交变电流的描述-高二物理新教材基础+巩固+提升三级跳

新教材基础巩固提升三级跳第三章交变电流3.2交变电流的描述基础知识知识点梳理：知识点一、周期和频率(1)周期:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,用T表示,单位是秒。(2)频率:交变电流在1s内完成周期性变化的次数,用f表示,单位是赫兹,符号Hz。(3)二者关系：T=1f或f=知识点二、峰值和有效值(1)峰值①定义:交变电流的电压、电流所能达到的最大值。②应用:电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。(2)有效值①定义:让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相同,那么这个恒定电流的电流、电压,叫作这个交变电流的有效值。②应用a.交流用电设备上所标的额定电压和额定电流(额定值)。b.交流电压表测量的数值(测量值)。c.无特别说明时提到的交变电流的数值(通常值)。(3)关系:对于正弦式交变电流,有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系:交变电流的“四值”[点睛]对有效值的理解与计算(1)对有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的,理解有效值重点在“等效”,“效果”相同在定义中体现为相同电阻、相同时间,产生相同热量,交变电流与多大的直流电“效果”相同,有效值就是多大。(2)有效值的计算①对于正弦式交变电流,可先根据Em=nBSω求出最大值,然后根据E=Em②对于非正弦式交变电流,必须根据有效值的定义求解。即例如,某一交变电流的电压波形如图所示,求这一交变电流电压的有效值。几种常见电流的有效值知识点三、电感器和电容器对交变电流的作用感抗：由于电感器（线圈）与交变电流之间的电磁感应作用所引起对交变电流的阻碍作用。感抗的影响因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，线圈的感抗就越大。扼流圈利用了电感器对交流的阻碍作用。①低频扼流圈（自感系数大）：通直流，阻交流。②高频扼流圈（自感系数小）：通直流，通低频，阻高频。容抗：电容器对交流阻碍作用的大小。容抗的影响因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，即容抗越小。电容器在电路中的作用：通交流、隔直流，通高频、阻低频。交变电流能够“通过”电容器的本质：由于交变电流的方向不断变化，电容器在充电、放电过程中，电路中就有了电流，变现为交变电流“通过”了电容器。实际上自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质。预习基础：一、判断题1．判断下列说法是否正确：（1）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流。()（2）线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大。()（3）线圈经过中性面时，感应电动势为零，感应电流方向发生改变。()（4）当线圈从垂直中性面开始计时，产生的电动势按正弦规律变化，即e=Emsinωt。()二、填空题2．正余弦交变电流中电压的有效值公式_______，电流的有效值公式_______。3．如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电动势的有效值E______。线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量q=______。4．我国照明用的交流电压是。频率是，它的电压的有效值是__________。峰值是_____________，周期是___________。我国动力线路的交流电压是，它的有效值是____________，峰值是__________，频率是___________，周期是___________。5．依据下面情境，判断下列说法对错。有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示；图中、是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮。如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电。（1）自行车匀速行驶时线圈中产生的是交流电。()（2）自行车的速度加倍，线圈中交变电流的周期加倍。()（3）小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关。()（4）知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里电流方向变化的次数。()（5）线圈匝数越多，穿过线圈的磁通量的变化率越大。()6．图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是_______；如果图示线圈面积和匝数、磁场、转速都相同，则感应电动势的最大值相同是_______；如果从图示位置开始计时，A与B感应电动势的瞬时值是否相同_______。A．B．C．D．巩固所学三、单选题7．如图所示，用电阻率为ρ、横截面积为S的硬导线做成一个边长为L的方框，其中一边串接有一理想电流表，方框的右半部分位于匀强磁场区域中，磁场方向垂直纸面向里，当磁感应强度大小随时间的变化率＝k>0时，电流表示数为I1；当磁场的磁感应强度大小为B，线框绕虚线以角速度ω＝匀速转动时，电流表示数为I2，则I1：I2为（）A．：1 B．2：1C．1：1 D．：28．一个匝数为100匝、电阻为0.5Ω的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化，已知0～1s内线圈内的磁通量按正弦规律变化到最大值，π2≈10，则线圈中产生交变电流的有效值为（）A．A B．2A C．6A D．5A9．如图甲所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示。线圈匝数为20，线圈总电阻为1Ω，与线圈连接的定值电阻R的阻值也等于1Ω，电流表A可看做理想电流表，则（）A．线圈转动的角速度为2πrad/sB．感应电动势最大值为0.2πVC．t=s时，通过电阻R的电流为πAD．一个周期内电阻R上产生的热量为2π2J10．如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，电压表、电流表均为理想电表。在线圈由图示位置转过90°的过程中，下列判断不正确的是()A．电压表的示数为B．通过电阻R的电荷量为C．电阻R所产生的焦耳热为D．产生的电流为11．如图所示为一交流电电流随时间变化的图像，此交流电电流的有效值为（）A．7A B．5A C． D．3.5A四、多选题12．某风力发电机简易模型图。在风力作用下，风叶通过转轴带动条型磁铁转动，在线圈L中产生感应电动势的瞬时表达式，将线圈L与一电阻R相连（未画出），则（）A．磁铁转到图示位置时，线圈L中的磁通量最大B．线圈L中感应电动势的有效值为44VC．风叶每转动一圈，电阻R中电流方向改变两次D．风叶转速不变，增大R的阻值，则电阻R上消耗的功率一定增大13．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，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（）A．交变电流的最大值为B．t=0.01s时线圈位于中性面C．t=0.01s时线圈平面与磁场方向平行D．t=0.02s时穿过线圈的磁通量最大能力提升五、实验题14．(1)用如图甲所示的装置，研究不同电阻R的阻值随温度T变化情况．测得阻值R与温度T的关系如图乙所示．如果R为金属热电阻，则图线是______（填“1”或“2”）；如果R为负温度系数（NTC）热敏电阻，则图线是______（填“1”或“2”）．(2)如图丙所示，A、B、C为三个相同的灯泡，a、b、c为与之串联的三个元件，E1为直流电源，E2为交流电源。当开关S接“1”时，A、B两灯均正常发光，C灯不亮。S接“2”时，A灯仍正常发光，B灯变暗，C灯正常发光．由此可知，a元件应是________、b元件应是___________、c元件应是__________．（选填“电阻”、“电容”或“电感”）六、解答题15．请根据所学的知识，分析如图所示的家庭电路中存在哪些安全隐患，并提出改进措施。16．赫兹实验中，为什么需要把接收器的两个金属球调节到合适的距离，才有明显现象？17．一微型日光灯电路如图所示。灯管相当一个电阻R，镇流器是一个电感线圈L，二者串联。电路属于交流电路，其中的电流、电压都是按正弦或余弦规律变化的。若灯管两端电压和镇流器两端电压分别为，，试求总电压U的表达式。参考答案：1．

