考纲中“正弦交变电流的图象”在新考纲中表述为“交变电流的图象”，则为图象命题拓展了空间已删除的考点是“电感器、电容器对交变电流的影响”2考点整合考点1 交变电流及其产生 描述交变电流的物理量1交变电流： 和 都随时间做周期性变化的电流即交变电流2正（余）弦式交流电：交变电流的产生有很多形式常见的正（余）弦式交变电流可由线圈在匀强磁场中绕 磁感应强度方向的轴转动产生若从中性面开始转动则产生 交变电流，从峰值面开始转动则产生 交变电流3中性面与峰值面：当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做 其特点是：与磁场方向垂直，线圈每次经过该面感应电流方向均发生改变峰值面的特点是：磁通量为 ，但电动势 4描述交变电流的“四值”： 瞬时值： ，（从中性面开始计时）峰值： ，平均值： ，有效值：根据电流的 定义。 ，（正、余弦交流电）5周期和频率： 周期， 频率， 转速 特别提醒：1书写交变电流的表达式，一定要注意初始平面是中性面还是峰值面若从中性面开始，则为正弦函数，若从峰值面开始，则为余弦函数。2只有正弦式效流电的峰值与有效值才有倍关系3计算电量只能用平均值而电容耐压值对应的是最大值 例1（2008山东滨州）单匝矩形线圈abcd放在匀强磁场中，如图所示，ab=de=l1，ad=bc=l2，从图示位置起以角速度绕不同转轴做匀速转动，则（ ）A以OO为转轴时，感应电动势B以O1O1为转轴时，感应电动势C以OO为转轴时，感应电动势D以OO为转轴或以ab为转轴时，感应电动势解析 以OO为转轴时，图示位置相当于是峰值面，根据感应电动势的表达式可知，则C对A错。再根据三角函数关系可知D选项正确。若线圈以O1O1为转轴，则线圈磁通量变化始终为零，则感应电动势为零。【答案】C、D规律总结 交变电流的产生与线圈平面初始位置有关，因此书写表达式时首先要看清初始位置。若线圈平面与磁感应强度方向平行，则不会有感应电动势产生。例2 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13-1-1中实线位置第一次匀速转动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？解析 由电流的定义，计算电荷量应该用平均值：即，而，故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，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【答案】 规律总结 要掌握交变电流“四值”的意义：计算电量只能用平均值计算电功、电功率、电热等与热效应有关的量必须用有效值而电压表、电流表所能测量到的也是有效值考点2 交变电流的图象1根据图象的意义，从图象的纵坐标轴上可以直接读出交变电流的 ，从图象的横坐标轴上可以直接读出交变电流的 ，从而可推导角速度及频率2周期与角速度、频率的关系是 。交变电流的频率与线圈的 相等。3图象本身则体现了函数关系，反映了交变电流的瞬时变化关系，故图线本身是书写交变电流瞬时表达式的依据。例3 （2009佛山模拟）电阻为1的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴，在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如图所示现把交流电加在电阻为9的电热丝上，下列判断正确的是（ ）A线圈转动的角速度100 rad/sB在t0.01s时刻，穿过线圈的磁通量最大C电热丝两端的电压D电热丝此时的发热功率P1800 W解析 由图可以看出该交变电流的周期，则角速度，A错。t0.01s时刻，电压达到最大，则此时磁通量变化率最大，磁通量为零，B错。电热丝两端电压为路端电压，则C错。根据电功率公式可知D正确。【答案】D规律总结弄清图象与瞬时表达式的关系是处理图象问题的要点此外，由图象直接可以看出周期与峰值。要注意交变电动势、电流实际上还是由电磁感应产生的，取决于磁通量的变化率，因此，与磁通量、磁感应强度的图象是互余的关系。 高考重点热点题型探究热点1 交变电流的图象e/Vt/s202000.1250.250真题1 （2008广东高考）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R10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0.125B交变电流的频率为8HzC交变电流的有效值为AD交变电流的最大值为4A 解析 由et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A，选项C正确。【答案】C名师指引 用交变电流的图象能够较全面的考查描述交变电流和各物理量，还可以结合交变电流的产生、变压器、电阻定律等命题，因此倍受命题专家的青睐。遇到此类问题，考生应尽量先写出交变电流的表达式，然后才进一步作答。新题导练 （2009广州天河区模拟）e/Vt/sO1-10.10.20.3矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图2所示.下列说法中正确的是（ ）A.此交流电的频率为0.2HzB.此交流电动势的有效值为1V图2C.t=0.1s时，线圈平面与磁场方向平行D.