专题12.1 交流电的产生及描述-2021年高考物理一轮复习考点扫描学案

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2021年一轮考点扫描微专题专题12.1 交流电的产生及描述目录TOC \o "1-3" \h \u  HYPERLINK \l "_Toc10873" 【考点扫描】  PAGEREF _Toc10873 1 HYPERLINK \l "_Toc10060" 1．交变电流的变化规律  PAGEREF _Toc10060 1 HYPERLINK \l "_Toc21323" 2.两个特殊位置及其特点  PAGEREF _Toc21323 1 HYPERLINK \l "_Toc6360" 3交变电流瞬时值表达式的书写  PAGEREF _Toc6360 2 HYPERLINK \l "_Toc6340" 4.交变电流“四值”的理解和应用  PAGEREF _Toc6340 2 HYPERLINK \l "_Toc24501" 5正弦式交流电的几种其它产生形式  PAGEREF _Toc24501 2 HYPERLINK \l "_Toc19826" 6．求解交变电流有效值的三种方法  PAGEREF _Toc19826 3 HYPERLINK \l "_Toc14465" 7.几种典型交变电流的有效值  PAGEREF _Toc14465 3 HYPERLINK \l "_Toc9908" 8电阻、电感和电容对直流、交流的影响区别  PAGEREF _Toc9908 3 HYPERLINK \l "_Toc10600" 【典例分析】  PAGEREF _Toc10600 4 HYPERLINK \l "_Toc26381" 【专题精练】  PAGEREF _Toc26381 6【考点扫描】1．交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)2.两个特殊位置及其特点3．交变电流瞬时值表达式的书写(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω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。如：①线圈在中性面位置开始计时，则i­t图象为正弦函数图象，函数表达式为i＝Imsin ωt。②线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则i­t图象为余弦函数图象，函数表达式为i＝Imcos ωt。4.交变电流“四值”的理解和应用5．正弦式交流电的几种其它产生形式6． 求解交变电流有效值的三种方法(1)公式法：利用E＝eq \f( Em,\r(2))、U＝eq \f(Um,\r(2))、I＝eq \f(Im,\r(2))计算，此方法只适用于正弦式交变电流．(2)定义法①设阻值、定时间：设将交变电流加在阻值为R的电阻上，时间取t＝T；②求热量：Q＝Q1＋Q2＋…(分段法)；③求解有效值：根据Q＝I2Rt＝eq \f(U2,R)t代入求解有效值．(3)比例法：由P＝I2R、P＝eq \f(U2,R)可知，R一定时，P∝I2、P∝U2，所以可根据功率的变化比例确定有效值的变化比例．此方法适合分析对两种状态进行对比的问题．7.几种典型交变电流的有效值8． 电阻、电感和电容对直流、交流的影响区别【典例分析】【例1】(2019·山西太原模拟)如图所示，一矩形线圈的面积为S，匝数为N，电阻为r，处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴OO′以角速度ω匀速运动。线圈通过滑环与定值电阻R及理想电流表组成闭合回路。已知理想电压表的示数为U，从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时，则 (　　)A．R两端电压瞬时值的表达式为uR＝eq \r(2)Usin ωtB．理想电流表的示数为eq \f(\r(2)NBSω,2（R＋r）)C．从eq \f(π,2ω)到eq \f(3π,2ω)的时间内，穿过线圈平面磁通量的变化量为零D．若ω＝100π rad/s，通过R的电流每秒钟方向改变50次eq \a\vs4\al()求解正弦式交变电流的三点注意(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。(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积。(3)转轴相对线圈的位置改变，或线圈的形状改变时，电动势仍可由Em＝nBSω计算。【例2】某研究小组成员设计了一个如图所示的电路，已知纯电阻R的阻值不随温度变化。与R并联的是一个理想的交流电压表，D是理想二极管(它的导电特点是正向电阻为零，反向电阻为无穷大)。在A、B间加一交流电压，瞬时值的表达式为u＝20eq \r(2)sin 100πt(V)，则交流电压表示数为(　　)A．10 V B．20 V C．15 V D．14.1 Veq \a\vs4\al()对有效值的理解(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值；(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值；(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值；(4)没有特别加以说明的，是指有效值；(5)“交流的最大值是有效值的eq \r(2)倍”仅适用于正(余)弦式交变电流。【例3】(2020·湖北黄冈中学模拟)如图甲所示是一种振动发电装置的示意图，半径为r＝0.1 m、匝数n＝20的线圈位于辐向分布的磁场中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)，线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B＝eq \f(0.20,π) T，线圈电阻为R1＝0.5 Ω，它的引出线接有R2＝9.5 Ω的小电珠L，外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计)，则(　　)　　　　甲　　　　　　乙　　　　　　　　　丙A．小电珠中电流的峰值为0.16 A B．小电珠中电流的有效值为0.16 AC．电压表的示数约为1.5 V D．t＝0.1 s时外力的大小为0.128 Neq \a\vs4\al()交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较【专题精练】1．(多选)如图甲所示，标有“220 V　40 W”的灯泡和标有“20 μF　320 V”的电容器并联到交流电源上，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＝eq \f(T,2)时刻，的示数为零B．灯泡恰好正常发光C．电容器不可能被击穿D.的示数保持110eq \r(2) V不变2．(2020·河南郑州三模)图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形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固定轴OO′(OO′沿水平方向)匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R＝10 Ω连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V。图乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间t变化的图象。则 (　　)A．此交流发电机的电动势平均值为10eq \r(2) VB．t＝0.02 s时R两端的电压瞬时值为零C．