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文档简介
第45讲交变电流的产生及描述
——划重点之精细讲义系列
州①
考点1正弦交变电流的产生与瞬时值表达式
考点2交变电流有效值的计算
考点3正弦交变电流的“四值”
W基础相叩牢疝
一.交变电流的产生和变化规律
1.交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流.
2.正弦交流电
(1)产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.
(2)中性面
①定义:与磁场垂直的平面.
②特点:线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为
零.线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次.
(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
①电动势(e):e=EmSin0f.
②电压3):w=(7msitio/.
③电流⑺:z=/msincot.
(4)图象(如图所示)
二.描述交变电流的物理量
1.交变电流的周期和频率的关系:7=;.
2.峰值和有效值
(1)峰值:交变电流的峰值是它能达到的最大值.
(2)有效值:让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交流的一个周期内它们产
生的热量相等,则这个恒定电流/、恒定电压。就是这个交变电流的有效值.
(3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系
ImUmEm
[=-j=,U=~j=,E=~/=.
后考点剖析理重点
考点1:正弦交变电流的产生与瞬时值表达式
1.正弦式交变电流的变化规律及对应图象(线圈在中性面位置开始计时)
函数图象
0
我
磁通量◎=/coscot=BSeoscot
0T1
-0m_XJ__
e
Em
电动势e=EmSincot=nBScosincot
0
—E—Rt
m
u
U
REm
电压17wincot――■—msincot
mR+r
-um
V
Im
Em
电流i=I-sincot=―-—sincot
mR-vr0
—Im
2.两个特殊位置的特点
(1)线圈平面与中性面重合时,SLB,O最大,一=0,e=0,i=0,电流方向发生改变.
\t
(2)线圈平面与中性面垂直时,S\\B,0=0,—最大,e最大,i最大,电流方向不改变.
△划里点(❶)
(1)交变电流图象问题的三点注意
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形式,其变化规律与线圈
的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关.
②注意峰值公式Em=nBS(o中的S为有效面积.
③在解决有关交变电流的图象问题时,应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来,再
根据特殊位置求特征解.
(2)瞬时值书写的两关键
①确定正弦交变电流的峰值,根据已知图象或由公式4二力区的,求出相应峰值.
②明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式.
a.线圈从中性面位置开始转动,则i—f图象为正弦函数图象,函数式为i=/mSin图象如图
甲所示.
b.线圈从垂直中性面位置开始转动,则,一,图象为余弦函数图象,函数式为i=/mCOSM.图象
如图乙所示.
0
-
一盒
晌缪斯
考向1:正弦交变电流的产生
(1)解决此类问题的关键在于把线圈在匀强磁场中的具体位置与转动的时刻对应好,也就是电流
的变化规律与线圈在磁场中转动的具体情境对应好.
(2)交变电动势的最大值Em="5S。,与转轴位置无关,与线圈形状无关.
【考向11如图所示,空间有一匀强磁场水平向右,一正方形导线框Med平行于磁场方向放置,已
知导线粗细均匀,若该线框分别绕不同轴线以相同大小的角速度旋转,以下说法正确的是()
B
线框绕ac轴旋转,线框中不会产生交流电
线框分别绕轴和CD轴从图示位置开始转动时产生的交流电相同
若以成为轴转动,不会产生周期性电流,但a、d两点间会有电势差
D.沿N2方向观察,从图示位置开始线框分别绕ad轴和曲轴顺时针转动,线框中瞬间产生的
感应电流方向相反
【答案】C
【详解】A.绕ac转动时,回路磁通量变化,线框中有交流电产生,A错误;
B.绕轴转动时在线框中产生正弦式交流电,绕CD轴转动时,回路磁通量不变,无交流电产生,
B错误;
C.若以成为轴转动,线框无磁通量变化,不会产生交流电,但会在必、而两端产生电动势,C正
确;
D.以ad或6c为轴,根据楞次定律,电流方向均为abed,D错误。
故选C。
【考向2](多选)如图所示,矩形线圈a6cd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴尸,和巳
以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到图示与磁场方向平行时()
A.线圈绕尸/转动时的电流等于绕巳转动时的电流
B.线圈绕尸/转动时的电动势小于绕转动时的电动势
C.线圈分别绕尸/和巳转动时的电流的方向相同,都是a—d—CTb
D.线圈绕P1转动时de边受到的安培力大于绕巳转动时de边受到的安培力
【答案】AC
【详解】AB.产生正弦交变电流的条件是轴和磁感线垂直,与轴的位置和线圈形状无关,线圈Med
E
分别绕轴P八尸2转动,转到图示位置时产生的电动势后”8S。,由/=五可知此时/相等,故A正确,
B错误;
C.由右手定则可知电流方向为a—d-c—6,故C正确;
D.de边受到的安培力尸=BWc/,故尸一样大,故D错误。
故选ACo
考向2:交变电流的图象
(1)由图象可读出交变电流的电压或电流的最大值,进而利用正弦式交变电流最大值与有效值的
关系得到有效值.