线圈在转动过程中穿过线圈的最大磁通量为Wb抢分频道限时基础训练卷1如图所示，一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程线框中产生的感应电动势的瞬时值为e=0.5sin20t(V)，由该表达式可推知以下哪些物理量？ A匀强磁场的磁感应强度 B线框的面积 C穿过线框的磁通量的最大值 D线框转动的角速度2如图甲，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO与磁场边界重合，线圈按图示方向匀速转动，t=0时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcda为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图象是图乙中的哪一个？（ ）3（2009广州越秀区）某交流发电机中，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的关系如图所示如果此线圈和一个 R l00 的电阻构成闭合电路，不计电路的其它电阻，下列说法中正确的是（ ）A交变电流的周期为0 . 04s B电阻 R 两端的最大电压是 l00V C交变电流的有效值为 1A D交变电流的最大值为 1A 4（2008肇庆二模）一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为.关于这个交变电流,下列说法中正确的是( )A.交变电流的频率为100HzB.电动势的有效值为220VC.电动势的峰值约为311VD.t=0时,线圈平面与中性面垂直5电阻R1、R2交流电源按照图13-1-15甲所示方式连接，R110 ，R220 合上开关后S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图13-1-15乙所示则( )A通过R1的电流的有效值是1.2 A BR1两端的电压有效值是6 V C通过R2的电流的有效值是A DR2两端的电压有效值是V6.（2009山东烟台）把一只电热器接到100V的直流电源上时，在时间t内能产生热量Q，若将它接到u=100sint（V）的交流电源上，仍要产生热量Q，则所需的时间为 ( ) A.t B.2t C.t D.4t7长为a、宽为b的矩形线框有n匝，每匝线圈电阻为R如图所示，对称轴MN的左侧个在磁感应强度为B的匀强磁场中，第一次将线框从磁场中以速度v匀速拉出；第二次让线框以的角速度转过90角那么（ ）A通过导线横截面的电量q1：q2=1：nB通过导线横截面的电量q1：q2=1：1C线框发热功率P1：P2=2n：1D线框发热功率P1：P2=2：18（2009茂名一模）如图表示一交变电流随时间而变化的图象，则此交变电流的（ ）A电流的最大值为A B电流有效值为5AC周期为0.2sD频率为50Hz9如图13-1-11所示为电热毯电路示意图，交流电压u =311sinl00t(v)，当开关S接通时电热丝的电功率为P0；下列说法正确的是（ ）A开关接通时，交流电压表的读数为220VB开关接通时，交流电压表的读数为311VC.开关断开时，交流电压表的读数为311V，电热丝功率为P0/2D开关断开时，交流电压表的读数为156V，电热丝功率为P0/210平行板间加如图4（a）所示周期变化的电压，重力不计的带电粒子静止在平行板中央，从t=0时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况图4（b）中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是 ( )基础提升训练1如图13-1-7所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时（ ）A线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是abcdD线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力2处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直在t0时刻，线圈平面与纸面重合（如图），线圈的cd边离开纸面向外运动若规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是（ ）abcdBA B C D 3（2009天津调研）如图所示，交流发电机线圈的面积为 0.05m2，共100匝，在磁感应强度为T的匀强磁场中，以rad/s的角速度匀速转动，电阻R1和R2的阻值均为50，线圈的内阻忽略不计，若从图示位置开始计时，则（ ） A线圈中的电动势为e50sin10t V B电压表的示数为V C电流表的示数为A DR1上消耗的电功率为 50 W4（2008佛山质检）一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电e=220sin100t(V)，那么（ ）A该交流电的频率是100HzB当t=0时，通过线圈的磁通量恰好为零C当s时，e有最大值D该交流电电动势的有效值是V5（2009华师附中）如图甲所示电路，电阻R的阻值为50，在ab间加上图乙所示的正弦交流电，则下面说法中正确的的是 BCDA产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为 3.14rad/sB如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，则电流表的示数也增大一倍C交流电压的有效值为100VD电流表示数为2A6（2008广州二模）一交流电压的图象如图所示，将该交流电压加在一电阻两端，下列说法正确的是（ ）A该交流电压的频率为50HzB流过电阻的电流方向每秒钟改变50次C并联在该电阻两端的交流电压表的示数为110VD该交流电压的瞬时表达式为 (V)6A、C、D由横坐标轴可以看出周期为，则频率，故A选项正确。