高考物理三轮冲刺题型归纳讲练专题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[题型导航]题型一交变电流的产生及变化规律 1题型二交流电有效值的求解 4题型三交变电流“四值”的比较 7[考点分析]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如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω。则当线圈转至图示位置时，下列说法不正确的是（）A．线圈中感应电流的方向为abcda B．线圈中的感应电流为nBlC．穿过线圈的磁通量为0 D．穿过某匝线圈磁通量的变化率为Bl2ω如图（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图。线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。下列说法正确的是（）A．图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大 B．从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝Imsinωt C．当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变 D．当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最大，ab边感应电流方向为a→b（多选）如图1所示，一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中做匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化如图2所示，下列说法正确的是（）A．t1时刻线圈平面垂直于中性面 B．t2时刻ad边的速度方向跟磁感线垂直 C．t3时刻线圈平面与中性面重合 D．在如图1所示位置时，电流方向改变一次图1是一手摇发电机，其原理可简化为矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴OO′匀速转动，产生随时间变化的感应电动势。已知矩形线圈abcd的匝数为N，边长ab＝cd＝L1，bc＝ad＝L2．线圈所在处磁感应强度为B．线圈的角速度为ω．当线圈转动到图2所示位置时，其平面与磁场方向平行。（1）求线圈转动到图2位置时ab边切割磁感线产生的感应电动势大小并判断ab两端电势的高低；（2）从线圈处于图2位置开始计时，t时刻线圈转至截面图中虚线所示位置，推导t时刻线圈产生的感应电动势大小为e＝NBL1L2ωcosωt；（3）如图3所示，线圈的ab、cd边分别通过电流与两个滑环e、f相连，滑环e、f与二极管D、外电阻相连，组成闭合回路。二极管具有单向导电性，即加正向电压时其电阻可忽略不计，加反向电压时电阻可视为无穷大。已知线圈电阻为r，外电阻为R，电路其余部分电阻不计。计算经过一段较长时间t（远大于线圈转动周期）的过程中，外电阻R上产生的热量。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．发电机的示意图如甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其他电阻不计，图乙中的Um为已知量。在金属框转动一周的过程中（）A．框内电流方向不变 B．电动势的有效值为12UmC．流过电阻的电荷量为4BLD．电阻产生的焦耳热为π如图甲所示为一台小型旋转电枢式交流发电机的构造示意图，内阻r＝1Ω，外电路电阻R2＝R2＝18Ω，电路中其余电阻不计，发电机的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n＝10，转动过程中穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化，如图乙所示，取π＝3.14，则（）A．t＝1.57×10﹣2s时，该小型发电机的电动势为零 B．t＝3.14×10﹣2s时，矩形线圈转到中性面位置 C．串联在外电路中的交流电流表的示数为2A D．感应电动势的最大值为20V（多选）图甲为风力发电的简易模型。在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁体转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时，传感器显示如图乙所示，则（）A．磁铁的转速为5πr/s B．线圈两端电压的有效值为62V C．交变电流的电压表达式为u＝12sin5πtV D．该交变电流可以直接加在击穿电压为62V的电容器上（多选）如图所示，匝数为n的正方形线圈abcd的电阻为r，线圈外接电阻R，理想电压表与电阻R并联，线圈ab边和cd边的中点连线OO′，恰好位于磁感应强度为B的匀强磁场的边界上，线圈绕OO′为轴以角速度ω匀速转动，电压表的示数为U，下列说法中正确的是（）A．从图示位置开始计时，电动势的表达式为e=2UsinωtB．穿过线圈的磁通量的最大值为Φm=2C．线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R的电荷量为2UD．线圈从图示位置转到90°位置时，电阻R的瞬时功率为2如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路中的电阻R＝4Ω，求：（1）感应电动势的最大值；（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过60°的过程中产生的平均速度感应电动势；（3）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过60°的瞬时感应电动势）；（4）线圈转动一周产生的总热量；（5）从图示位置开始的16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如图甲所示，标有“220V，40W”的电灯和标有“20μF，300V”的电容器并联接到交流电源上，电压表为交流电压表。交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关，下列判断正确的是（）A．t=T2B．电灯会烧坏 C．电容器有可能被击穿 D．交流电压表V的示数保持1102如图1所示，线圈abcd的面积是0.05m2，共100匝；线圈总电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应强度为B=1（1）线圈中感应电动势的峰值Em。（2）若线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时表达式。（3）线圈转过130（4）在图2中画出电