2020年高考物理备考微专题精准突破专题5.9 交流电的产生及描述

ΔtΔtmmmmΔtΔtmmmmm高物备微题准破专5.9交电产及述【题释．交流电产生过程中的两个特殊位置图示概念特点

中性面位置B⊥Φ＝，最大ΔΦe＝，小感应电流为零，方向改变

与中性面垂直的位置B∥Φ＝0，最小Δe＝＝，最大感应电流最大，方向不变正弦式变电流的变化规律磁通量：＝cosωt；电动势e＝Esin；电流：i＝Isin.交变电的有效值（1用公式法计算利用E＝

EUI、＝、I＝计，只适用于余)式交变电流．（2—．利用有效值的定义计算(非正弦式电)计算时相同时”至少取一个期或周期的整数倍．（3用能量关系计算当有电能和其他形式的能转化时，可利用能的转化和守恒定律来求有效值．交变电“四值的较

mmmmmmmΔt000mmmmmmmΔt000物理量瞬时值

重要关系eEωtiIsinE＝ω

适用情况及说明计算线圈某时刻的受力情况峰值

E＝

EI＝＋EU，＝，

讨论电容器的击穿电压(1)计算与电流的热效应有关的(如电功、电功率、电热等)有效值

I＝

I

m

(2)电气设备铭上所标的值平均值

(只适用于正弦式交变电流)E＝vΔΦE＝EI＝＋

(3)保险丝的熔断电流(4)交流电表的读数计算通过电路截面的电荷量【考航【2018·全国III】电阻接到方波交流电源上在个周期内产的热量为Q；该电阻接到正弦交变电源上，在一个周期内产生的热量为Q。电阻上电压的峰值为，期为T，图所示。则Q等于（）A【答案】D

B

．1:2D2:1【解析】根据题述，正弦交变电流的电压有效值为

u

02

，而方波交流电的有效值为，据焦耳定律欧姆定律，Q=I2=

U2

T，知在一个周期T内产生的热量与电压有效值的二次方成正比Q∶Q∶

（

u

2

）∶1，选项D正。【2018·全国III】图），在同一平面内固定有一长直导线PQ一导线框R在PQ右侧。导线PQ中通有正弦交流电流i，i动势（）

的变化如图）所示，规定从Q到P电流的正方向。导线框中的感应电A在

t

T时为零B在t42

时改变方向C．

t

2

时最大，且沿顺时针方向

D．在t时大，且沿顺时针方向【答案】AC【解析】由图（b）可知，导线中流在t=T时到最大值，变化率为零，导线框中磁通量变化率为零，根据法拉第电磁感应定律，在t=时线框中产生的感应电动势为零，选项A确；在2时导线电流图象斜率方向不变致导线框R中通量变化率的正负不变楞次定律以时，导线框中产生的感应电动势方向不变，选项B错；由于在时，导线中电流图象斜率最，电流变化率最大导致导线框中磁通量变化率最大根法拉第电磁感应律，在=T导线框中产生的感应电动势最大，由楞次定律可判断出感应电动势的方向为顺时针方向，选项正确；由楞次定律可判断出在t=T时应电动势的方向为逆时针方向，选项D错。【2017·天津】匀强磁场中，一个100的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为（）At=0时线圈平面平行于磁感线

B．时，线圈中的电流改变方向C．=1.5s时线圈中的感应电动势最大

D．一个周期内，线圈产生的热为

8

J

2mmmmm2mmmmm【答案】AD【解析t=0时磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，A正；每经过一次中性面（线圈平面垂直于磁感线，磁通量有最大值）电流的方向改变一次=1s，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，B错；t时，磁通量有最大值，但磁通量的变化率为零（

），根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零，故错误；感应电动势最大值

Emm

πT

πV

，有效值E

E

2πV一个周期内线圈产生的热量Q2

J

，故D正。【法巧求解正式交变电流的三点注意(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式．(2)注意峰值公式E＝ω中有效面积．(3)转轴相对线圈的位置改变，或线圈的形状改变时，电动势的最大值可由E＝计．计算交电流有效值的方法(1)分段计算电热，然后求和得出一个周期内产生的总热量．U2(2)利用两个公式＝I2＝t可别求得电流有效值和电压有效值．(3)若图象部分是正(余式交变电流，其中的但须是从零至最大值或从最大值至)周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I＝