2兀
(2)由图象可读出交变电流的变化周期7,然后计算得出角速度0=1.
(3)根据最大值、角速度等信息可以写出交变电流的瞬时值表达式.
【考向3】(2024・天津•一模)如图甲所示,矩形线圈放在有明确边界的匀强磁场中,线圈的中心轴
。0'与磁场边界重合,从上向下俯视,看到线圈绕。。'轴逆时针匀速转动。从图示位置开始计时,以
a灰力.方向为电流正方向,则线圈转动时产生的感应电流随时间变化的图线是图乙中的(
O
【详解】设线圈转动的角速度为3,ad=l,ab=L,则从图示位置转过90。的过程中,感应电动势
a)lBLla)
e=BLv=BLx—sin3t=--sin3t
即感应电动势与时间成正弦函数关系,则感应电流也与时间成正弦函数关系;根据楞次定律可知感
应电流的方向为
aidTCTbia
即与规定的正方向相反。转过90。后,油边离开了磁场,同时澳边进入了磁场,由于两边的线速度
大小相等、方向相反,则cd边进入磁场时产生的感应电动势的大小等于仍边离开磁场时产生的感
应电动势的大小、且感应电流的方向相反,所以感应电流是连续的。当边转动到最左端时,感应
电流减小到零;继续转动时,磁通量将减小,根据楞次定律可知,感应电流的方向将变化为
a—b—c—d—a
即与规定的正方向相同。
故选D。
【考向4】小型发电机的工作原理图如图甲所示,两磁极之间可视为匀强磁场,穿过线圈的磁通量
随时间的变化规律如图乙所示,将线圈与定值电阻相连。不计线圈内阻,下列说法正确的是()
A.片0时,线圈平面转到中性面位置
B.t=0.01s时,线圈产生的感应电动势最大
C.定值电阻消耗的功率与线圈的匝数成正比
D.电路中通过定值电阻的电流方向每秒改变50次
【答案】B
【详解】A.由图可知片0时,穿过线圈的磁通量为零,线圈平面转到与中性面垂直的位置,故A错
误;
B.由图可知,t=0.01s时,磁通量的变化率最大,可知线圈产生的感应电动势最大,故B正确;
C.设线圈的匝数为九,线圈转动的角速度为3,线圈产生的感应电动势的最大值
Em=九①m3
有效值为
厂nfPma)
E有=-h
V2
定值电阻消耗的功率
=T=-2R-
可知定值电阻消耗的功率与线圈匝数的平方成正比,故C错误;
D.由图可知,该交流电的周期为0.02s,则频率为50Hz,一个周期内交流电方向改变两次,所以电
路中通过定值电阻的电流方向每秒改变100次,故D错误。
故选B。
【考向5】(2024•北京大兴•三模)如图甲所示,为一小型交流发电机示意图。匝数为20的线圈总电
阻为2。,当线圈匀速转动时与外电路R=18。的电阻构成闭合回路。从图甲所示位置开始计时,通
过电阻R的交变电流如图乙所示,则下列判断正确的是()
A.t=0.01s时,线圈平面与磁场方向平行
B.图甲所示时刻,穿过线圈的磁通量变化最快
C.电阻尺的功率为7.2X103W
D.线圈的最大磁通量为率/Vb
【答案】C
【详解】A.由图乙可知,t=0.01s时,电流为0,则穿过线圈平面的磁通量最大,即线圈平面与
磁场方向垂直,故A错误;
B.图甲所示时刻,线圈平面与磁场垂直,穿过线圈平面的磁通量最大,穿过线圈的磁通量变化最慢,
过B错误;
C.由图乙可知,通过电阻的电流的有效值为
i=?=20A
V2
电阻R的功率为
P=FR=7.2x103W
故C正确;
D.感应电动势的最大值为
Em=im(R+r)=400V2V
又有
Em=NBSo),=3=篇
联立解得
V2
①m=『Wb
571
故D错误。
故选C。
【考向6](多选)在同一匀强磁场中,两个完全相同的矩形闭合金属线圈分别以不同的转速,绕与
磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图像如图中曲线人6所示。则()
A.两次t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零
B.曲线°表示的交变电动势的频率为25Hz
C.曲线6表示的交变电动势的最大值为15V
D.曲线。、6对应的线圈转速之比为3:2
【答案】BD
【详解】A.由图乙可知,在t=0时刻,线圈感应电动势的瞬时值均为0,则线圈一定处在中性面上,
此时磁通量最大,故A错误;
B.曲线a的周期为
Ta=0.04s
则电动势的频率为
1
九=77^-=25Hz
1a0.04s
故B正确;
D.转速〃在单位为r/s时,本质上就指频率,即有
1
n=f=亍
故两者的转速之比为
na几0.06s3