电流的方向在每个周期内改变2次，则每秒钟改变100次，B选项不正确。由纵坐标轴可以看出电压的最大值是，则电压表的读数即电压的有效值，C选项正确。图示为正弦式交变电流，可知D选项正确7(2009江苏盐城) 阻值为的电阻上通以交变电流，其it关系如图，则在01s内电阻上产生的热量为（ ）A1J B15JC2J D28J8如图13-1-9所示,一台模型发电机的电枢是矩形导线框abcd，其ab和cd边长为L1=0.4m，ad和bc边长L2=0.2m，匝数为n=100，它在磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中绕通过线框对称中心线，且垂直于磁场方向的轴OO匀速转动，当开关S断开时,电压表的示数为V开关S闭合时，外电路上标有“10 V、10W”的灯泡恰好正常发光求：（1）导线框abcd在磁场中转动的角速度?（2）S闭合后,当导线框从图示位置转过=600过程中通过灯泡的电荷量（计算结果保留二位有效数字）8两导轨和互相平行，相距，固定在水平面内，其电阻可忽略不计， 是一电阻等于的金属杆，它的两端分别与和保持良好接触，又能无摩擦的滑动导轨和金属杆均处于磁感强度的匀强磁场中，磁场方向如图13-1-16所示导轨左边与滑动变阻器（最大阻值）相连，在时刻，金属杆由静止开始向右运动，其速度随时间t变化的关系为求：（1）杆产生的感应电动势随时间变化的关系式（2）在1min内最多能够产生多少热量？10（2008湖南12校联考）如图所示，两根不计电阻的倾斜平行导轨与水平面的夹角=37o ，底端接电阻R=1.5.金属棒a b的质量为m=0.2kg.电阻r=0.5，垂直搁在导轨上由静止开始下滑，金属棒a b与导轨间的动摩擦因数为=0.25，虚线为一曲线方程y=0.8sin(x)m与x轴所围空间区域存在着匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，方向垂直于导轨平面向上（取g=10m/s2,sin37o=0.6,cos37o=0.8）.求：（1）.当金属棒a b下滑的速度为m/s 时，电阻R的电功率是多少？（2）当金属棒a b运动到Xo=6 m处时，电路中的瞬时电功率为0.8w，在这一过程中，安培力对金属棒a b做了多少功？能力提高训练1（2008宁夏高考）abcdBOO/abB(c)(d)45ab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（ ）i/At/rad222320At/radi/A222320Bt/rad2i/A22230Ci/At/rad222320D2（2009江苏泰州）如图所示，边长为L的正方形线圈abcd 其匝数为n总电阻为r外电路的 电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO/ 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OO/轴匀速转动，则以下判断中正确的是（ ）A闭合电路中感应电动势的瞬时表达式e = nBL2sintB在t = 时刻，磁场穿过线圈的磁通量为零，但此时磁通量随时间变化最快C从t =0 时刻到t = 时刻，电阻R上产生的热量为D从t =0 时刻到t = 时刻，通过R的电荷量q = 3将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它在磁感应强度为B、方向如图13-1-10的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为（ ）A. (2l2nB)2/P B.2(l2nB)2/PC.(l2nB)2/2P D.(l2nB)2/P4（2008山东临沂）让匝数为100匝的闭合矩形线圈绕某垂直磁场的转动轴在匀强磁场中匀速转动时，线圈内可产生如图所示的交流电，由该图象可计算出（ ）A该交流电压的有效值为10V B该交流电变化频率为25Hz C矩形线圈转动的角速度为50rad/sD矩形线圈转动过程中，穿过线圈平面的最大磁通量为wb5为某型号电热毯的电路图，将电热丝接在u156sin120t V的电源上，电热毯被加热到一定温度后，由于P的作用使输入的正弦交流电仅有半个周期能够通过，即电压变为图b所示波形，从而进入保温状态.则此时交流电压表（ ）A. 