I

U、＝求解．【新向码例福泉泉区一学三质检)如为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为的强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R10Ω接t＝0时线圈以T＝的周期从图中位置开始转动，转动时理想交流电压表示数为10，则下列说法正确的是()A电阻上电功率为20W

TmTmB．两端的电压u随间变化的规律是＝102·cos100tC．＝R两的电压瞬时值最D．个期内电阻产生的热量是0.2【答案】U2【解析】电R消的电功率为P＝＝W10A错误两电压的最大值为U＝U＝10210m2πV角速度＝＝100π，圈图中位置开始转动时，感应电动势最大两电压最，故R两的电压时间t变的规律是＝cos100t(V)B正t＝0.02s时即＝T时线圈平与磁场方向平行，磁通量的变化率最大，此时线圈产生的感应电动势最大两的电压瞬时值最大正；根据焦耳定律可知，一个周期内电阻产的热量Q＝I

RT＝＝10×0.02＝0.2J，正。例山东临高上末如图所示是磁感强度大小为B的强磁场的左边界是一面积为S的n匝形金属线框的对称轴框角速度ω绕与磁感线垂直的转轴匀转动图示位线框与磁感线平行)开始计时，则)2πA＝时线框中的感电流最小ω

B．＝

π时，穿过线框的磁通量变化率最大ωC．框中产生的交变电动势的最大值为nBS

D线框中产生的交变电动势的有效值为

nBSω【答案】D【解析】

由图可知，该线框的一半在磁场外，则线框产生的最大感应电动势：＝nBSω，示位置线m2π2框平面与磁场方向平行，则线框产生感应电动势的瞬时值表达式为e＝ωt，当＝时＝＝mωωππ2πe＝，知此时的感应电动势最大，则线框中的感应电流最大错；当t＝时ωt＝＝ω2π，＝，此时感应电动势最小，所以过线框的磁通量变化率最小B错；线框中产生的交变电动势的有效值：＝

E＝nBSωD正。4

mm0.43mmm0.43m【专精】一个矩线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e＝2002100t，那么A该交变电流的频率是100B．当＝0时线平面恰好与中性面垂直

()C．t＝s时，达到峰值

D．该交变电流的电动势的有效为2V【答案ω100π【解析流电动势瞬时值表达式＝ωt可电的频率f＝＝＝50，2π2选项A错误．在t0时电动势瞬时值为，线圈平面恰好在中面处，选项B错．当t＝s时，e达到峰值E＝200V，选项正．该交变电流的电动势的有效值＝

E

m

＝200V选项D错．．(多选如图所示，图线线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图象如图线所示，以下关于这两个正弦交电的说法正确的是

()A在图中t时刻穿过线圈的磁通量均为零

B线圈先后两次转速之比为3∶2C．流电的瞬时值表达式为＝10sin5πVD．交流电的大值为V【答案BCD【解析图t＝0时，感应电动势为零，穿过线圈的磁通量最大A错；周期为，b的期为0.6s，转速与周期成反，所以转速之比为3∶，B确；交流电的瞬时值表达式为u＝sinωt，2π以a的瞬时值表达式为u＝)＝10sin5tV，正；由U＝，可知角速度变为原来的，则最大值变为原来的，流电b最大值为VD正．(2019·南京盐一模)一只电阻分别通过四种不形式的电流，电流随时间变化的情况如下图所示相同时间内电阻产生热量最大的是

()

mmmmU2mmm1212mmmmU2mmm1212【答案】D【解析】选A、中变电流有效值都为2A选项C中定电流的大小为A，选项D中交变电流的有效值为2A根据热量的表达式＝IRt得选项D正．如图所为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压弦交流电的每一二分之一周期中面四分之一周期被截去，则现在电灯上电压的有效值为

