【高中物理知识题型梳理】专题26 交流电的产生及描述（原卷版）

专题26交流电的产生及描述考点考情命题方向考点1交变电流的产生考点2交变电流的描述2024新课标2022浙江卷6月2024浙江卷6月2024广东卷2024河北卷2023湖南卷2023山东交变电流是常考题，常见题型有用有效值计算交流电路的电功、电功率和焦耳热；热功率的计算；安培力的计算公式及简单应用；法拉第电磁感应定律的基本计算；交变电流峰值的计算和影响因素．题型一交变电流的产生及变化规律1．交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．(2)两个特殊位置的特点：①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大，电流方向不改变．(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＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关．2．交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt电流i＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt（2024•九龙坡区模拟）如图甲，风吹向风力发电机叶片带动风轮机内部的矩形线圈在水平匀强磁场中转动，发电机简化模型为图乙。矩形线圈以角速度ω绕垂直于磁场的水平转轴OO顺时针匀速转动产生交流电，已知N匝线圈产生的感应电动势的最大值为Em。则（）A．图示位置时AB边产生的感应电流方向为B到A B．当线圈转到竖直位置时电流表的示数为零 C．图示位置时磁通量的变化率最小 D．穿过线圈的最大磁通量为E（2024•深圳一模）如图所示，各线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动（从左往右看沿顺时针方向转），从图示位置开始计时，设电流从2流出线圈为正方向，能产生图甲波形交变电流的是（）A．线圈平面与磁场垂直 B．线圈平面与磁场平行 C．线圈平面与磁场垂直 D．线圈平面与磁场平行（2024•江苏模拟）如图所示，在足够大的、磁感应强度为B的匀强磁场中，一匝数为N、面积为S的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，则当线框平面与中性面（）A．垂直时，线框的四条边受到安培力 B．垂直时，线框的磁通量变化率最大 C．重合时，线框产生的感应电动势最大 D．重合时，穿过线框的磁通量为NBS（2023•山西模拟）如图1为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．线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向以角速度ω匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图2所示，下列结论正确的是（）A．线圈从图1所示位置转过90°时是图2的计时起点 B．每经过图1所示位置1次，电流方向改变1次 C．若线圈的匝数为20，则电动势的最大值是20V D．若增大线圈转动的角速度，则磁通量变化率的最大值增大（多选）（2023•河西区校级二模）如图甲为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n＝20匝的线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向以角速度ω匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图乙所示。已知线圈内阻r＝1Ω，与线圈连接的定值电阻R＝9Ω，其他部分的电阻不计。下列说法正确的是（）A．图甲所示位置是图乙的计时起点 B．线圈中产生电动势的最大值为20π C．在0～0.1s内，通过电阻R的电荷量为0.8C D．在0～0.1s内，电阻R产生的焦耳热为1.8π2J题型二交流电有效值的求解 1．正弦式交流电的有效值：I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，E＝eq\f(Em,\r(2))2．非正弦式交流电有效值的求解需根据电流的热效应进行计算．（2024•浙江）如图所示，边长为1m、电阻为0.04Ω的刚性正方形线框abcd放在匀强磁场中，线框平面与磁场垂直。若线框固定不动，磁感应强度以ΔBΔt=0.1T/s均匀增大时，线框的发热功率为P；若磁感应强度恒为0.2T，线框以某一角速度绕其中心轴OO′匀速转动时，线框的发热功率为2PA．12N B．22N C．1N D．（2024春•石景山区期末）交流发电机的示意图如图所示，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e＝20sin100πtV。下列说法正确的是（）A．此交流电的频率为100Hz B．此发电机电动势的有效值为20V C．当线圈平面转到图示位置时磁通量为0 D．当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率为0（2024春•琼山区校级期中）调光台灯是用可控硅电子元件来实现台灯亮度调节的。如图所示为一个经过可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压U随时间t变化的图像，其中曲线为正弦曲线的一部分。由此可知，调光台灯的电压为（）A．10V B．102V C．1033（2024春•成都期末）某矩形金属线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈产生的感应电动势e随时间t变化的情况如图中正弦曲线所示。下列说法正确的是（）A．该电动势的有效值为22B．该交变电流的频率为0.2Hz C．1s内线圈产生的电流方向改变5次 D．t＝0.1s时，穿过线圈的磁通量为零（2024•和平区校级二模）单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图象如图所示。下列说法正确的是（）A．T2时刻线框平面与中性面垂直B．线框的感应电动势有效值为2πC．线框转一周外力所做的功为2πD．从t＝0到t=T4题型三交变电流“四值”的比较交变电流的瞬时值、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e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)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E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))适用于正(余)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)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值eq\x\to(E)＝Bleq\x\to(v)eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)计算通过电路横截面的电荷量（2024•皇姑区校级模拟）一单匝闭合矩形线圈abcd以角速度ω绕垂直于磁感线的固定轴OO'匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中，线圈电阻为R。通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法不正确的是（）A．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变，线圈平面与磁场方向垂直 B．t2、t4时刻通过线圈平面的磁通量变化率最大，线圈中感应电动势最大 C．从t1到t3的过程，通过线圈某一截面的电荷量为ΦmD．线框转动一周产生的焦耳热为π（2024•新余二模）为探究手摇式发电机的工作原理，两同学来到实验室设计了如图甲、乙所示的两个实验装置，由于两装置中仅使用的滑环有所不同，使得甲装置产生了直流电（如图丙），乙装置产生了交流电（如图丁）。若两装置中线圈以相同角速度在相同匀强磁场中同步进行匀速转动。则下列说法中正确的是（）A．两装置在图示位置所产生的瞬时电流均为零 B．两装置中所产生的电流变化周期不相同 C．在0～2t0内，两装置中电阻R产生的焦耳热不同 D．在0～2t0内，两装置中通过电阻R的电量相同（2024春•郫都区校级期中）如图所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1.0Ω，外接R＝9.0Ω的电阻．闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10sin10πt（V），则（）A．该交变电流的频率为10Hz B．该电动势的有效值为10V C．电路中理想交流电流表的示数为0.71A D．若将“10V100μF”的电容器并联在发电机两端，则电容器可能被击穿（2024春•浏阳市期中）如图所示，将磁极N、S间的磁场看作匀强磁场，磁感应强度大小为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OOʹ以角速度ω逆时针匀速转动，图示位置线圈恰好与磁感线垂直。下列说法正确的是（）A．线圈在图示位置时，通过电阻R的电流为2nωB．线圈自图示位置开始转动90°的过程中通过电阻R的平均电流为2nωC．线圈转动90°的过程中克服安培力做功的平均功率为4nD．线圈在图示位置时电压表的示数为0（2024春•渝北区校级期中）一电阻接到如图甲所示电源上，在一个周期内产生的热量为Q1；若该电阻接到图乙交流电源上（前14周期为正弦曲线），在一个周期内产生的热量为Q2。则Q1：Q2A．2：1 B．5：2 C．10：3 D．12：5（2024春•荔湾区校级期中）某些共享单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，可以不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所示，矩