201X_202x学年高中物理第二章交变电流微型专题2交变电流规律的应用粤教版选修3_2

1、微型专题2交变电流规律的应用,第二章交变电流,学科素养与目标要求,物理观念： 1.进一步熟练掌握交变电流的图象，并能从中获取相应的信息. 2.熟练掌握交变电流有效值的计算. 科学思维： 比较交变电流“四值”的适用情况，结合欧姆定律、焦耳定律等知识进行综合分析和计算,NEIRONGSUOYIN,内容索引,重点探究,达标检测,微型专题练,启迪思维 探究重点,检测评价 达标过关,克难解疑 精准高效,重点探究,正弦式交变电流的图象是一条正弦曲线，从图象中可以得到以下信息,一、交变电流图象的应用,3)瞬时值：每个“点”的纵坐标表示某一时刻的瞬时值. (4)可确定线圈位于中性面的时刻，也可确定线圈平行于磁

2、感线的时刻,例1(多选)图1表示一交变电流随时间变化的图象，由图可知,图1,在t0.25102 s和t0.75102 s时电流最大，此时线圈与中性面垂直，C错误,例2(多选)用相同粗细且由同种材料制成的两个单匝正方形线圈a、b，在同一匀强磁场中分别绕垂直磁场方向的轴匀速转动，穿过它们的磁通量随时间变化的图线如图2所示.已知两线圈产生的感应电动势相同，其中穿过a线圈的磁通量的最大值为0，则,图2,解析t0时刻，穿过a线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电流为零，A错误,二、交变电流“四值”的比较及应用,交变电流的“四值”，即峰值、有效值、瞬时值、平均值，在不同情况下的应用： (1)在研究某一

3、时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值. (2)在研究电容器的耐压值时，只能用峰值. (3)在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值，交流电流表、交流电压表显示的也是有效值. (4)在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均值,例3一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO以如图3所示的角速度匀速转动，外电路电阻为R,图3,1)写出图示时刻线圈中感应电流的方向,答案见解析,解析由右手定则可判定电流的方向沿adcba,2)线圈转动过程中感应电动势的最大值为多大,答案见解析,解析EmNBSNBL2,3)线圈平面与磁感

4、线夹角为60时的感应电动势为多大,答案见解析,解析线圈平面与磁感线成60角时的瞬时感应电动势,4)从图示位置开始，线圈转过60角的过程中通过R的电荷量是多少,答案见解析,解析通过R的电荷量,5)图中理想电流表和理想电压表的示数各是多少,答案见解析,解析理想电流表的示数,理想电压表的示数,例4如图4甲所示，固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一个小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n100匝，总电阻r1.0 ，所围成的矩形的面积S0.040 m2，小灯泡的电阻R9.0 ，磁感应强度随时间按图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应 电动势的瞬时值表达式为 ，

5、其中Bm为磁感应强度的最大值，T 为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求,图4,解析由题图乙可知线圈中交变电流的周期,答案8.0 V,1)线圈中产生的感应电动势的最大值,答案2.88 W,2)小灯泡消耗的电功率,小灯泡消耗的电功率PI2R2.88 W,3)在0 时间内，感应电动势和感应电流的平均值以及通过小灯泡的电荷量,答案5.1 V0.51 A4.0103 C,学科素养通过例3和例4，掌握交变电流“四值”的适用情况，正确将交变电流的“四值”与闭合电路欧姆定律、法拉第电磁感应定律、电流定义式等知识有机结合起来，体现了“科学思维”的学科素养,达标检测,A.电压表V的示数为20 V B.电

6、路中的电流方向每秒改变5次 C.灯泡实际消耗的功率为36 W D.电动势随时间变化的瞬时值表达式为e20cos 5t (V,1.(交变电流图象的应用)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图5甲所示，产生的交变电动势随时间变化规律的图象如图乙所示，已知发电机线圈内阻为1 ，外接一只电阻为9 的灯泡，则,图5,1,2,3,4,交变电流的频率为5 Hz，每一周期电流方向改变两次，所以电流方向每秒改变10次，B错误,1,2,3,4,2.(交变电流图象的理解)甲、乙两矩形单匝金属线圈分别绕与磁感线垂直的轴在同一匀强磁场中匀速转动，输出交变电流的感应电动势随时间变化的图象如图6中甲

7、、乙所示，则,图6,A.甲的频率是乙的频率的2倍 B.甲线圈的面积是乙线圈面积的6倍 C.t1 s时，两线圈中的磁通量均为零 D.t2 s时，两线圈均与磁感线平行,1,2,3,4,解析由题图知甲的周期为2 s，乙的周期为1 s，所以f甲f乙12，选项A错误； 甲的电动势最大值为6 V，乙的电动势最大值为2 V，所以E甲E乙31，由EBS可知S甲S乙61，选项B正确； 当线圈处于中性面时磁通量最大，而感应电动势为零，当线圈平行于磁感线时，通过线圈的磁通量为零，而感应电动势最大，t1 s和t2 s时线圈均处于中性面位置，选项C、D错误,1,2,3,4,3.(交变电流“四值”的比较及应用)(多选)(