()AU

m

U

UUC.D.【答案D【解析题给图象可知，交流电压的变化规律具有周期性，用电流热效应的等效法求解．设灯的阻值U为，正弦交流电压的有值与峰值的关系是U，由于一个周期内半个周期有交流电压，一周期内交m2UUU流电产生的热量为Qt设交流电压的有效值为U由流效应得Q＝所该R22RU交流电压的有效值U＝，见选项正．．图示为表示一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电的有效值是()A5AB．3.52A．AD5A【答案D【解析流的有效值是根据其热效应定义的，它是从电流产生焦耳热相等的角度出发，使流电与恒定电流等效交流电的有效值I该交变电流通过一阻值为的纯电阻一周期内有I2

＝I2

T＋I

T所以该交流电的效值为I

I2＋

＝5(2019·湖南阳中考)一弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知

()

mm1002mm1002A该交流电的电压瞬时值的表达式为＝25tB该交流电的频率为25C．交流电的电压的有效值为VD．将交流电压加在阻值R＝Ω的阻两端，则电阻消耗的功率为【答案BD【解析图中可得该交流电的周期为＝

s，所以频率为f＝＝25Hz选项B正确；角速度为Tω＝π＝rad/s，图象中可知交流电最大值为U＝100V，所该交流电的电压瞬时值的表达式为uU100sin(50t，该交流电的有效电压值为U＝＝2V，项A、C误；若将该交流电压加在阻值RU25000＝Ω的阻两端，则电阻消耗功率为＝＝W，项D正．如图甲示为一交变电压随时间变化的图象，每个周期内，前二分之一周期电压恒定，后二分之一周期电压按正弦规律变化．若将此交流电连接成如图乙所示的电路，电阻R阻为100Ω，则()A理想电压表读数为100VB．想电流表读数为AC．阻消耗的电功率为56WD．电阻R在100秒内产生的热量为625【答案BDU22T【解析电的热效应一周期内产生的热量＝T＝＋解＝75VA误；22U电流表读数I＝＝B正；电阻消耗的电功率P＝I2

＝W错；秒内产生的热量＝＝，正．．(多选图甲为小型交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀转动，线圈的匝数n100、总电阻r＝Ω，线圈的两端与阻值为95Ω的电阻R连，交流电压表为理想电表刻平面与磁场方向平行每线圈的磁通Φ随间按乙所示正弦规律变化

mmmm交流发电机产生的电动势的最大为E，压表的示数为，(mA．E＝200＝134VB．EVmmC通过电阻的电流每秒内方改变约50次．实耗的功率为190【答案【解析发产生的电势的最大值E而Φ，可知Φ2mmm

WbT

＝200动的有效值＝m

E

m2

2闭合电路的欧姆律，可知电路中电流的有效值

E＝2A，压示数为≈134V故选项正确，错由题R图乙可知，周期T＝2

1率电阻的流每秒内方向改变约32次，C错T误；电阻R消的功率为P2

R＝190W，项正建门末匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线直的转动轴匀速转动甲示生的交变电动势随时间变化的规如图乙所示．则下列说法正确的是(甲

乙A＝0.01线框的磁通最小B该交变电动势的有效值为112C该交变电动势的瞬时值表达为＝222·cosD．电动势瞬时值为22V时线平面与中性面的夹角为45°【答案【解析感电势为零，线框位于中性面位置，穿过线框的磁通量最大错；由图U象知，正弦交变电动势的量大值U2V，故有效值U＝＝22V项误；，应电动2势为零，故瞬时值表达式应为＝222sin错；当V时＝E，解得θm

22＝45°，项确．10.(2019·河南封模)图甲所示为一台小型发机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示．发电机线圈内阻为Ω，外接灯泡的电阻为9Ω恒不，则下列说法中确的为

()A电压表的示数为6VB．电机的输出功率为4WC．1.0×10时，穿过线圈的磁通量最大D在1.0×102

s时，穿过线圈的磁通量变化率最大【答案【解析据图乙所示的产生的电动势随时间变化的正弦规律图象可知，电动势最大值2V有效值为E＝6由合电路欧姆定律IER＋r＝0.6A电流表示数为0.6电表的示数为＝IR＝V5.4，选项A