nbTa0.04s2
故D正确;
C.线圈在磁场中,感应电动势的瞬时值为
27T2兀
e=NBS—sin—t
TT
则电动势的最大值
2TC
,max=NBS
则有
1
-
a4
Camax----
b1
-
Cbmax6
曲线a表示的交变电动势最大值是15V,解得
2
Sbm=2eam=1°V
故C错误。
故选BDo
考向3:交变电流瞬时值的书写
交变电流瞬时值表达式的推导思路
(1)先求电动势的最大值£m="2So;
、2兀
(2)求出角速度①,€0=—\
(3)明确从哪一位置开始计时,从而确定是正弦函数还是余弦函数;
(4)写出瞬时值的表达式.
【考向7]如图所示,矩形线圈仍cd在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流。线圈的匝数N=10
匝,线圈的面积S=O.Olm?,线圈的转速几=50r/s,磁感应强度8=返「线圈电阻F=1Q,电阻
71
尺=9。。则从图示位置开始计时有()
A,线圈转动产生的感应电动势的峰值为10V
B.线圈转动产生的感应电动势表达式为e=10V2sin50t(V)
C.电流表的示数为1A
D.电阻R的热功率为18W
【答案】C
【详解】A.线圈的角速度为
3=271n=1007rrad/s
则线圈转动产生的感应电动势的峰值为
V2L
E=NBSo)=10x-x0.01xIOOTTV=10V2V
mTC
故A错误;
B.从图示位置开始计时,则线圈转动产生的感应电动势表达式为
e=10V2sinl00TTt(V)
故B错误;
CD.电动势有效值为
E=与=10V
V2
则电路电流为
可知电流表的示数为1A;电阻火的热功率为
P=I2R=9W
故C正确,D错误。
故选C。
【考向8】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。,传感器显示如图乙所示,则()
甲
A.磁铁的转速为2.5irr/s
B.1s内,该电压传感器中电流方向改变10次
C.该交变电流的电压表达式为a=12sin5nt(V)
D.该交变电流可以直接加在击穿电压为6&V的容器上
【答案】C
【详解】A.由乙图可知,其周期
T=0.4s
故磁铁转动的转速
11
n=亍=a"s=2.5r/s
A错误;
B.线圈在一个周期内电流的方向改变两次,由乙图可知,该线圈在1s钟的时间内呈现28周期性的
变化,故1s钟的时间内电流的方向改变了5次,B错误;
C.由乙图可知,该交变电流的最大电压U7n=12V,其角速度
2兀27r
3=亍=而=5bad/s
所以,其交变电流的电压的表达式为
u=12sin5nt(V)
C正确;
D.根据题意可知,该交变电流的电压的最大值为12V,大于电容器的击穿电压,故D错误。
故选C。
【考向9】如图所示,有一单匝矩形线圈a灰力在磁感应强度为2的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的
轴。。匀速转动,转动频率为/,边附、6c的长度分别为&和%,轴00分别通过ad和6c的中点,
线圈的电阻为心线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环(集流环)焊接在一起,并通过电刷与
阻值为R的定值电阻连接。
(1)线圈平面由如图所示位置开始计时,写出,时刻流过线圈的电流7•的表达式;
(2)求线圈每转动一周,电阻R上产生的焦耳热;
(3)由如图所示位置转过30。时,求必边所受安培力大小。
【答案】⑴i=⑵Q热薄涔⑶心=^^£
【详解】(1)由题意可知,线圈感应电流的最大值
u=怨=笔普/时刻流过线圈的电流i的表达式
2BLLTif
i=Zsina)t=-----r---2----sin2nft
mR+r
(2)通过电阻R电流有效值
当
7七m
1=工——
R+r
线圈每转动一周所用时间
_1
=7
线圈每转动一周,电阻R上产生的焦耳热
2n2RfB2LlLl
Q热=RRT
(R+r)2
(3)由题意可知,由如图所示位置转过30。时,瞬时电流
h="誓sin30。=驾普ab边所受安培力
B2ML24
Fab=BliLi=RK-
击考点剖析理重点
考点2:交变电流有效值的计算
1.公式法
EmUmJ
利用£=—、U=T、/=mT计算,只适用于正(余)弦式交变电流.
V2V2<2
2.利用有效值的定义计算(非正弦式电流)
计算时“相同时间”至少取一个周期或为周期的整数倍.
