高考物理【一轮复习】讲义73　第一十二章　第一节　交变电流的产生及描述课件PPT

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第十二章　交变电流　电磁波　传感器
[学习目标]　1．理解正弦式交变电流的产生过程，能用公式和图像描述正弦式交变电流。2．理解描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值。3．知道交流电“四值”在具体情况下的应用。
(4)变化规律：交变电动势随时间的变化规律为(从中性面开始计时)e＝____________。如图所示。
2．(人教版选择性必修第二册改编)把发光颜色不同的两个二极管并联(该类二极管具有单向导电性，导通时发光)，使两者正负极方向不同。当摇动如图所示的手摇发电机时，两个二极管交替发光，则流过其中一个二极管的电流是(　　)A．交流电 B．直流电C．恒定电流 D．涡流
B　[交流电是指大小和方向发生周期性变化的电流，直流电的方向不变，恒定电流的大小与方向均不变，涡流是整块导体中产生的漩涡状的感应电流；手摇发电机产生的是交流电，但因为该类二极管具有单向导电性，所以通过每个二极管的电流方向不变而大小变化，为直流电，B正确。]
3．(人教版选择性必修第二册习题改编)如图是一个正弦式交变电流的波形图，下列说法正确的是(　　)A．周期是0.15 s B．频率是50 HzC．电流的峰值是10 A D．电流的有效值是5 A
考点1　交变电流的产生及描述1．正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置
2．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置时开始计时)
角度1　交变电流的产生[典例1]　为研究交变电流产生的规律，某研究小组把长60 m的导线绕制成N＝100匝的矩形闭合线圈，如图所示。现把线圈放到磁感应强度大小B＝0.1 T、方向水平向右的匀强磁场中，线圈可以绕其对称轴OO′转动。现让线圈从图示位置开始(t＝0)以恒定的角速度ω＝10π rad/s转动。下列说法正确的有(　　)
A．t＝0时，线圈位于中性面位置B．t＝0.05 s时，感应电流达到最大值C．当bc＝2ab时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝2πsin 10πt (V)D．当ab＝ad时，感应电动势的有效值最大
[变式]　在[典例1]中：(1)0～0.05 s过程中，穿过线圈的磁通量变化率如何变化？(2)画出从图示位置开始计时的感应电动势随时间变化的图像(已知bc＝2ab)。(3)当ab＝ad时，写出线圈从中性面开始转动的感应电动势的瞬时值表达式。
[解析]　(1)0～0.05 s过程中，穿过线圈的磁通量逐渐增大，磁通量变化率逐渐减小。(2)图像如图所示。
(3)1匝线圈周长为0.6 m，ab＝ad时，边长L＝0.15 m，Em＝NBL2ω＝2.25π(V)得e＝Emsin ωt＝2.25πsin 10πt (V)。
考点3　交变电流“四值”的理解及计算
[变式]　在[典例6]中，若用交流电压表测量电阻R两端电压，则电压表的示数为________。
教考衔接·链接人教版选择性必修第二册P69T6如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为n，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。当线圈由图示位置转过90°的过程中，求：(1)通过电阻R的电荷量q；(2)电阻R上所产生的热量Q。
[典例7]　(多选)(2023·湖南卷)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R。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ω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(　　)
1．(多选)(2024·新课标卷)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QD．电流方向由Q指向P
BD　[磁极顺时针匀速转动相当于线圈逆时针匀速转动，线圈从中性面位置开始转动，磁极转过90°时即线圈逆时针转过90°时，穿过线圈的磁通量为0，磁通量的变化率最大，线圈中电流最大，A错误，B正确；磁极转过90°时相当于题图中PQ向下切割磁感线，由右手定则可知线圈中电流方向由Q指向P，C错误，D正确。]
3．(2024·湖北卷)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L1、L2的电功率之比P1∶P2为(　　)A．2∶1 B．1∶1C．1∶2 D．1∶4
1．(人教版选择性必修第二册改编)交流发电机发电的示意图如图所示，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连。线圈转动过程中，下列说法中正确的是(　　)
A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大B．转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零C．转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大D．转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B
D　[转到题图甲位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但不切割磁感线，电动势为零，磁通量变化率为零，故A错误；转到题图乙位置时，线圈中产生的感应电动势最大，故B错误；转到题图丙位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流最小，感应电流方向改变，故C错误；转到题图丁位置时，根据楞次定律可知AB边感应电流方向为A→B，故D正确。]
3．(2024·浙江衢丽湖三地高三联考)一家用电风扇正常工作时电流是0.3 A，电压按图中正弦规律变化。则(　　)A．电压的有效值为311 VB．该电风扇的内阻约为733.3 ΩC．图中所示电压的瞬时值表达式为U＝311sin 100t(V)D．正常工作时电风扇的输入功率约为66 W
5．(2022·广东卷)如图所示是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O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(　　)
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
7．如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是(　　)
A．t＝0.01 s时，线框平面与磁感线相互平行B．t＝0.005 s时，穿过线框的磁通量最大C．当电动势瞬时值为22 V时，线圈平面与中性面夹角为45°D．线框中的感应电流方向每秒钟改变50次
8．在图乙所示的电路中，通入图甲所示的交变电流，此交变电流的每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定。电阻R的阻值为12 Ω，电表均为理想电表。下列判断正确的是(　　)
9．(2024·浙江温州市高三适应性考试)风力发电是一种绿色清洁能源。根据电磁感应的基本原理，风力发电可建立如图乙所示模型，叶片长度为l的风轮机在风的驱动下，带动内部匝数为N的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动。设通过矩形线圈的磁通量Φ随时间t按图丙所示正弦规律变化，周期为 T，磁通量最大值为Φm，空气密度为ρ，风速为 v，风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积，发电机将风的动能转化为电能的效率为η，下列说法正确的是(　　)
10．如图所示，面积为S、电阻为R的单匝矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度为B的垂直纸面向里的匀强磁场中(cd边右侧没有磁场)。若线框从图示位置开始绕与cd边重合的竖直固定轴以角速度ω开始匀速转动，则线框旋转一周的过程中，下列说法正确的是(　　)
12．如图所示，有一N＝50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1＝20 cm，ad边长l2＝25 cm，放在磁感应强度B＝0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n＝3 000 r/min 的转速匀速转动，线圈电阻r＝1 Ω，外电路电阻R＝9 Ω，t＝0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里。求：(π取3.14)
(1)t＝0时感应电流的方向；(2)感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做的功；(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。
[解析]　(1)根据右手定则知，t＝0时线圈中感应电流方向为adcba。(2)线圈的角速度ω＝2πn＝100π rad/s题图位置的感应电动势最大，其大小为Em＝NBl1l2ω代入数据得Em＝314 V感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcs ωt＝314cs 100πt (V)。
[答案]　(1)方向为adcba　 (2)e＝314cs 100πt (V)　(3)98.6 J　(4)0.1 C