2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第11章 交變電流 傳感器配套教案.doc
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2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第11章 交變電流 傳感器配套教案 一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律 1.交變電流:大小和方向都隨時間做周期性變化的電流. 2.正弦交流電 (1)產(chǎn)生:在勻強(qiáng)磁場里,線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動. (2)中性面 ①定義:與磁場垂直的平面. ②特點(diǎn):線圈位于中性面時,穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零,感應(yīng)電動勢為零.線圈每經(jīng)過中性面一次,電流的方向就改變一次. (3)變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時) ①電動勢(e):e=Emsin ωt. ②電壓(u):u=Umsin_ωt. ③電流(i):i=Imsin_ωt. (4)圖象(如圖所示) 二、描述交變電流的物理量 1.交變電流的周期和頻率的關(guān)系:T=. 2.峰值和有效值 (1)峰值:交變電流的峰值是它能達(dá)到的最大值. (2)有效值:讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻,如果在交流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等,則這個恒定電流I、恒定電壓U就是這個交變電流的有效值. (3)正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系 I=,U=,E=. 3.平均值:=n. [自我診斷] 1.判斷正誤 (1)交變電流的主要特征是電流的方向隨時間周期性變化.(√) (2)大小變化而方向不變的電流也叫交變電流.() (3)線圈經(jīng)過中性面時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大.() (4)在一個周期內(nèi),正弦交流電的方向改變兩次.(√) (5)最大值和有效值之間的倍關(guān)系只適用于正弦(余弦)交流電.(√) (6)交流電壓表及交流電流表的讀數(shù)均為峰值.() 2.矩形線圈的面積為S,匝數(shù)為n,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,繞垂直于磁場的軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動.當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場垂直的圖示位置時( ) A.線圈中的電動勢為nBSω B.線圈中的電動勢為0 C.穿過線圈的磁通量為0 D.穿過線圈的磁通量變化率最大 解析:選B.圖示時刻線框的四邊都不切割磁感線,不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,即線圈中的電動勢為0,故選項A錯誤,選項B正確;圖示時刻線框與磁場垂直,磁通量最大,為Φ=BS,故選項C錯誤;圖示位置線圈中的電動勢為0,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n可知穿過線圈的磁通量變化率為0,故選項D錯誤. 3.(多選)某小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電動勢為e=50sin 100πt(V).對此電動勢,下列表述正確的有( ) A.最大值是50 V B.頻率是100 Hz C.有效值是25 V D.周期是0.02 s 解析:選CD.由e=Emsin ωt=50sin 100 πt(V)可知,Em=50 V,E有效==25 V,ω=100π rad/s,T==0.02 s,f=50 Hz,C、D正確. 4.一個小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直流電源上,消耗電功率為P;若把它接在某個正弦交流電源上,其消耗的電功率為.如果電熱器電阻不變,則此交流電源輸出電壓的最大值為( ) A.5 V B.5 V C.10 V D.10 V 解析:選C.電熱器接到直流電源上,由功率表達(dá)式P=可知,P==.當(dāng)其接到交流電源時,有=,則U2=U1,U2為正弦交流電的有效值,則此交流電的最大值Um=U2=10 V,C正確. 5.某手搖交流發(fā)電機(jī),其線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場方向的軸(位于線圈平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電流i隨時間t變化的圖象如圖,由圖象可知( ) A.該交變電流頻率是0.4 Hz B.該交變電流有效值是0.8 A C.該交變電流瞬時值表達(dá)式是i=0.8sin(5πt)A D.t=0.1 s時穿過線圈平面的磁通量最大 解析:選C.