2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題系列之熱點(diǎn)專題突破 專題63 正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律學(xué)案.doc

專題63 正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1正弦式交變電流的產(chǎn)生(1)線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(2)兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)：線圈平面與中性面重合時(shí)，SB，最大，0，e0，i0，電流方向?qū)l(fā)生改變線圈平面與中性面垂直時(shí)，SB，0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變(3)電流方向的改變：線圈通過(guò)中性面時(shí)，電流方向發(fā)生改變，一個(gè)周期內(nèi)線圈兩次通過(guò)中性面，因此電流的方向改變兩次(4)交變電動(dòng)勢(shì)的最大值EmnBS，與轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān)，與線圈形狀無(wú)關(guān)2正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))物理量函數(shù)表達(dá)式圖象磁通量mcos tBScos t電動(dòng)勢(shì)eEmsin tnBSsin t端電壓uUmsin tsin t電流iImsin tsin t【典例1】交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖如圖所示，線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在金屬滑環(huán)L上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路相連。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A 轉(zhuǎn)到圖甲位置時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量變化率最大B 轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C 轉(zhuǎn)到圖丙位置時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大D 轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí)，AB邊感應(yīng)電流方向?yàn)锳B【答案】D（4）當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí)，線圈AB邊、CD邊此時(shí)正分別向上和向下垂直切割磁場(chǎng)，根據(jù)右手定則，此時(shí)回路中的感應(yīng)電流方向?yàn)閺腁到B，D正確；故本題選D【典例2】如圖所示，在水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一線框繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框通過(guò)電刷、圓環(huán)、導(dǎo)線等與定值電阻組成閉合回路t1、t2時(shí)刻線框分別轉(zhuǎn)到圖甲、乙所示的位置，下列說(shuō)法正確的是()At1時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量最大Bt1時(shí)刻電阻中的電流最大，方向從右向左Ct2時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量變化最快Dt2時(shí)刻電阻中的電流最大，方向從右向左【答案】B【解析】t1時(shí)刻，穿過(guò)線框的磁通量為零，線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，電阻中的電流最大，根據(jù)楞次定律，通過(guò)電阻的電流方向從右向左，A錯(cuò)誤，B正確；t2時(shí)刻，穿過(guò)線框的磁通量最大，線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，電阻中的電流為零，C、D錯(cuò)誤【典例3】線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生交流電的圖象如圖所示,由圖可知（ ）A 在A和C時(shí)刻線圈處于中性面位置B 在B和D時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零C 從A時(shí)刻起到D時(shí)刻,線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為弧度D 在A和C時(shí)刻磁通量變化率的絕對(duì)值最大【答案】D【跟蹤短訓(xùn)】1. 如圖，線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電流，以下相關(guān)說(shuō)法中正確的是A 線圈在甲、丙圖所示位置時(shí)，磁通量變化率最大B 線圈在乙、丁圖所示位置時(shí)，產(chǎn)生的電流最大C 線圈平面經(jīng)過(guò)甲、丙圖所示位置時(shí)，電流的方向都要改變一次D 線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向改變一次【答案】BC【解析】（1）當(dāng)線圈出現(xiàn)在甲、丙位置時(shí)，線圈平面和磁場(chǎng)完全垂直，磁通量最大，但ab邊和cd邊恰好不切割磁場(chǎng)，瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，此時(shí)磁通量的瞬時(shí)變化率為零，A錯(cuò)誤；（2）線圈在乙丁位置時(shí)，線圈平面和磁場(chǎng)方向平行，磁通量為零，但此時(shí)ab邊和cd邊正好垂直切割磁場(chǎng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，故此時(shí)流過(guò)線圈的瞬時(shí)電流最大，B正確；（3）根據(jù)交變電流產(chǎn)生的原理，線圈每經(jīng)過(guò)一次中性面，電流方向改變一次，線圈在甲、丙圖中均處于中性面，故電流方向都要改變一次，C正確；（4）線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周要經(jīng)過(guò)兩次中性面，所以線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，方向改變兩次，D錯(cuò)誤。故本題選BC2一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向、并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化情況如圖所示，則A t1時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零 B t2時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零C t3時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量變化率為零 D t4時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量變化率為零【答案】AD3在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一只矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖所示.