3.利用能量关系
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.
3.根据图像计算有效值的技巧
①计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相
U2
同热量”,先分段计算热量,求和得出一个周期内产生的总热量,然后根据。总=产尺7或0总=-7
R
列式求解.
②若图像部分是正弦(或余弦)式交变电流,其中的1周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)
4
和1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1=与、。=罩求解.
2V2<2
一盒
i造晌缪斯
【考向10】(2024・湖北・高考真题)在如图所示电路中接入正弦交流电,灯泡L1的电阻是灯泡L2的2
倍。假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S,灯泡Li、L2的电功率之比Pi72
为()
【答案】C
【详解】两个二极管正向电阻为0,反向电阻无穷大,二极管导通则短路并联的灯泡,此时另一个
灯泡与电源串联,根据电路图可知在一个完整的周期内,两个灯泡有电流通过的时间相等都为半个
周期,电压有效值相等,则根据
U2
P=M
可知
Pl-Pl=RL2:RLI=1:2
故选C。
【考向11】2024•河北・高考真题)Ri、&为两个完全相同的定值电阻,%两端的电压随时间周期性
变化的规律如图1所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的8倍),氏2两端的电压随时间按正
弦规律变化如图2所示,则两电阻在一个周期T内产生的热量之比(21:<22为()
【答案】B
【详解】根据有效值的定义可知图1的有效值的计算为
2㈣2
好7=包'工+理工
%*2+%*2
解得
%=倒)
图二的有效值为
U2—--Up。
V2
接在阻值大小相等的电阻上,因此
QI:Q2=UM=4:3
故选B。
【考向12】某电路中的交变电流在一个周期内的i-t图像如图所示,其中图线的历段为正弦曲线的
四分之一,则该交变电流的有效值为()
八〃A
V2—■;------------;
72J;
j:\-T
°T_b\\:
㈤--------------SJC
A.叵AB.空星AC.杳1AD.吗
6316
【答案】A
【详解】设该交变电流的有效值为/,则有
22
•=仔)4+而吗+信)吗
解得
1=匡工A
6
故选Ao
【考向13]如图所示,匀强磁场的左边界为。。一磁场方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为以
t=0时刻,面积为S的单匝三角形线圈与磁场垂直,三分之二的面积处于磁场中。当线圈绕。。,以
角速度。匀速转动,产生感应电动势的有效值为()
o、“Xxxx
1W
V\B
/xx\xX
加XXXX
AB遮BSo)cV5BSco口yT^BSs
6632
【答案】B
【详解】根据题意可知,当三分之二的面积处于磁场中转动时,感应电动势的最大值为
2
Emi=B-So)
转动时间为]当三分之一的面积处于磁场中转动时,感应电动势的最大值
1
Em2=B-Sa>
转动时间为《,设产生感应电动势的有效值为E,则有
件叫2T1小2丫TE2T
'2R+\^J'2R=~r
解得产生感应电动势的有效值为
近BS3
E=~^-
故选B。
【考向14】如图甲所示为一交变电压随时间变化的图像,每个周期内,前二分之一周期电压按正弦
规律变化,后二分之一周期电压恒定。若将此交流电连接成如图乙所示的电路,电阻R阻值为50。,
甲乙
A.理想电压表读数为45V
B.理想电流表读数为0.8A
C.电阻尺消耗的电功率为45W
D.电阻R在50秒内产生的热量为2020J
【答案】A
【详解】A.设交流电电压有效值为。,根据有效值定义可得
Z3022
(近)T(6。)TU2
-----------------1-------------
R2R2-RT
解得
U=45V
故A正确;
BCD.由A选项知U=45V,理想电流表读数为
U
I=-=0.9A
R
电阻R消耗的电功率为
P=I2R=40.5W
电阻尺在50秒内产生的热量为
Q=/2Rt=2025J
故BCD错误。
故选Ao