根據(jù)電流隨時間變化的圖象知,交流電的周期為0.4 s,故交流電的頻率為2.5 Hz,A錯誤;交變電流的最大值為0.8 A,有效值為0.4 A,B錯誤;把ω==5π rad/s代入正弦式交變電流的瞬時值表達(dá)式得i=0.8sin(5πt)A,C正確;t=0.1 s時,電流最大,此時穿過線圈平面的磁通量為零,D錯誤. 考點(diǎn)一 正弦交變電流的產(chǎn)生與瞬時值表達(dá)式 1.正弦式交變電流的變化規(guī)律及對應(yīng)圖象(線圈在中性面位置開始計時) 函數(shù) 圖象 磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt 電動勢 e=Emsin ωt=nBSωsin ωt 電壓 u=Umsin ωt=sin ωt 電流 i=Imsin ωt= sin ωt 2.兩個特殊位置的特點(diǎn) (1)線圈平面與中性面重合時,S⊥B,Φ最大,=0,e=0,i=0,電流方向發(fā)生改變. (2)線圈平面與中性面垂直時,S∥B,Φ=0,最大,e最大,i最大,電流方向不改變. 考向1:正弦交變電流的產(chǎn)生 (1)解決此類問題的關(guān)鍵在于把線圈在勻強(qiáng)磁場中的具體位置與轉(zhuǎn)動的時刻對應(yīng)好,也就是電流的變化規(guī)律與線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的具體情境對應(yīng)好. (2)交變電動勢的最大值Em=nBSω,與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān),與線圈形狀無關(guān). [典例1] 如圖所示,矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動,當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向平行時( ) A.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動時的電流 B.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電動勢小于繞P2轉(zhuǎn)動時的電動勢 C.線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動時電流的方向相同,都是a→b→c→d→a D.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力 解析 線圈繞垂直于磁場方向的軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電流,產(chǎn)生的電流、電動勢及線圈各邊所受安培力大小與轉(zhuǎn)軸所在位置無關(guān),故A對,B、D錯;圖示時刻產(chǎn)生電流的方向?yàn)閍→d→c→b→a,故C錯. 答案 A 考向2:交變電流的圖象 (1)由圖象可讀出交變電流的電壓或電流的最大值,進(jìn)而利用正弦式交變電流最大值與有效值的關(guān)系得到有效值. (2)由圖象可讀出交變電流的變化周期T,然后計算得出角速度ω=. (3)根據(jù)最大值、角速度等信息可以寫出交變電流的瞬時值表達(dá)式. [典例2] (xx湖南衡陽聯(lián)考)(多選)如圖甲所示,在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢如圖乙中曲線a、b所示,則下列說法正確的是( ) A.曲線a表示的交變電動勢瞬時值ea=36 sin 25πt V B.曲線b表示的交變電動勢最大值為28.8 V C.t=510-2 s時,曲線a、b對應(yīng)的感應(yīng)電動勢大小之比為3∶2 D.t=610-2 s時,曲線a對應(yīng)線框的磁通量最大,曲線b對應(yīng)線框的磁通量為0 解析 由圖乙可知,Ema=36 V,ωa== rad/s=25 π rad/s,則曲線a表示的交變電動勢瞬時值ea=Emasin ωat=36 sin 25πt V,故A正確;由圖乙知曲線a、b表示的交變電流的周期之比為Ta∶Tb=(810-2)∶(1210-2)=2∶3,由ω=可知ωa∶ωb=Tb∶Ta=3∶2,所以曲線a、b表示的交變電動勢的最大值之比Ema∶Emb=NBSωa∶NBSωb=ωa∶ωb=3∶2,又知Ema=36 V,則Emb=24 V,故B錯誤;曲線a表示的交變電動勢瞬時值ea=36 sin 25πt V,曲線b表示的交變電動勢瞬時值eb=24 sint V,將t=510-2 s代入,得ea=-18 V,eb=12 V,|ea|∶eb=3∶2,故C正確;由圖乙知t=610-2 s時,a的電動勢最大,對應(yīng)線框的磁通量為0,b的電動勢為0,對應(yīng)線框的磁通量最大,故D錯誤. 答案 AC 考向3:交變電流瞬時值的書寫 交變電流瞬時值表達(dá)式的推導(dǎo)思路 (1)先求電動勢的最大值Em=nBSω; (2)求出角速度ω,ω=; (3)明確從哪一位置開始計時,從而確定是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù); (4)寫出瞬時值的表達(dá)式. [典例3] 圖甲是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO′轉(zhuǎn)動,由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個跟線圈一起繞OO′轉(zhuǎn)動的金屬圓環(huán)相連接,金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸,這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路.