错误

错误

正确

错误【来源】2023年新高考大一轮复习第十二章第1讲交变电流的产生和描述（讲）【详解】（1）[1]矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，若穿过线圈的磁通量不发生变化（例如线圈平面与磁场方向平行时），则不会产生正弦式交变电流，该说法错误；（2）[2]线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，磁通量的变化率为零，此时产生的感应电动势为零，该说法错误；（3）[3]线圈经过中性面时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，感应电流方向发生改变，该说法正确；（4）[4]当线圈从垂直中性面开始计时，产生的电动势按正弦规律变化，即e=Emcosωt，该说法错误。2．

【来源】新疆阿克苏地区拜城县第一中学2021-2022学年高二下学期期中物理试题【详解】[1]交变电流中电压的有效值公式其中Um是电压的最大值；[2]交变电流中电流的有效值公式其中Im是电压的最大值。3．

【来源】黑龙江省双鸭山市林业学校2021-2022学年高二下学期期中物理试题【详解】[1]线框中感应电动势的最大值因此感应电动势的有效值[2]从中性面转过的过程中，电动势的平均值电流的平均值通过导线横截面的电荷量4．

220V

311V

0.02s

380V

537V

50Hz

0.02s【来源】河南省许昌市鄢陵县职业教育中心2021-2022学年高二下学期期中物理试题（升学班）【详解】[1][2][3]我国照明用的交流电压是220V，频率是50Hz，它的电压有效值是220V，峰值是周期是[4][5][6][7]我国动力线路的交流电压是380V，频率是50Hz，它的电压有效值是380V，峰值为周期是5．

对

错

错

对

错【来源】2023版32一轮复习第十一章第1讲交变电流的产生和描述【详解】（1）自行车匀速行驶时，线圈中在磁场中旋转产生感应电动势，如果从中性面开始计时，则所以产生的是交流电，故对。（2）设自行车的速度为v，摩擦轮的半径为r，则后轮、摩擦轮的速度都等于v，线圈转动产生正弦电流，周期v加倍，T减小为原来的，故错。（3）小灯泡亮度决定于电功率，电功率，而所以灯泡亮度与自行车的行驶速度有关，故错。（4）如果摩擦轮答半径为r，后轮的半径为R，设后轮转一周的时间为T，则角速度根据线速度相等，则则解得则摩擦轮在一周时间内转动的圈数n可求，故对。（5）磁通量的变化率为，与线圈匝数无关，故错。6．