R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝10eq \r(2)cos(100πt) VD．当ab边速度方向向上时，它所受安培力的方向也向上3．(2020·湖北重点中学联考)如图所示为某一线圈通过的交流电的电流—时间关系图象(前半个周期为正弦波形的eq \f(1,2))，则一个周期内该电流的有效值为(　　)A.eq \f(3,2)I0　　　　　　　 B.eq \f(\r(5),2)I0 C.eq \f(\r(3),2)I0 D.eq \f(5,2)I04.(2020·安徽合肥模拟)一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动．在转动过程中，线框中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是(　　)A．当磁通量为零时，感应电动势也为零B．当磁通量减小时，感应电动势也减小C．当磁通量等于0.5Φm时，感应电动势等于0.5EmD．角速度ω等于eq \f(Em,Φm)5．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示．则下列说法正确的是(　　)A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大D．该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示6．(2020·云南重点中学联考)一个U形金属线框在匀强磁场中绕OO′轴以相同的角速度匀速转动，通过导线给同一电阻R供电，如图甲、乙所示．其中甲图中OO′轴右侧有磁场，乙图中整个空间均有磁场，两磁场磁感应强度相同．则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为(　　)A．1∶eq \r(2)　　　　　　　　 B．1∶2 C．1∶4 D．1∶17.(2019·广西桂林市、贺州市期末联考)一台小型发电机与计算机相连接，计算机能将发电机产生的电动势随时间变化的图象记录下来，如图甲所示，让线圈在匀强磁场中以不同的转速匀速转动，计算机记录了两次不同转速所产生正弦交流电的图象如图乙所示。则关于发电机先后两次的转速之比na∶nb，交流电b的最大值正确的是(　　)甲　　　　　　　　乙A．3∶2，eq \f(10\r(2),3) V B．3∶2，eq \f(20,3) VC．2∶3，eq \f(10\r(2),3) V D．2∶3，eq \f(20,3) V8．小型交流发电机的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间的关系是正弦函数。将发电机与一个标有“6 V　6 W”的小灯泡连接形成闭合回路，不计电路的其他电阻。当线圈的转速为n＝5 r/s时，小灯泡恰好正常发光，则电路中电流的瞬时值表达式为(　　)A．i＝sin 5t(A) B．i＝sin 10πt(A)C．i＝1.41sin 5t(A) D．i＝1.41sin 10πt(A)9．(2020·资阳模拟)如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示。若外接电阻的阻值R＝9 Ω，线圈的电阻r＝1 Ω，则下列说法正确的是(　　)甲　　　　　　　　　　　乙　　　　A．线圈转速为100 π rad/sB．0.01 s末穿过线圈的磁通量最大C．通过线圈的最大电流为10 AD．电压表的示数为90 V10.(多选)(2020·河北省衡水金卷模拟一)如图所示，线圈ABCD匝数n＝10，面积S＝0.4 m2，边界MN(与线圈的AB边重合)右侧存在磁感应强度B＝eq \f(2,π) T的匀强磁场，若线圈从图示位置开始绕AB边以ω＝10π rad/s的角速度匀速转动。则以下说法正确的是(　　)A．线圈产生的是正弦交流电B．线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为80 VC．线圈转动eq \f(1,60) s时瞬时感应电动势为40eq \r(3) VD．线圈产生的感应电动势的有效值为40 V11.(多选)(2020·石家庄模拟)如图所示的正方形线框abcd边长为L，每边电阻均为r，在垂直于纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度ω匀速转动，c、d两点与一阻值为r的电阻相连，各表均可视为理想表，导线电阻不计，则下列说法中正确的是(　　)A．线框abcd产生的电流为交变电流B．当S断开时，电压表的示数为零C．当S断开时，电压表的示数为eq \f(\r(2),8)BωL2D．当S闭合时，电流表的示数为eq \f(\r(2)BωL2,14r)12.(2020·江苏南京、盐城模拟)图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为10 Ω，外接一只电阻为 90 Ω 的灯泡，不计电路的其他电阻，则(　　)A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直B．每秒钟内电流方向改变100次C．灯泡两端的电压为22 VD．0～0.01 s时间内通过灯泡的电荷量为013.(2020·北京海淀质检)如图甲所示，长、宽分别为L1、L2的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n，总电阻为r，可绕其竖直中心轴O1O2转动．线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起，并通过电刷和定值电阻R相连．线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场，磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示，其中B0、B1和t1均为已知量．在0～t1的时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度ω匀速转动．求：(1)0～t1时间内通过电阻R的电流大小；(2)线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量；(3)线框匀速转动后，从图甲所示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量．　　规律物理量 　函数表达式图象磁通量Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt电动势e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt电压u＝Umsin ωt＝eq \f(REm,R＋r)sin ωt电流i＝Imsin ωt＝eq \f(Em,R＋r)sin ωt两个特殊位置示意图特点中性面Φ最大，eq \f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，交变电流方向发生改变与中性面垂直的位置Φ＝0，eq \f(ΔΦ,Δt)最大，e最大， i最大，交变电流方向不改变与转轴无关与形状无关始终有电流，注意有效面积半周无电流BabcdωBωBabcdωBabcdω电流名称电流图象有效值正弦式交变电流I＝eq \f(Im,\r(2))正弦半波电流I＝eq \f(Im,2)矩形脉冲电流I＝eq \r(\f(t0,T))Im非对称性交变电流I＝eq \r(\f(1,2)（Ieq \o\al(2,1)＋Ieq \o\al(2,2)）)电阻电感电容器阻抗感抗容抗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＝Emsin ωti＝Imsin ωt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