圖乙是線圈的主視圖,導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示.已知ab長度為L1,bc長度為L2,線圈以恒定角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動.(只考慮單匝線圈) (1)線圈平面處于中性面位置時開始計時,試推導(dǎo)t時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢e1的表達(dá)式; (2)線圈平面處于與中性面成φ0夾角位置時開始計時,如圖丙所示,試寫出t時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢e2的表達(dá)式. 解析 (1)矩形線圈abcd在磁場中轉(zhuǎn)動時,ab、cd切割磁感線,且轉(zhuǎn)動的半徑為r=, 轉(zhuǎn)動時ab、cd的線速度v=ωr=,且與磁場方向的夾角為ωt, 所以,整個線圈中的感應(yīng)電動勢e1=2BL1vsin ωt=BL1L2ωsin ωt. (2)當(dāng)t=0時,線圈平面與中性面的夾角為φ0,則t時刻時,線圈平面與中性面的夾角為ωt+φ0 故此時感應(yīng)電動勢的瞬時值 e2=2BL1vsin(ωt+φ0)=BL1L2ωsin(ωt+φ0) 答案 (1)e1=BL1L2ωsin ωt (2)e2=BL1L2ωsin (ωt+φ0) (1)交變電流圖象問題的三點(diǎn)注意 ①只有當(dāng)線圈從中性面位置開始計時,電流的瞬時值表達(dá)式才是正弦形式,其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān). ②注意峰值公式Em=nBSω中的S為有效面積. ③在解決有關(guān)交變電流的圖象問題時,應(yīng)先把交變電流的圖象與線圈的轉(zhuǎn)動位置對應(yīng)起來,再根據(jù)特殊位置求特征解. (2)瞬時值書寫的兩關(guān)鍵 ①確定正弦交變電流的峰值,根據(jù)已知圖象或由公式Em=nBSω,求出相應(yīng)峰值. ②明確線圈的初始位置,找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式. a.線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動,則i-t圖象為正弦函數(shù)圖象,函數(shù)式為i=Imsin ωt,圖象如圖甲所示. b.線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動,則i-t圖象為余弦函數(shù)圖象,函數(shù)式為i=Imcos ωt.圖象如圖乙所示. 考點(diǎn)二 交變電流有效值的計算 1.公式法 利用E=、U=、I=計算,只適用于正(余)弦式交變電流. 2.利用有效值的定義計算(非正弦式電流) 計算時“相同時間”至少取一個周期或?yàn)橹芷诘恼麛?shù)倍. 3.利用能量關(guān)系 當(dāng)有電能和其他形式的能轉(zhuǎn)化時,可利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來求有效值. 1.通過一阻值R=100 Ω的電阻的交變電流如圖所示,其周期為1 s.電阻兩端電壓的有效值為( ) A.12 V B.4 V C.15 V D.8 V 解析:選B.由題意結(jié)合有效值的定義可得I2RT=2,將I1=0.1 A,I2=0.2 A代入可得流過電阻的電流的有效值I= A,故電阻兩端電壓的有效值為IR=4 V,選項B正確. 2.如圖所示為一交變電流隨時間變化的圖象,則此交變電流的有效值為( ) A. A B.2 A C. A D.3 A 解析:選C.由圖象可知此交變電流的周期是2 s.設(shè)交變電流的有效值為I,周期為T,則I2RT=2R+2R,解得I= A,故選C. 3.如圖所示為一交變電流的電壓隨時間變化的圖象,正半軸是正弦曲線的一個部分,則此交變電流的電壓的有效值是( ) A. V B.5 V C. V D.3 V 解析:選C.設(shè)其有效值為U,根據(jù)交變電流的有效值定義和題圖中電流特點(diǎn)可得,在一個周期內(nèi)有t1+t2=t,即20.01 s+(4 V)20.01 s=U20.02 s,解得U= V,故C正確. 4.如圖所示為一個經(jīng)雙可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓,正弦交流電的每一個二分之一周期中,前面四分之一周期被截去,則現(xiàn)在電燈上電壓的有效值為( ) A.Um B. C. D. 解析:選D.由題給圖象可知,交流電壓的變化規(guī)律具有周期性,用電流熱效應(yīng)的等效法求解.設(shè)電燈的阻值為R,正弦式交流電壓的有效值與峰值的關(guān)系是U=,由于一個周期內(nèi)半個周期有交流電壓,一周期內(nèi)交流電產(chǎn)生的熱量為Q==,設(shè)交流電壓的有效值為U,由電流熱效應(yīng)得Q==T,所以該交流電壓的有效值U=,D正確. 