新教材2023_2024学年高中物理第3章交流电专题提升7交流电的产生和描述课件教科版选择性必修第二册

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第三章专题提升7　交流电的产生和描述重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标重难探究·能力素养全提升探究点一　交流电的图像问题矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动,形成如图所示的交变电动势—时间图像。根据图像提供的信息,求线圈转动的角速度。t=1.0×10-2 s时,线圈平面和磁场方向的夹角是多少?正弦式交变电流的图像是一条正弦曲线,从图像中可以得到以下信息: 【例1】 (2023北京大兴高二期末)如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次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乙中曲线a、b所示,下列说法正确的是(　　)A.两次t=0时刻线圈的磁通量均为零B.曲线a、b对应的交变电流周期之比为3∶2C.旋转过程中,两种情况的最大磁通量均相同D.在相同的时间两种情况在线圈中产生的焦耳热均相同C解析 两次t=0时刻感应电动势为零,磁通量变化率为零,线圈处于中性面位置,线圈的磁通量最大,A错误;由图乙可知曲线a对应的交变电流周期Ta=4×10-2 s,曲线b对应的交变电流周期Tb=6×10-2 s,所以Ta∶Tb=2∶3,B错误;最大磁通量Φ=BS可知旋转过程中两种情况的最大磁通量均相同,C正确;由图乙可知两种情况电动势的最大值不同,则有效值不同,而电阻相同,则两种情况电流的有效值不同,又Q=I2Rt,可见在相同的时间两种情况在线圈中产生的焦耳热不同,D错误。对点演练1(多选)(2023广东深圳高二期末)一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动。转轴位于线圈平面内并与磁场方向垂直,产生的交变电流i随时间t的变化关系如图所示,则(　　)A.该交变电流频率是2.0 HzB.该交变电流有效值是0.4 AC.t=0.3 s时,穿过线圈平面的磁通量最小D.该交变电流瞬时值表达式是i=0.8sin 5πt(A)BCD探究点二　交变电流“四值”的综合应用某交流电压的瞬时值表达式u=6 sin 100πt(V),标有“6 V　2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏?标有6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿?提示 该交变电流电压的有效值 ,与小灯泡额定电压相等,因此不会被烧坏。电容器是否会被击穿,取决于加在电容器两端电压的最大值,该交流电压的最大值大于电容器的额定电压,因而电容器会被击穿。特别提示　交变电流“四值”应用的几点提醒(1)在解答有关交变电流的问题时,要注意电路结构。(2)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。(3)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。【例2】 (多选)(2023河南郑州高二期末)如图所示,一半径为r的半圆形单匝线圈放在具有理想边界的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B。线圈以直径ab为轴匀速转动,转速为n,ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场,M和N是两个滑环,负载电阻为R。线圈、电流表和连接导线的电阻都不计,下列说法正确的是(　　)A.转动过程中,电流表的示数为B.转动过程中,交变电流的最大值为C.从图示位置起转过 圈的时间内产生的平均感应电动势为π2nBr2D.从图示位置起转过 圈的时间内通过负载电阻R的电荷量为AB 对点演练2如图甲所示,标有“220 V　40 W”的灯泡和标有“350 V　20 μF”的电容器并联在交流电源上,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= 时刻,电压表的示数为零 B.灯泡不能正常发光C.电容器一定被击穿 D.电压表的示数保持220 V不变D 解析 交流电压表示数为交流电压的有效值,大小为 =220 V,数值保持不变,A错误,D正确;交流电源输出电压的有效值为220 V,故灯泡能正常发光,B错误;交流电压的最大值约为311 V,没有超过电容器的击穿电压,故电容器不会被击穿,C错误。学以致用·随堂检测全达标12341.(图像问题)(多选)如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦式交变电流的图像,当调整线圈转速后,其在同一磁场中匀速转动过程所产生正弦式交变电流的图像如图线b所示。下列说法正确的是(　　)A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零B.线圈先后两次转速之比为3∶2C.交变电流a的电动势瞬时值表达式为e=10sin 5πt(V)D.交变电流b的电动势最大值为 VBCD123412342.(图像问题、“四值”的综合应用)(2023辽宁葫芦岛高二期末)如图甲所示,100匝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(　　)A.t=0.02 s时通过线圈的磁通量为零B.t=0.02 s时线圈恰好垂直中性面C.电压表的示数为45 VD.线圈中产生的感应电动势表达式e=100sin 40πt(V)C123412343.(图像问题、“四值”的综合应用)(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,V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= 时刻,交流电压表的示数为零B.灯泡恰好正常发光C.电容器不可能被击穿D.交流电压表的示数保持110 V不变BC解析 交流电压表的示数应是电压的有效值220 V,故选项A、D错误;电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压,灯泡正常发光,选项B正确;电压的峰值Um=220 V≈311 V,小于电容器的耐压值,故电容器不可能被击穿,选项C正确。123412344.(“四值”的综合应用)(2023河北邯郸高二期末)小型交流发电机的示意图如图所示,线圈绕垂直于匀强磁场方向的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动,角速度为ω=100 rad/s,匀强磁场磁感应强度大小为B= ×10-2 T,线圈匝数N=400,面积为S=0.02 m2,总电阻为r=2 Ω,外接电阻为R=8 Ω,V为理想交流电压表。在t=0时刻,穿过线圈的磁通量为零,回答下列问题:(1)写出交流发电机产生电动势的瞬时值表达式并求交流电压表的示数;(2)从t=0时刻开始线圈平面转过30°的过程中,求通过电阻的电荷量;(3)求电阻R上的热功率。1234