痂考点看11折理重点
考点3:正弦交变电流的“四值”
物理含义重要关系适用情况
e=Esincot
瞬时值交变电流某一时刻的值m计算线圈某时刻的受力
z-'TinSincot
Em~~nBSco
确定用电器的耐压值,如电
峰值最大的瞬时值Em
ImR+r容器、晶体管等的击穿电压
对正(余)弦式交
流电:
①计算与电流热效应相关
Em的量,如功、功率、热量等;
E=T
跟交变电流的热效应等效②交流电表的测量值;③电
有效值
的恒定电流值Um气设备所标注的额定电压、
u飞额定电流;④保险丝的熔断
Im电流
16
交变电流图象中图线与时国=〃¥
计算通过电路某一截面的
平均值间轴围成面积与时间的比\t
n因电荷量:q=^'t
值匕+r
交变电流“四值”应用的几点提醒
⑴在解答有关交变电流的问题时,要注意电路结构.
⑵注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值,最大值是瞬时值中的最大值,有效
值是以电流的热效应来等效定义的.
⑶与电磁感应问题一样,求解与电能、电热相关的问题时,一定要用有效值;而求解通过导体
某横截面的电荷量时,一定要用平均值.
晌缪S产
【考向15]如图所示为一个正弦式交变电流的波形图。根据图像可知电流()
A.有效值为5&AB.平均值为10AC.峰值为10勿D.0.2s时的瞬时值为5&A
【答案】A
【详解】C.由图可知,电流的峰值为
Im=10A
故C错误;
A.电流的有效值为
故A正确:
B.如图所示
若交变电流的变化为图中虚线所示,则电流的平均值为
了=?=5A
则,正弦式交变电流的平均值大于5A,小于10A,,故B错误;
D.由图可知,0.2s时的瞬时值为10A,故D错误。
故选Ao
【考向16】(2024•天津河西•二模)一个单匝矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定
轴做匀速转动。通过线圈的磁通量中随时间f的变化规律如图所示,则以下说法正确的是()
A.零时刻线圈位于中性面
B.戏时刻电流方向发生改变
C.感应电动势的有效值为返户1
D.一时刻到心时刻,感应电动势的平均值为零
【答案】C
【详解】A.零时刻,穿过线圈的磁通量为0,磁通量变化率最大,则感应电动势最大,感应电流最
大,线圈不是位于中性面,故A错误;
B.t2时刻穿过线圈的磁通量为0,磁通量变化率最大,则感应电动势最大,感应电流最大,线圈不
是位于中性面,电流方向没有发生改变,故B错误;
C.感应电动势的最大值为
27T
Em=8S3=4)mT
£4
则感应电动势的有效值为
E
I,_m_鱼兀①m
故C正确;
D.ti时刻到打时刻,穿过线圈的磁通量变化量大小为
△①=①m—(—①m)=2(Pm
根据法拉第电磁感应定律可知此过程平均感应电动势不为0,故D错误。
故选C。
【考向17】图甲是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,A
为理想交流电流表。单匝线圈绕垂直于磁场的水平轴。。沿逆时针方向匀速转动,产生的电动势随
时间变化的图像如图乙所示。已知发电机线圈电阻为10。,外接一只阻值为90。的电阻,不计电路
的其它电阻,则()
11
A.电流表的示数为0.22AB.0.02s时线圈磁通量为E/Vb
C.线圈转动的角速度为50兀rad/sD.0〜0.01s内,电动势的平均值为£V
【答案】B
【详解】A.电动势的有效值为
E22厂
£,=^m=—7=11727
V2V2
电流表的示数为干路电流,则有
E厂
-——=0.11V2A
R+r
故A错误;
C,线圈转动的角速度为
27T
3=—=1007rrad/s
故c错误;
B.根据图乙可知,0.02s时刻,感应电动势的瞬时值为0,表明0.02s时刻,线圈处于中性面,此时
线圈平面与磁场方向垂直,当电动势最大时
60
Em=BSs=①m=22V
解得
2211
①m=T^Wb=^Wb
故B正确;
D.0〜0.01s内,电动势的平均值,根据法拉第电磁感应定律
r11
A①2BS2x44
h=----=------=------w------V=——V
△tAt0.01n
故D错误。
故选B。
【考向18】(多选)如图,均匀磁场中有一个半径为r的半圆弧及其直径构成的导线框,线框总电阻
为上半圆直径与磁场边缘重合,磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为坳。使