有效值求解的三點(diǎn)注意 (1)計算有效值時要注意根據(jù)電流的熱效應(yīng),抓住“三同”:“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解. (2)利用兩類公式Q=I2Rt和Q=t可分別求得電流有效值和電壓有效值. (3)若圖象部分是正弦(或余弦)交流電,其中的從零(或最大值)開始的周期整數(shù)倍的部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系Im=I、Um=U求解. 考點(diǎn)三 正弦交變電流的“四值” 物理含義 重要關(guān)系 適用情況 瞬時值 交變電流某一時刻的值 e=Emsin ωt i=Imsin ωt 計算線圈某時刻的受力 最大值 最大的瞬時值 Em=nBSω Im= 確定用電器的耐壓值,如電容器、晶體管等的擊穿電壓 有效值 跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值 對正(余)弦式交流電: E= U= I= ①計算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量,如功、功率、熱量等;②交流電表的測量值;③電氣設(shè)備所標(biāo)注的額定電壓、額定電流;④保險絲的熔斷電流 平均值 交變電流圖象中圖線與時間軸圍成面積與時間的比值 =n = 計算通過電路某一截面的電荷量:q=t 1.小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共N匝,每匝可簡化為矩形線圈abcd,磁極間的磁場視為勻強(qiáng)磁場,方向垂直于線圈中心軸OO′,線圈繞OO′勻速轉(zhuǎn)動,如圖所示.矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值都為e0,不計線圈電阻,則發(fā)電機(jī)輸出電壓( ) A.峰值是e0 B.峰值是2e0 C.有效值是Ne0 D.有效值是Ne0 解析:選D.因每匝矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的電動勢的最大值都是e0,每匝中ab和cd串聯(lián),故每匝線圈產(chǎn)生的電動勢的最大值為2e0.N匝線圈串聯(lián),整個線圈中感應(yīng)電動勢的最大值為2Ne0,因線圈中產(chǎn)生的是正弦交流電,則發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值E=Ne0,故選項D正確. 2.(多選)如圖所示,面積為S的矩形線圈共N匝,線圈總電阻為R,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中以豎直線OO′為軸,以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn),圖示位置C與紙面共面,位置A與位置C成45角.線圈從位置A轉(zhuǎn)過90到達(dá)位置B的過程中,下列說法正確的是( ) A.平均電動勢為NBSω B.通過線圈某一截面的電荷量q= C.在此轉(zhuǎn)動過程中,外界對線圈做的總功為 D.在此轉(zhuǎn)動過程中,電流方向會發(fā)生改變 解析:選AC.線圈從位置A轉(zhuǎn)過90到達(dá)位置B的過程中,ΔΦ=2BScos 45=BS,Δt=,根據(jù)=N,得=NBSω,故A正確.根據(jù)=N,q=Δt=N=,故B錯誤.產(chǎn)生電動勢的峰值Em=NBSω,則有效值E==,則W=Q=Δt=,故C正確.線圈每經(jīng)過中性面一次,電流方向改變,線圈從位置A轉(zhuǎn)過90到達(dá)位置B的過程中,電流方向不變,故D錯誤. 3.將阻值為100 Ω的電阻絲繞成一個110匝的閉合矩形線圈,讓其在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢如圖乙所示.則可以判斷( ) A.t=0時刻線圈應(yīng)轉(zhuǎn)到圖甲所示的位置 B.該線圈的轉(zhuǎn)速為100π r/s C.穿過線圈的磁通量的最大值為 Wb D.線圈轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的電熱為9.68 J 解析:選D.t=0時刻產(chǎn)生的電動勢為零,所以線圈應(yīng)處于中性面即線圈與磁場垂直的位置,故A錯誤;據(jù)圖乙可知,T=0.02 s,據(jù)T=可得ω=100π rad/s,所以轉(zhuǎn)速為50 r/s,故B錯誤;據(jù)Em=nBSω可知,BS= Wb=910-3 Wb,故C錯誤;據(jù)峰值可知,E=0.707Em=220 V,據(jù)焦耳定律可知,線圈轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的熱量Q=T=9.68 J,故D正確. 4. 如圖所示,N=50匝的矩形線圈abcd,ab邊長l1=20 cm,ad邊長l2=25 cm,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4 T的勻強(qiáng)磁場中,外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO′軸以n=3 000 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動,線圈電阻r=1 Ω,外電路電阻R=9 Ω,t=0時線圈平面與磁感線平行,ab邊正轉(zhuǎn)出紙外、cd邊轉(zhuǎn)入紙里.