测量的是电压的最大值,读数是156V B测量的是电压的有效值,读数是110V C测量的是电压的有效值,读数是78 V D测量的是电压的有效值,读数是55 V6两个相同的环形金属线圈A、B靠近且同轴放置，如图13-1-14甲所示线圈A中通以如图13-1-14所示的交变电流，则下列说法中不正确的是（） A在tlt2时间内两线圈互相吸引 B在t2t3时间内两线圈互相排斥C在tl时刻两线圈间的作用力为零 D在t2时刻两线圈间的作用力最大7用单位长度电阻为的导线绕制一个n=100匝、边长a=0.20m的正方形线圈，线圈两端与阻值的电阻连接构成闭合回路，如图13-1-17甲所示线圈处在均匀磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度的大小随时间变化的关系如图13-1-17乙所示求：（1）在0s时间内，通过电阻R的电荷量；（2）1min内电流通过电阻R所产生的热量；（3）线圈中所产生的感应电流的有效值8如下图甲所示，边长为和L的矩形线框、互相垂直，彼此绝缘，可绕中心轴转动，将两线框的始端并在一起接到滑环C上，末端并在一起接到滑环D上，C、D彼此绝缘，外电路通过电刷跟C、D连接，线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中，磁场边缘中心的张角为450，如下图乙所示(图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图箭头方向所示)不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是沿着线框平面磁场中长为的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设线框和的电阻都是r，两个线框以角速度逆时针匀速转动，电阻R=2r(1)求线框转到如乙图所示位置时，感应电动势的大小；(2)求转动过程中电阻R上电压的最大值；(3)从线框进入磁场开始计时，作出0T(T是线框转动周期)的时间内通过R的电流随时间变化的图象；(4)求在外力驱动下两线框转动一周所做的功9如图13-1-18甲所示，真空中两水平放置的平行金属板C、D，上面分别开有正对的小孔O1和O2，金属板C、D接在正弦交流电源上，C、D两板间的电压UCD随时间t变化的图线如图13-1-18乙所示t0时刻开始，从C板小孔O1处连续不断飘入质量为m3.21021kg、电荷量q1.61015C的带正电的粒子（设飘入速度很小，可视为零）在D板外侧有以MN为边界的匀强磁场，MN与金属板C相距d10cm，匀强磁场的大小为B0.1T，方向如图中所示，粒子的重力及粒子间相互作用力不计，平行金属板C、D之间的距离足够小，粒子在两板间的运动时间可忽略不计求：（1）带电粒子经小孔O2进入磁场后，能飞出磁场边界MN的最小速度为多大？（2）从0到0.04s末时间内哪些时刻飘入小孔O1的粒子能穿过电场并飞出磁场边界MN？（3）以O2为原点建立直角坐标系，在图甲中画出粒子在有界磁场中可能出现的区域（用斜线标出），并标出该区域与磁场边界交点的坐标要求写出相应的计算过程10如图6所示，真空中相距d5cm的两块平行金属板A、B与电源连接（图中未画出），其中B板接地（电势为零），A板电势变化的规律如图所示将一个质量kg，电量q+1.610-19 C的带电粒子从紧临B板处释放，不计重力求（1）在t0时刻释放该带电粒子，释放瞬间粒子加速度的大小；（2）若A板电势变化周期T1.010-5 s，在t0时将带电粒子从紧临B板处无初速释放，粒子达到A板时动量的大小；（3）A板电势变化频率多大时，在到时间内从紧临B板处无初速释放该带电粒子，粒子不能到达A板参考答案考情直播考点整合考点1交变电流及其产生 描述交变电流的物理量1强弱、方向 2垂直于、正弦式、余弦式 3中性面、零、最大4、热效应、考点2 交变电流的图象1峰值、周期 2、转速 高考重点热点题型探究新题导练 D 由图象查以看出，该交变电流的峰值为1V，则其有效值为，B错。其周期为0.2s，则其频率为5Hz，A错。t=0.1s时，电动势为零，为中性面，线圈平面与磁场方向垂直，C错。抢分频道限时基础训练卷1C、D 由及e=0.5sin20t可知rad/s，Wb 2A 产生余弦式交流电3A、D 最大电压为100V，交变电流的有效值为/2 A 4B、C 根据比较判断 5B 6. B 热效应对应交变电流的有效值 7B、D电量取决于，热功率取决于有效值8ABC根据有效值的定义，有9A、D 电表测量到有效值，开关断开时每个周期只有一半时间通电10A 由于交变电流在一个周期内只是电流方向发生改变而大小未变,故粒子先匀加速运动、后匀减速运动,周期内运动方向未发生改变.基础提升训练1A图示为峰值面，由可知电动势大小与转轴所在位置无关，则可判断 A对而B、D错再结合楞次定律知C错2C 图为峰值面,故得到余弦函数.由楞次定律可知开始时电流方向为正3C 4C频率是50Hz，t=0时磁通量最大，有效值为220V5C rad/s6D 峰值对应峰值面磁通量为零，而电流为零对应中性面磁通量最大从A到B转过7D 8（1）=12.5 rad/s (2)Q=5.71O-2 C 要通过电压及电流的有效值计算回路总电阻9（1）（2）滑片触头移至最上端时R2功率最大10（1） PR=0.06w （2）W安 = 3.8 J 能力提高训练1D 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转时的瞬时电动势表达式的理解。2BCD 磁通量的变化与匝数无关，计算热量要用有效值，而算电量才用平均值3B 由，可得R=2(l2nB)2/P4ABC 5C取一个周期计算有效值,一个周期包括一段波及一段空6D 根据楞次定律及电流的相互作用关系判断7（1）在0s时间内的感应电动势通过电阻R的电流 所以在0t1时间内通过R的电荷量q=I1t1=1.010-2C （2）在一个周期内，电流通过电阻R产生热量 在1.0 min内电阻R产生的热量为 （3）