该线从如图所示位置,绕过圆心。、垂直于半圆面的轴以角速度。匀速转动,在线框中产生感应电
流。下列说法正确的是()
A.线框转动一周产生的感应电动势有效值为且誓
B.线框从起始位置到转动180。的过程中,经过线框的电荷量为噂
C.若将线框改为绕过直径的轴转动,线框转动一周产生的感应电动势有效值为空叱
D.若将线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过
程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率华的大小为学
【答案】BD
【详解】A.线框转动过程中,根据转动切割感应电动势公式得:线框中产生的感应电动势大小为
广场3r2
故A错误:
B.线框从起始位置到转动180。的过程中,平均感应电动势为
0)
经过线框的电荷量
2
EnBonr
q=^,石
故B正确;
C.若将线框改为绕过直径的轴转动,线圈转动产生的最大感应为
1na)Br2
Emax=Box-7trza)---o
根据有效值的定义
,Emax、之2
I6)1E与
——x-T-~-xT
R2R
联立可得
TICOBQT2
E有二^—
故C错误;
D.由欧姆定律得感应电流为
EBr2a)
I=—=--0---
R2R
当线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化时,根据法拉第电磁感应定律得
△①AB
E'=——=——S
△tAt
又
C12
S=-7irz
根据欧姆定律得感应电流为
E'ABrcr2
V=——=-------
RAt2R
由题设知
r=i
得
22
B0ra)AFnr
2R=~Kt'^R
解得
△B(JOBQ
△t71
故D正确。
故选BDo
但第1真题耨漏网施练
【真题1](2024•广东・高考真题)将阻值为50。的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时
间的变化规律如图所示。下列说法正确的是()
A.该交流电的频率为100Hz
B.通过电阻电流的峰值为0.2A
C.电阻在1秒内消耗的电能为1J
D.电阻两端电压表达式为a=10V^sin(100nt)V
【答案】D
【详解】A.由图可知交流电的周期为0.02s,则频率为
1
f=亍=50Hz
故A错误;
B.根据图像可知电压的峰值为10鱼丫,根据欧姆定律可知电流的峰值
Um10V2VL
心=寸^r=0-2内
故B错误;
C.电流的有效值为
/=?=0.2A
V2
所以电阻在1s内消耗的电能为
W=I2Rt=0.22x50x1J=2J
故C错误;
D.根据图像可知其电压表达式为
L2兀I—
u=[/msino)t=10V2sin—t(V)=10V2sinl00TTt(V)
故D正确。
故选D。
【真题2】(2021•浙江•高考真题)如图所示,虚线是正弦交流电的图像,实线是另一交流电的图像,
它们的周期T和最大值{/加相同,则实线所对应的交流电的有效值。满足()
【详解】因虚线是正弦交流电的图像,则该交流电的有效值为
,,_t/m_V2t/m
u有效值=至=下一
由图可知,在任意时刻,实线所代表的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值,
则实线所代表的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值,则
V2l7m
故选D。
【真题3](2022・广东・高考真题)图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数"不同
的两线圈,为>电,二者轴线在同一平面内且相互垂直,两线圈到其轴线交点。的距离相等,且均
连接阻值为R的电阻,转子是中心在。点的条形磁铁,绕。点在该平面内匀速转动时,两线圈输出
正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响,下列说法正确的是()
I-CZJ-1
R
«i
A.两线圈产生的电动势的有效值相等B.两线圈产生的交变电流频率相等
C.两线圈产生的电动势同时达到最大值D.两电阻消耗的电功率相等
【答案】B
【详解】AD.根据E="詈可得两线圈中磁通量的变化率相等,但是匝数不等,则产生的感应电动