則()A 交變電動(dòng)勢(shì)的頻率為100HzB 線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為100rad/sC t=0.01s時(shí)線框平面與中性面重合D 線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311V【答案】BC課后作業(yè)1. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)為一種新能源產(chǎn)品，功率為200 W到15 kW，廣泛應(yīng)用于分散住戶若風(fēng)力發(fā)電機(jī)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈通過(guò)中性面時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A穿過(guò)線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B穿過(guò)線圈的磁通量等于零，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C穿過(guò)線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零D穿過(guò)線圈的磁通量等于零，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零【答案】C【解析】當(dāng)線圈通過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，但此時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量最大；當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為零，但此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大2. 一矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，線框輸出的交流電壓隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，下列說(shuō)法中正確的是()At0時(shí)刻線框平面與磁場(chǎng)平行B交流電壓的頻率為4 HzC1 s末線框平面垂直于磁場(chǎng)，通過(guò)線框的磁通量變化最快D2 s末線框平面垂直于磁場(chǎng)，通過(guò)線框的磁通量最大【答案】D【解析】由u t圖象可知，t0時(shí)刻瞬時(shí)電壓為零，線框處于中性面，頻率f0.25 Hz，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；由圖象可知，1 s末交變電壓最大，通過(guò)線框的磁通量變化率最大，此時(shí)線框與磁場(chǎng)方向平行，而2 s末交變電壓為零，此時(shí)線框經(jīng)過(guò)中性面與磁場(chǎng)垂直，穿過(guò)線框的磁通量最大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確3矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是A t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大B t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為0C t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大D 每當(dāng)電流方向變化時(shí)，線圈平面就會(huì)與中性面垂直【答案】C4在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示。產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如圖乙所示，則（ ）A 線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311VB 線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為100HzC t=0.01s時(shí)線框平面與中性面重合D t=0.015s時(shí)線框的磁通量變化率為零【答案】C5在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按如圖所示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2,則（ ）A t=0.5s時(shí),線圈平面垂直于磁感線B 一分鐘內(nèi)線圈中的電流改變方向30次C t=1s時(shí),線圈中的磁通量最大,為125wbD 一個(gè)周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為16J【答案】C【解析】0.5s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，磁通量變化率最大，磁通量為零，線圈平面平行磁感線，A錯(cuò)誤；一個(gè)周期變換兩次方向，從圖中可知t=2s，故一分鐘內(nèi)線圈中的電流改變方向6022=60次，B錯(cuò)誤；t=1s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，此時(shí)磁通量最大，因?yàn)镋m=NBS=Nm2T，解得m=EmT2N=422100=125Wb，C正確；一個(gè)周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為Q=E2RT=Em22RT=42222=8J，D錯(cuò)誤6一單匝閉合線框從如圖所示位置開始，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，線框中的最大磁通量為m，最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em，下列說(shuō)法正確的是A 轉(zhuǎn)動(dòng)90時(shí)磁通量為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零B 當(dāng)磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C 當(dāng)磁通量等于0.5m時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于0.5EmD 角速度=Emm【答案】BD（4）因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)峰值Em=BS，最大磁通量m=BS，則=Emm，D正確。故本題選BD7一交流發(fā)電機(jī)模型如圖1所示，用示波器觀察到它產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形如圖2所示,則 A 該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為5V B 該發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速為25r/sC t=1200s時(shí)，穿過(guò)發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大 D t=1200s時(shí)，穿過(guò)發(fā)電機(jī)線圈的磁通量變化率最大【答案】D【解析】由圖2可知，交流電的最大值為Em=5V，故有效值為E=Em2522V，故A錯(cuò)誤；交流電的周期T=0.02s，故轉(zhuǎn)速n=1/T50r/s，故B錯(cuò)誤；交流電的角速度=2n=100rad/s，產(chǎn)生的交流電的瞬時(shí)值e=5sin100tV，當(dāng)t=1/200s時(shí)，交流電的瞬時(shí)值e=5sin1001200V5V，此時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，磁通量變化率最大，發(fā)電機(jī)線圈平面跟磁感線平行，磁通量為零，故C錯(cuò)誤，D正確；故選D。