8、2018眉山市高二下学期期末)如图7所示，一矩形金属线圈面积为S、匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度绕垂直磁场的固定轴匀速转动.则,图7,1,2,3,4,解析最大感应电动势EmNBS，故A正确,1,2,3,4,4.(交变电流“四值”的比较及应用)(多选)如图8甲所示，单匝闭合线圈的半径为r，电阻为R，磁场垂直线圈所在平面，规定垂直纸面向里为正方向，磁感应强度随时间按图乙所示的正弦规律变化，最大值为B0，变化周期为T.下列说法正确的是,图8,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,微型专题练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,一、选择题 考点一交变电流图

9、象及应用 1.某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流.现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图象是,解析线圈转速为正常工作时的一半，据 知，周期变为正常工作 时的2倍，又据EmNBS知，最大值变为正常时的一半，结合我国电网交变电流实际情况，知正确选项为B,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.(2018柘皋中学高二下学期期中)如图1甲所示，电阻为1 的矩形线圈绕垂直匀强磁场的转轴OO匀速旋转产生交变电流，现将此电流给阻值为R10 的小灯泡L供电，通过电流传感器得到灯泡中电流的图象如图乙

10、，不考虑温度对灯泡阻值的影响，下列说法中正确的是,图1,A.在t5103 s时，线圈处于中性面位置 B.在t10103 s时，穿过线圈的磁通量最大 C.交变电流的瞬时值表达式为i5cos 50t (A) D.线圈产生的交变电流的电动势有效值为55 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析由题图乙可知t5103 s时刻感应电流为零，此时线圈所在平面处于中性面位置，故A正确； t10103 s时刻感应电流最大，此时线圈所在平面与中性面垂直，所以穿过线圈的磁通量最小，故B错误,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,A.电路中交变电流的频率为0.25 Hz B.通

11、过电阻的电流为 A C.电阻消耗的电功率为2.5 W D.用交流电压表测得电阻两端的电压为5 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,3.将阻值为5 的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图2所示.下列说法中正确的是,图2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,4.(2018玉溪市民族中学高二下学期期中)一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势随时间的变化规律如图3甲所示，现若将线圈转速增加为原来的2倍，并以线圈平面与磁场平行时(如图乙)为计时起点，则下列关于电动势随时间的变化规律四幅图中正确的是,图3

12、,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,A.电路中电流的频率为100 Hz B.电阻R消耗的电功率为14 W C.电流表的示数为1.4 A D.电路中电流瞬时值的表达式为i sin 100t A,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,5.一交流电路如图4甲所示，电阻R10 .交流电源输出的电压u随时间t变化的图线如图乙所示，闭合开关S后,图4,电阻R消耗的电功率PI2R1210 W10 W，所以B错误,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,

13、考点二交变电流“四值”的比较及应用 6.(2018易门一中高二下学期期末)一个矩形线圈的匝数为N，线圈面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度绕所在平面内垂直磁感线的轴匀速转动，开始时，线圈平面与磁场平行.对于它产生的交变电动势，下列说法正确的是,解析开始时，线圈平面与磁场平行，则eNBScos t，A错误,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,A.两线圈的磁通量变化规律相同 B.两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同 C.经相同的时间t(tT)，两线圈产生的热量不同,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,7.面积均为S的两个电阻相同的线圈，分别放在如图5

14、甲、乙所示的磁场中，甲图中是磁感应强度为B0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕垂直磁场方向的OO轴匀速转动，乙图中匀强磁场变化规 律为 ，从图示位置开始计时，则,图5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,8.(多选)如图6所示，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，以恒定的角速度绕垂直磁场方向的ab边转动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为S，线圈导线的总电阻为R.t0时刻线圈平面与纸面重合.则,图6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,9.(多选)如图7所示，交流发电机的矩形线圈边长abcd

15、0.4 m，adbc0.2 m，线圈匝数N100 匝，电阻r1 ，线圈在磁感应强度B0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以100 rad/s的角速度匀速转动，外接电阻R9 ，从图示时刻开始计时，则,A.电动势瞬时值为160sin (100t) V B.t0时线圈中磁通量变化率最大,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图7,解析电动势的瞬时值eNBScos t1000.20.40.2100cos (100t) V160cos (100t) V，A错误,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.(多选)如图8所示，一半径为r的半圆形单匝线圈放在具有理想边界的匀

16、强磁场中，磁场的磁感应强度为B.线圈以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，M和N是两个滑环，负载电阻为R.线圈、电流表和连接导线的电阻都不计，下列说法中正确的是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图8,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,二、非选择题 11.图9甲为小型旋转电枢式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OO匀速转动，线圈的匝数n100匝，电阻r10 ，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R90 ，与R并联的交流电压

17、表为理想电表.在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化.求,图9,1)交流发电机产生的电动势最大值,答案62.8 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析交流发电机产生电动势的最大值EmnBS,由t图线可知，m2.0102 Wb，T0.2 s 所以Em20 V62.8 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2)电动势的瞬时值表达式,答案e62.8cos (10t) V,解析线圈转动的角速度 ，由于从垂直中性面位置 开始计时，所以感应电动势的瞬时值表达式为eEmcos t62.8cos (10t) V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案31.4 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,4)电路中交流电压表的示数,答案40 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12.如图10所示，边长为l的正方形线圈abcd的匝数为