專題72 交流電的產(chǎn)生及描述 （原稿版）

專題72交流電的產(chǎn)生及描述專題導航目錄TOC\o"1-3"\h\u?？键c交流電的產(chǎn)生及描述 1考點拓展練習 8?？键c歸納常考點交流電的產(chǎn)生及描述【典例1】如圖1所示，正弦交流電接在電阻R與理想二極管D串聯(lián)的電路兩端，通過電阻R的電流i與時間t的關(guān)系如圖2所示，R＝10Ω，則在t＝0到t＝1s時間內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量為（）A．125J B．250J C．375J D．500J【典例2】如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為B。一扇形閉合導線框，電阻為R、半徑為L、圓心角為60°，繞頂點O（位于磁場邊界）在紙面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，角速度為ω。線框串有一理想交流電流表（未畫出），則交流電流表的示數(shù)為（）A． B． C． D．【典例3】在勻強磁場中，有一10匝的閉合金屬線框繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，線框電阻為0.5Ω，線框磁通量Φ隨時間t的變化關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是（）A．t＝0.5s時，線框平面與中性面平行 B．線框產(chǎn)生的電動勢最大值為20V C．線框轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的焦耳熱約為80J D．從到的過程中，線框的平均感應電動勢為4V【技巧點撥】1．交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)規(guī)律物理量函數(shù)表達式圖象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動勢e＝Emsinωt＝nBSωsinωt電壓u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt電流i＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt2.兩個特殊位置及其特點兩個特殊位置示意圖特點中性面Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，交變電流方向發(fā)生改變與中性面垂直的位置Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大，交變電流方向不改變3．交變電流瞬時值表達式的書寫(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式Em＝nBSω求出相應峰值。(2)明確線圈的初始位置，找出對應的函數(shù)關(guān)系式。如：①線圈在中性面位置開始計時，則i-t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)表達式為i＝Imsinωt。②線圈在垂直于中性面的位置開始計時，則i-t圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)表達式為i＝Imcosωt。4.交變電流“四值”的理解和應用5．正弦式交流電的幾種其它產(chǎn)生形式與轉(zhuǎn)軸無關(guān)與形狀無關(guān)始終有電流，注意有效面積半周無電流BBabcdωBBωBBabcdωBBabcdω6．求解交變電流有效值的三種方法(1)公式法：利用E＝eq\f( Em,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))、I＝eq\f(Im,\r(2))計算，此方法只適用于正弦式交變電流．(2)定義法①設阻值、定時間：設將交變電流加在阻值為R的電阻上，時間取t＝T；②求熱量：Q＝Q1＋Q2＋…(分段法)；③求解有效值：根據(jù)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一定時，P∝I2、P∝U2，所以可根據(jù)功率的變化比例確定有效值的變化比例．此方法適合分析對兩種狀態(tài)進行對比的問題．7.幾種典型交變電流的有效值電流名稱電流圖象有效值正弦式交變電流I＝eq\f(Im,\r(2))正弦半波電流I＝eq\f(Im,2)矩形脈沖電流I＝eq\r(\f(t0,T))Im非對稱性交變電流I＝eq\r(\f(1,2)（Ieq\o\al(2,1)＋Ieq\o\al(2,2)）)8．電阻、電感和電容對直流、交流的影響區(qū)別電阻電感電容器阻抗感抗容抗9.交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))適用于正(余)弦式交變電流(1)計算與電流的熱效應有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設備“銘牌”上所標的一般是有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值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)計算通過電路橫截面的電荷量【變式演練1】電流隨時間變化的規(guī)律如圖所示，每個周期的前半個周期電流隨時間按照正弦形式的規(guī)律變化，后半個周期的電流為0，已知電流的最大值為I0，則在0?T過程中的平均電流（）A．I0 B．I0 C．I0 D．I0【變式演練2】如圖甲所示為科技小制作的風力發(fā)電機簡易模型，在風力的作用下，風葉帶動與其固定在一起的永磁鐵轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與風速成正比。某一風速時，線圈中產(chǎn)生的正弦式交變電流如圖乙所示，則（）A．t＝0.1s時穿過線圈的磁通量為零 B．磁鐵的角速度為20πrad/s C．風速減半時電流的表達式為i＝0.6sin（20πt）A D．風速減半時線圈中電流的有效值為0.6A【變式演練3】如圖甲所示，手搖式發(fā)電機是我們教學中常用的演示工具，它的簡化圖如圖乙所示．