C

AB##BA

不同##不相同##否【来源】第90讲交变电流的产生、变化规律及四值的相关计算-2023届高三物理高考复习101微专题模型精讲精练【详解】[1]ABD图中的线圈均绕位于线圈平面内的垂直于磁感线的轴匀速转动，所以线圈的一个边或两个边切割磁感线的有效长度随时间成正弦规律变化，会产生正弦式交变电流；C图中线圈绕平行于磁感线的轴转动，四条边均不切割磁感线，无法产生感应电流。[2]AB图中都有两条边在同时切割磁感线，根据可知感应电动势的最大值相同；D图中只有一条边在切割磁感线，其最大值小于。[3]如果从图示位置开始计时，A图线圈正位于中性面，B图线圈正与中性面垂直，所以二者感应电动势瞬时值不同。7．A【来源】湖北省襄阳市第三中学2022-2023学年高二上学期12月月考物理试题【详解】方框的电阻为当磁感应强度的大小随时间的变化率为k时，由法拉第电磁感应定律知即当线框绕虚线以角速度ω＝匀速转动时，有所以I1：I2＝：1故选A。8．A【来源】专题66交变电流的产生和描述-2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练【详解】0～1s内线圈内的磁通量按正弦规律变化到最大值，则感应电动势的最大值Em=NωΦm由图像知可得Em=V这段时间内交变电流的有效值1～1.2s内感应电动势这段时间内感应电流的有效值为I2==10A则一个周期内线圈产生的热量Q=Rt1+Rt2=I2R（t1+t2）解得线圈中产生交变电流的有效值为I=A故选A。9．C【来源】辽宁省2022届新高考物理模拟试卷（1）【详解】解：A、由图乙可得交流电的周期T=2s，故线圈转动的角速度故A错误；B、感应电动势的最大值故B错误；C、线圈转动产生的感应电动势的瞬时值为当时产生的感应电动势大小为故通过电阻R的电流为故C正确；D、线圈转动产生感应电动势的有效值为根据闭合电路的欧姆定律可得一个周期内电阻R上产生的热量为故D错误。故选C。10．B【来源】2023步步高选择性必修2（通用）第三章专题强化11交变电流规律的应用【详解】A．线圈在磁场中转动，产生的感应电动势的最大值为可得电动势的有效值为电压表测量的是路端电压，电压表的示数为A正确；B．根据法拉第电磁感应定律可知，平均感应电动势为根据闭合电路欧姆定律可知根据电荷量定义可知联立解得通过电阻的电荷量为B错误；C．电阻R产生的焦耳热为C正确；D．线圈转动产生的感应电动势的瞬时值表达式为当线圈由题图所示位置转过90°时产生的感应电动势为根据闭合电路欧姆定律可知，电流为D正确。本题选错误的，故选B。11．B【来源】第一讲交变电流的产生和描述-2023年高三物理一轮复习精讲精练【详解】设该电流的有效值为I，根据有效值的定义有解得I=5A故B正确，ACD错误。故选B。12．AC【来源】2022届广东省茂名市普通高中毕业班模拟考试物理试卷1【详解】A．根据磁通量的定义可知图示位置时，线圈L中的磁通量最大，A正确；B．根据B错误；C．根据中性面的知识可知，发电机电枢单个线圈转至中性面时其感应电动势为0，感应电流为0，经过中性面时电流方向改变一次，因此，风叶每转动一圈时，都将经过两次中性面，因此电流方向将改变两次，C正确；D．电阻R上消耗的功率风叶转速不变，感应电动势不变，当时，电阻R上的功率最大，因不知线圈内阻r和R的关系，增大R的阻值，则电阻R上消耗的功率不一定增大，D错误。故选AC。13．AC【来源】12.1交变电流的产生和描述-2023年高考物理一轮复习提升核心素养【详解】A．根据图像可知，交变电流的最大值为，A正确；BC．0.01s时，线圈转过了半个周期，此时感应电流最大，感应电动势最大，此时线圈平面与磁场方向平行，不位于中性面，B错误，C正确；D．0.02s时，感应电流最大，此时线圈平面与磁场方向平行，则穿过线圈的磁通量为0，D错误。故选AC。14．

1

2

电阻

电感

电容【来源】江苏省连云港市涟水中学