势最大值不相等,有效值也不相等;根据可知,两电阻的电功率也不相等,选项AD错误;
B.因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边,则两线圈产生的交流电的频率相等,选项B正确;
C.当磁铁的磁极到达一线圈附近时,一个线圈的磁通量最大,感应电动势为0,另一个线圈通过的
磁通量最小,感应电动势最大,可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值,选项C错误。
故选B。
【真题4】(2024•山东・高考真题)如图甲所示,^-d<x<d,4夕3/的区域中存在垂直Oxy平面向里、
磁感应强度大小为3的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域),边长为2d的正方形线圈与磁场边界重
合。线圈以y轴为转轴匀速转动时,线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了
变化,线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分,则变化后磁场的区域可能为()
【答案】c
【详解】根据题意可知,磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为
e=Esin3t
由题图丙可知,磁场区域变化后,当Esinst=亨时,线圈的侧边开始切割磁感线,即当线圈旋城
时开始切割磁感线,由几何关系可知磁场区域平行于x轴的边长变为
IT
d—2dcos-=d
C正确。
故选c。
【真题5](多选)(2024•全国•高考真题)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存
起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转,在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间,磁场
方向恰与线圈平面垂直,如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场,则磁极再转过90。时,线圈中
A.电流最小B.电流最大
C.电流方向由P指向。D.电流方向由。指向尸
【答案】BD
【详解】如图开始线圈处于中性面位置,当磁极再转过90。时,此时穿过线圈的磁通量为0,故可知
电流最大;在磁极转动的过程中,穿过线圈的磁通量在减小,根据楞次定律可知,此时感应电流方
向由0指向尸。
故选BDo
【真题7](多选)(2021•浙江•高考真题)发电机的示意图如图甲所示,边长为乙的正方形金属框,
在磁感应强度为2的匀强磁场中以恒定角速度绕。。'轴转动,阻值为R的电阻两端的电压如图乙所
示。其它电阻不计,图乙中的,,为已知量。则金属框转动一周()
乙
B.电动势的最大值为
C.流过电阻的电荷与D.电阻产生的焦耳热或萼
【答案】BD
【详解】A.当线框转动时,框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次,而线圈和外电路接点
处通过换向器,保证电流的方向不发生变化,从而使加在电阻两端的电压方向保持不变,A错误;
B.由图乙可知,电动势的最大值为〃,B正确;
C.线圈转过半周,则流过电阻的电荷量为
_E△①2BL2
q=7At=—At=--=---
则金属框转过一周流过电阻的电荷量为
4BL2
q'=2qR
c错误;
D.因为
2
Um=Ba)L
则
Um
金属框转过一周电阻产生的焦耳热
21%,
IJ2\^2)27rnUBL2
(J=---1=--------------=-----m------
VRR3R
D正确。
故选BD„
【真题7](多选)(2023•湖南•高考真题)某同学自制了一个手摇交流发电机,如图所示。大轮与小
轮通过皮带传动(皮带不打滑),半径之比为4:1,小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线
绕制而成的边长为L的正方形,共n匝,总阻值为凡磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁
场。大轮以角速度3匀速转动,带动小轮及线圈绕转轴转动,转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、
滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡。假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内,下列说法正
确的是()
A.线圈转动的角速度为43
B.灯泡两端电压有效值为
C.若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈,则灯泡两端电压
有效值为谑警
D.若仅将小轮半径变为原来的两倍,则灯泡变得更亮
【答案】AC
【详解】A.大轮和小轮通过皮带传动,线速度相等,小轮和线圈同轴转动,角速度相等,根据
v=a)r
根据题意可知大轮与小轮半径之比为4:1,则小轮转动的角速度为43,线圈转动的角速度为4”,A
正确;
B.线圈产生感应电动势的最大值
Emax=nBS-4a)
又
S=L2
联立可得
Emax=4nBL2a)
则线圈产生感应电动势的有效值
E=石个*=2V2nBL26o
V2
根据串联电路分压原理可知灯泡两端电压有效值为
RE厂□
U=-~-=V2nBL2a)
R+R
B错误;
C.若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈,则线圈的匝数变为
原来的2倍,线圈产生感应电动势的最大值
用nax=8nBL2O>
此时线圈产生感应电动势的有效值
P'
E'=勺=4五nB廿3
V2
根据电阻定律
I
R,=p—
HS'
可知线圈电阻变为原来的2倍,即为2R,根据串联电路分压原理可得灯泡两端电压有效值
RE'4缶B/3
U'=------=----------
R+2R3
C正确;
D.若仅将小轮半径变为原来的两倍,根据v=可知小轮和线圈的角速度变小,根据
可知线圈产生的感应电动势有效值变小,则灯泡变暗,D错误。
故选ACo
一、单选题
1.(2024•北京朝阳•二模)图甲为风力发电的简易模型,在风力的作用下,风叶带动与其固定在一起
的磁铁转动,转速与风速成正比。当风速为v时,线圈中产生的正弦式交变电流如图乙所示。下列
说法正确的是()
吧十
—0
杆
转轴.
|电:流传最器|
A.线圈中电流的表达式为i=1.2sinlO?rt(A)
B.磁铁的转速为10r/s
C.风速为2V时,线圈中电流的表达式为i=1.2sin207rt(A)
D.风速为2V时,线圈中电流的有效值为1.2A
【答案】C
【详解】A.因
27r27r
o)=—=^-rad/s=107rrad/s
线圈中电流的表达式为
i=O.6sinlO7rt(A)
选项A错误;
B.磁铁的转速为
0)
n=—=5r/s
27r
选项B错误;
C.风速为2V时,磁铁转速变为原来的2倍,则角速度变2倍,根据
E=NB3s
可知,感应电动势最大值变为原来的2倍,感应电流最大值变为原来的2倍,则线圈中电流的表达
式为
i=1.2sin207Tt(A)
选项C正确;
D.风速为2V时,线圈中电流的有效值为
1.2厂
I——=A—0.6V2A
V2
选项D错误。
故选Co
2.(2024•海南海口•一模)如图所示,电阻为R的金属直角线框abed放置在磁感应强度为8的匀强
磁场中,a、d两点连线与磁场垂直,ab、cd长均为/,be长为21,定值电阻阻值也为上线框绕ad
连线以角速度3匀速转动。t=0时刻线框所在平面与磁场垂直,则()
A.1=0时刻穿过线框磁通量的变化率最大
B.t=0时刻be边所受安培力大小为誓
C.Q、d两点间电压变化规律为〃=2切2asin3t
D.线框转一圈过程中外力对线框做功为网警
【答案】D
【详解】AB.t=0时刻,6c边运动方向与磁场方向平行,感应电动势为零,穿过线框磁通量的变
化率为零。电路中没有感应电流,6c边所受安培力为零,故AB错误;
C.依题意,感应电动势的最大值为
2
Em=NBSa)=2Bla>a>"两点间的电压的最大值为
R,
U^=DJ-nEm=Bl2(0
K-rK
则a、d两点间电压变化规律为
u=UmSin3t=Ba)l2sina)t
故C错误;
D.电动势的有效值为
E=里=V2BZ2a)
V2
线框转一圈过程中外力对线框做功为
E227r27rB21%
加=Q=不R+~RcoR
故D正确
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