該手搖式交流發(fā)電機的矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中繞中軸線OO′以恒定角速度ω轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交流電通過M、N與外電路連接，已知矩形線圈的面積為S，匝數(shù)為n，線圈總電阻為r，外電路電燈的電阻為R，電壓表為理想交流電表．線圈平面由平行于磁場方向的位置轉(zhuǎn)過90°的過程中（）A．電壓表V的示數(shù)為nBSω B．通過燈泡的電荷量為 C．電燈中產(chǎn)生的焦耳熱為 D．位于中性面位置時線圈中的電流為考點拓展練習1．如圖甲所示的電路中，K與L間接一智能電源，用以控制電容器C兩端的電壓UC。如果UC隨時間t的變化如圖乙所示（設t＝0時，K為低電勢），則下列描述通過該電容器C的電流IC（取回路中電流沿順時針方向為正）隨時間t變化的圖像中，正確的是（）A． B． C． D．2．一正弦式交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示，由圖可確定該電壓的（）A．該交流電的電壓峰值為V B．該交流電的周期為2s C．該交流電的電壓的有效值為V D．瞬時值表達式為u＝100sin（100πt）V3．如圖所示為一臺小型發(fā)電機構(gòu)造示意圖，圖示時刻線圈平面和磁感線平行。線圈匝數(shù)為N，電阻為r，理想電壓表與外接電阻R并聯(lián)。當線圈繞OO'軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，電壓表的示數(shù)為U。則（）A．穿過線圈的磁通量的最大值為 B．從圖示位置開始計時，電動勢的表達式為 C．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中通過電阻R的電荷量為 D．線圈轉(zhuǎn)動一圈，發(fā)電機提供的電能為4．理想變壓器原線圈匝數(shù)n1＝270匝，輸入如圖甲所示的正弦交變電壓。P是副線圈上的滑動觸頭，當P處于圖乙所示位置時，副線圈連入電路的匝數(shù)n2＝135匝，燈泡L恰能正常發(fā)光，電容器C剛好不被擊穿，R是滑動變阻器。下列說法正確的是（）A．電容器的擊穿電壓為11V B．若R的滑片不動，向下移動P，則電容器的電容變小 C．若R的滑片不動，向下移動P，則原線圈的輸入功率變大 D．若P不動，向上移動R的滑片，則燈泡變暗5．如圖所示，理想變壓器的原線圈接有u＝311sin100πt（V）的交變電壓，副線圈上接有電阻R和兩個相同的燈泡L1、L2。開始時，電鍵S斷開，下列說法正確的是（）A．電流方向每秒鐘改變50次 B．閉合S后，燈泡L1變亮 C．閉合S后，原線圈的輸入功率增大 D．閉合S后，副線圈兩端的電壓減小6．如圖所示，a、b、c三種交流電，分別通過同一電阻，在0.8s內(nèi)，電阻產(chǎn)生的熱量分別為Qa、Qb和Qc，則Qa：Qb：Qc＝（）A．1：2：1 B．1：2：2 C．2：2：1 D．1：3：27．如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，R1＝10Ω，R2＝20Ω。通過R1的正弦交流電如圖乙所示，則（）A．電容器兩端電壓為10V B．電壓表示數(shù)為100V C．原線圈輸入電流的頻率為100Hz D．原線圈輸入功率為10W8．如圖所示是街頭變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，負載變化時輸入電壓不會有大的波動。輸出電壓通過輸電線輸送給用戶，兩條輸電線的總電阻用R0表示，變阻器R代表用戶用電器的總電阻。如果變壓器上的能量損失可以忽略，當用戶的用電器增加時，下列說法正確的是（）A．用戶的用電器是串聯(lián)的，R增大 B．A1的示數(shù)變小 C．V3示數(shù)變化量的絕對值與A2示數(shù)變化量的絕對值的比值不變 D．V1與V2示數(shù)的比值等于A1與A2示數(shù)的比值9．將如圖所示的交流電壓加在一個阻值R＝1Ω的定值電阻兩端，通電時間2min，則下列說法正確的是（）A．通過該電阻的電荷量為120C B．通過電阻的電流的有效值為0.5A C．電阻產(chǎn)生的焦耳熱為500J D．電阻兩端電壓的有效值為V10．在勻強磁場中，一個100匝的閉合矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過該線框的磁通量隨時間成余弦函數(shù)變化，如圖所示，則（）A．在t＝0.1s時，線框處于中性面位置 B．在t＝0.1s時，線框中感應電動勢為零 C．線框中產(chǎn)生的感應電動勢有效值為5πV D．線框中產(chǎn)生的感應電動勢瞬時值的表達式為e＝10πcos5πt（V）11．如圖所示是交流發(fā)電機示意圖。矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，與外電路電阻R形成閉合電路時，流過電阻的交流電流的有效值為I?，F(xiàn)將一個二極管與電阻R串聯(lián)，線圈不變，線圈轉(zhuǎn)動的角速度也不變，則串聯(lián)二極管后流過電阻的交流電的有效值為（）A．I B． C． D．12．在如圖甲所示的電路中，R1、R2是兩個定值電阻且R2＝2R1，與R2并聯(lián)的理想二極管D，其正向電阻可視為零、反向電阻為無窮大。接線柱a、b之間加一個如圖乙所示的交變電壓，Uab＞0時電壓為正值。則R1兩端電壓的有效值為（）A．10V B．10V C．20V D．20V13．如圖所示，一小型交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈的面積為S，匝數(shù)為n，轉(zhuǎn)軸與線圈相交于a點，ab段線圈與滑環(huán)Q相接觸，ac段線圈與滑環(huán)P相接觸。金屬線圈處在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞軸以角速度ω0勻速轉(zhuǎn)動，K1閉合K2斷開時，交流電流表的示數(shù)為I0，額定功率為P0小燈泡恰好正常發(fā)光。假設小燈泡電阻不隨溫度變化，線圈、滑環(huán)、電刷、導線電流表總電阻為r。下列說法正確的是（）A．線圈處于如圖所示的平面時，電流最大，此時電流表的讀數(shù)為 B．線圈從水平位置轉(zhuǎn)過90°，通過小燈泡的電荷量為 C．同時閉合K1和K