求: (1)t=0時感應(yīng)電流的方向; (2)感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式; (3)線圈轉(zhuǎn)一圈外力做的功; (4)從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中流過電阻R的電荷量. 解析:(1)根據(jù)右手定則,線圈感應(yīng)電流方向?yàn)閍dcba. (2)線圈的角速度 ω=2πn=100π rad/s 圖示位置的感應(yīng)電動勢最大,其大小為 Em=NBl1l2ω 代入數(shù)據(jù)得Em=314 V 感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式 e=Emcos ωt=314cos(100πt) V. (3)電動勢的有效值E= 線圈勻速轉(zhuǎn)動的周期 T==0.02 s 線圈勻速轉(zhuǎn)動一圈,外力做功大小等于電功的大小,即 W=I2(R+r)T=T 代入數(shù)據(jù)得W=98.6 J. (4)從t=0起轉(zhuǎn)過90過程中,Δt內(nèi)流過R的電荷量: q=Δt== 代入數(shù)據(jù)得q=0.1 C. 答案:(1)感應(yīng)電流方向沿adcba (2)e=314cos (100πt) V (3)98.6 J (4)0.1 C 交變電流“四值”應(yīng)用的幾點(diǎn)提醒 (1)在解答有關(guān)交變電流的問題時,要注意電路結(jié)構(gòu). (2)注意區(qū)分交變電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值,最大值是瞬時值中的最大值,有效值是以電流的熱效應(yīng)來等效定義的. (3)與電磁感應(yīng)問題一樣,求解與電能、電熱相關(guān)的問題時,一定要用有效值;而求解通過導(dǎo)體某橫截面的電荷量時,一定要用平均值. 課時規(guī)范訓(xùn)練 [基礎(chǔ)鞏固題組] 1.(多選)關(guān)于中性面,下列說法正確的是( ) A.線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時,穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零 B.線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時,穿過線圈的磁通量為零,磁通量的變化率最大 C.線圈每經(jīng)過一次中性面,感應(yīng)電流的方向就改變一次 D.線圈每轉(zhuǎn)動一周經(jīng)過中性面一次,所以線圈每轉(zhuǎn)動一周,感應(yīng)電流的方向就改變一次 解析:選AC.中性面是線圈平面與磁感線垂直的位置,線圈經(jīng)過該位置時,穿過線圈的磁通量最大,各邊都不切割磁感線,不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,所以磁通量的變化率為零,A項正確,B項錯誤;線圈每經(jīng)過一次中性面,感應(yīng)電流的方向改變一次,但線圈每轉(zhuǎn)一周時要經(jīng)過中性面兩次,所以每轉(zhuǎn)一周,感應(yīng)電流方向就改變兩次,C項正確,D項錯誤. 2.某小型旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的交流電電動勢為110 V、頻率為60 Hz,要使它產(chǎn)生的電動勢變?yōu)?20 V、頻率變?yōu)?0 Hz,需要調(diào)整線圈的轉(zhuǎn)速n、匝數(shù)N或磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B.下列調(diào)整合適的是( ) A.使n變?yōu)樵瓉淼?.2倍,B變?yōu)樵瓉淼?倍,N變?yōu)樵瓉淼?.2倍 B.使n變?yōu)樵瓉淼?,B變?yōu)樵瓉淼模琋變?yōu)樵瓉淼?倍 C.使n變?yōu)樵瓉淼?,N變?yōu)樵瓉淼?倍,B不變 D.使n變?yōu)樵瓉淼?,N變?yōu)樵瓉淼?.4倍,B不變 解析:選D.因?yàn)榘l(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電電動勢110 V指的是有效值,故其最大值為Em1=110 V,調(diào)整后為Em2=220 V,即=,根據(jù)Em=NBSω和ω=2πn,可知,選項A中,Em2=1.2N2BS1.22πn=2.88Em1,故選項A錯誤;B、C、D三個選項中的調(diào)整使頻率均變?yōu)樵瓉淼模?0 Hz,只有D項中的調(diào)整可使最大感應(yīng)電動勢增大到原來的2倍,故選項B、C錯誤,D正確. 3.一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖甲所示,則下列說法正確的是( ) A.t=0時刻,線圈平面與中性面垂直 B.t=0.01 s時刻,Φ的變化率最大 C.t=0.02 s時刻,交流電動勢達(dá)到最大 D.該線圈產(chǎn)生的交流電動勢的圖象如圖乙所示 解析:選B.由Φ-t圖知,t=0時,Φ最大,即線圈處于中性面位置,此時e=0,故A、D兩項錯誤;由圖知T=0.04 s,在t=0.01 s時,Φ=0,最大,e最大,則B項正確;在t=0.02 s時,Φ最大,=0,e=0,則C項錯誤. 4.(多選)如圖,M為半圓形導(dǎo)線框,圓心為OM;N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框,圓心為ON;兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi);兩圓弧半徑相等;過直線OMON的水平面上方有一勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于紙面.現(xiàn)使線框M、N在t=0時從圖示位置開始,分別繞垂直于紙面、且過OM和ON的軸,以相同的周期T逆時針勻速轉(zhuǎn)動,則( ) A.兩導(dǎo)線框中均會產(chǎn)生正弦交流電 B.兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于T C.在t=時,兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等 D.兩導(dǎo)線框的電阻相等時,兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等 解析:選BC.兩導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小不變,選項A錯誤;導(dǎo)線框的轉(zhuǎn)動周期為T,則感應(yīng)電流的周期也為T,選項B正確;在t=時,切割磁感線的有效長度相同,兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等,選項C正確;M導(dǎo)線框中一直有感應(yīng)電流,N導(dǎo)線框中只有一半時間內(nèi)有感應(yīng)電流,所以兩導(dǎo)線框的電阻相等時,感應(yīng)電流的有效值不相等,選項D錯誤. 5.(多選)圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖,兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場,○A 為交流電流表.線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動,從圖示位置開始計時,產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖象如圖乙所示.以下判斷正確的是( ) A.電流表的示數(shù)為10 A B.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50π rad/s C.0.01 s時線圈平面與磁場方向平行 D.0.02 s時電阻R中電流的方向自右向左 解析:選AC.由題圖乙知Im=10 A,I==10 A,A正確.T=210-2 s,ω==100π rad/s,B錯誤.t=0.01 s時,i=Im,此時線圈平面與磁場方向平行,C正確.由右手定則判定0.02 s時電阻R中電流方向自左向右,D錯誤. 6.A、B是兩個完全相同的電熱器,A通以圖甲所示的方波交變電流,B通以圖乙所示的正弦交變電流,則兩電熱器的電功率之比PA∶PB等于( ) A.5∶4 B.3∶2 C.∶1 D.2∶1 解析:選A.對甲有PA==IR,對乙有PB=2R=IR,則PA∶PB=5∶4,A正確,B、C、D錯誤. 7.如圖所示為一正弦交流發(fā)電機(jī)和交流電路模型.圖中電流表的示數(shù)為1 A,電阻R的阻值為2 Ω,線圈轉(zhuǎn)動角速度ω=100π rad/s.則從圖示位置開始計時,電阻R兩端交變電壓的瞬時值表達(dá)式為( ) A.u=2sin100πt(V) B.u=2cos100πt(V) C.u=2sin100πt(V) D.u=2cos100πt(V) 解析:選D.圖示位置為線圈平面與中性面垂直的位置,因此線圈產(chǎn)生的電流的瞬時值表達(dá)式為i=Imcosωt=cos100πt(A),則電阻R兩端的瞬時電壓為u=iR=2cos100πt(V),D項正確. 8.(多選)100匝的線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢為e=100sinV,下列說法正確的是( ) A.交變電動勢有效值為100 V B.交變電動勢有效值為100 V C.穿過線圈的最大磁通量為 Wb D.穿過線圈的最大磁通量為 Wb 解析:選AD.由交流電的表達(dá)式可知,該交變電壓的最大電動勢為100 V,故電動勢的有效值為100 V,選項A正確;角速度ω=100π,而Em=nBSω=nΦmω,所以Φm== Wb,選項D正確. [綜合應(yīng)用題組] 9.如圖所示,正方形單匝線框abcd的邊長為L,每邊電阻均為r,線框在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以角速度ω繞cd軸從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)軸與磁感線垂直.一理想電壓表用電刷接在線框的c、d兩點(diǎn)上,下列說法中正確的是( ) A.電壓表讀數(shù)為BωL2 B.電壓表讀數(shù)為BωL2 C.從圖示位置開始計時,流過線框電流的瞬時值表達(dá)式為i=sin ωt D.線框從圖示位置轉(zhuǎn)過的過程中,流過cd邊的電荷量為q= 解析:選B.線框在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em=BL2ω,對應(yīng)有效值為E=Em=BL2ω,電壓表讀數(shù)為=BL2ω,B正確,A錯誤;圖示位置線框磁通量為零,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為最大值,則感應(yīng)電流瞬時表達(dá)式為i=cos ωt,C錯誤;線框從題圖所示位置處轉(zhuǎn)過的過程中,流過cd的電荷量為q==,D錯誤. 10.圖甲是一臺小型發(fā)電機(jī)的構(gòu)造示意圖,線圈逆時針轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的電動勢e隨時間t變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示.發(fā)電機(jī)線圈的內(nèi)阻不計,外接燈泡的電阻為12 Ω.則( ) A.在t=0.01 s時刻,穿過線圈的磁通量為零 B.電壓表的示數(shù)為6 V C.燈泡消耗的電功率為3 W D.若其他條件不變,僅將線圈的轉(zhuǎn)速提高一倍,則線圈電動勢的表達(dá)式e=12 sin 100πt(V) 解析:選C.在t=0.01 s的時刻,電動勢為0,則線圈位于中性面,穿過線圈的磁通量最大,選項A錯誤;電動勢的最大值為Em=6 V,電壓表測量的為有效值,故示數(shù)為 V=6 V,選項B錯誤;燈泡消耗的電功率P== W=3 W,選項C正確;周期為0.02 s,則瞬時電動勢的表達(dá)式為e=Emsin =6 sin 100πt(V),轉(zhuǎn)速提高一倍后,最大值變成12 V,ω=2πn,故角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,表達(dá)式應(yīng)為e=12 sin 200πt(V),選項D錯誤. 11.如圖是某學(xué)習(xí)小組在空曠的場地上做“搖繩發(fā)電實(shí)驗(yàn)”的示意圖.他們將一銅芯線像甩跳繩一樣勻速搖動,銅芯線的兩端分別通過細(xì)銅線與靈敏交流電流計相連.搖繩的兩位同學(xué)的連線與所在處的地磁場(可視為勻強(qiáng)磁場)垂直.搖動時,銅芯線所圍成半圓周的面積S=2 m2,轉(zhuǎn)動角速度ω=10 rad/s,用電流計測得電路中電流I=40 μA,電路總電阻R=10 Ω,g取10 m/s2,=2.25. (1)求該處地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B; (2)從銅芯線所在平面與該處地磁場平行開始計時,求其轉(zhuǎn)過四分之一周的過程中,通過電流計的電荷量q; (3)求銅芯線轉(zhuǎn)動一周的過程中,電路產(chǎn)生的焦耳熱Q. 解析:(1)銅芯線中產(chǎn)生的是正弦交流電,則 Im=I, Em=ImR, Em=BSω, 解得B=210-5T. (2)從銅芯線與地面平行開始至銅芯線轉(zhuǎn)動四分之一周的過程中, E=ΔΦ/t, E=IR, q=It, 解得q=410-6C. (3)銅芯線轉(zhuǎn)動一周,電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2RT, 解得Q=7.210-9 J. 答案:(1)210-5T (2)410-6 C (3)7.210-9 J 12.如圖所示,交變電流發(fā)電機(jī)的矩形框ab=dc=0.40 m,bc=ad=0.20 m,共有50匝線圈,其電阻r=1.0 Ω,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.20 T的勻強(qiáng)磁場中,繞垂直于磁場方向的對稱軸OO′以 r/s的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動,向R=9.0 Ω的電阻供電,求: (1)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的最大值; (2)交變電流電壓表和電流表的示數(shù); (3)此發(fā)電機(jī)的功率. 解析:(1)線圈面積S=abad=0.40.2 m2=0.08 m2線圈旋轉(zhuǎn)角速度 ω=2πn= rad/s=200 rad/s Em=NBωS=500.22000.08 V=160 V (2)電壓表示數(shù)(即路端電壓示數(shù)) U=R=9.0 V=72 V 電流表示數(shù)I== A=8 A (3)發(fā)電機(jī)的功率 P=UI== W=1 280 W 答案:(1)160 V (2)U=72 V I=8 A (3)P=1 280 W 第2節(jié) 變壓器 遠(yuǎn)距離輸電 一、變壓器原理 1.構(gòu)造和原理(如圖所示) (1)主要構(gòu)造:由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成. (2)工作原理:電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象. 2.理解變壓器的基本關(guān)系式 (1)功率關(guān)系:P入=P出. (2)電壓關(guān)系:=,若n1>n2,為降壓變壓器,若n1- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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- 2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第11章 交變電流 傳感器配套教案 2019 2020 年高 物理 一輪 復(fù)習(xí) 11 電流 傳感器 配套 教案
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