2019-2020年高考物理大一輪復習 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習 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：在勻強磁場里，線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動． (2)中性面 ①定義：與磁場垂直的平面． ②特點：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系：T＝. 2．峰值和有效值 (1)峰值：交變電流的峰值是它能達到的最大值． (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，在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁場的軸OO′以角速度ω勻速轉動．當轉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，由功率表達式P＝可知，P＝＝.當其接到交流電源時，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，其線圈繞垂直于勻強磁場方向的軸(位于線圈平面內(nèi))勻速轉動，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． 考點一 正弦交變電流的產(chǎn)生與瞬時值表達式 1．正弦式交變電流的變化規(guī)律及對應圖象(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 (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)解決此類問題的關鍵在于把線圈在勻強磁場中的具體位置與轉動的時刻對應好，也就是電流的變化規(guī)律與線圈在磁場中轉動的具體情境對應好． (2)交變電動勢的最大值Em＝nBSω，與轉軸位置無關，與線圈形狀無關． [典例1] 如圖所示，矩形線圈abcd在勻強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動，當線圈平面轉到與磁場方向平行時( ) A．線圈繞P1轉動時的電流等于繞P2轉動時的電流 B．線圈繞P1轉動時的電動勢小于繞P2轉動時的電動勢 C．線圈繞P1和P2轉動時電流的方向相同，都是a→b→c→d→a D．線圈繞P1轉動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉動時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軸所在位置無關，故A對，B、D錯；圖示時刻產(chǎn)生電流的方向為a→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，進而利用正弦式交變電流最大值與有效值的關系得到有效值． (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式． [典例2] (xx湖南衡陽聯(lián)考)(多選)如圖甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉速繞與磁感線垂直的軸勻速轉動，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對應的感應電動勢大小之比為3∶2 D．t＝610－2 s時，曲線a對應線框的磁通量最大，曲線b對應線框的磁通量為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，對應線框的磁通量為0，b的電動勢為0，對應線框的磁通量最大，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式的推導思路 (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)寫出瞬時值的表達式． [典例3] 圖甲是交流發(fā)電機模型示意圖．在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO′轉動，由線圈引出的導線ae和df分別與兩個跟線圈一起繞OO′轉動的金屬圓環(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t時刻整個線圈中的感應電動勢e1的表達式； (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電動勢e2的表達式． 解析 (1)矩形線圈abcd在磁場中轉動時，ab、cd切割磁感線，且轉動的半徑為r＝， 轉動時ab、cd的線速度v＝ωr＝，且與磁場方向的夾角為ωt， 所以，整個線圈中的感應電動勢e1＝2BL1vsin ωt＝BL1L2ωsin ωt. (2)當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注意 ①只有當線圈從中性面位置開始計時，電流的瞬時值表達式才是正弦形式，其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉動軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關． ②注意峰值公式Em＝nBSω中的S為有效面積． ③在解決有關交變電流的圖象問題時，應先把交變電流的圖象與線圈的轉動位置對應起來，再根據(jù)特殊位置求特征解． (2)瞬時值書寫的兩關鍵 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，求出相應峰值． ②明確線圈的初始位置，找出對應的函數(shù)關系式． a．線圈從中性面位置開始轉動，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”至少取一個周期或為周期的整數(shù)倍． 3．利用能量關系 當有電能和其他形式的能轉化時，可利用能的轉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，用電流熱效應的等效法求解．設電燈的阻值為R，正弦式交流電壓的有效值與峰值的關系是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＝＝，設交流電壓的有效值為U，由電流熱效應得Q＝＝T，所以該交流電壓的有效值U＝，D正確． 有效值求解的三點注意 (1)計算有效值時要注意根據(jù)電流的熱效應，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)倍的部分可直接應用正弦式交變電流有效值與最大值間的關系Im＝I、Um＝U求解． 考點三 正弦交變電流的“四值” 物理含義 重要關系 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計算與電流熱效應相關的量，如功、功率、熱量等；②交流電表的測量值；③電氣設備所標注的額定電壓、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磁場，方向垂直于線圈中心軸OO′，線圈繞OO′勻速轉動，如圖所示．矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應電動勢的最大值都為e0，不計線圈電阻，則發(fā)電機輸出電壓( ) 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，在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中以豎直線OO′為軸，以角速度ω勻速旋轉，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轉過90到達位置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．在此轉動過程中，外界對線圈做的總功為 D．在此轉動過程中，電流方向會發(fā)生改變 解析：選AC.線圈從位置A轉過90到達位置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轉過90到達位置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，讓其在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動，產(chǎn)生的感應電動勢如圖乙所示．則可以判斷( ) A．t＝0時刻線圈應轉到圖甲所示的位置 B．該線圈的轉速為100π r/s C．穿過線圈的磁通量的最大值為 Wb D．線圈轉一周所產(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，放在磁感應強度B＝0.4 T的勻強磁場中，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的轉速勻速轉動，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邊正轉出紙外、cd邊轉入紙里．求： (1)t＝0時感應電流的方向； (2)感應電動勢的瞬時值表達式； (3)線圈轉一圈外力做的功； (4)從圖示位置轉過90的過程中流過電阻R的電荷量． 解析：(1)根據(jù)右手定則，線圈感應電流方向為adcba. (2)線圈的角速度 ω＝2πn＝100π rad/s 圖示位置的感應電動勢最大，其大小為 Em＝NBl1l2ω 代入數(shù)據(jù)得Em＝314 V 感應電動勢的瞬時值表達式 e＝Emcos ωt＝314cos(100πt) V. (3)電動勢的有效值E＝ 線圈勻速轉動的周期 T＝＝0.02 s 線圈勻速轉動一圈，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”應用的幾點提醒 (1)在解答有關交變電流的問題時，要注意電路結構． (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來等效定義的． (3)與電磁感應問題一樣，求解與電能、電熱相關的問題時，一定要用有效值；而求解通過導體某橫截面的電荷量時，一定要用平均值． 課時規(guī)范訓練 [基礎鞏固題組] 1．(多選)關于中性面，下列說法正確的是( ) A．線圈在轉動中經(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，感應電流的方向就改變一次 D．線圈每轉動一周經(jīng)過中性面一次，所以線圈每轉動一周，感應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，感應電流的方向改變一次，但線圈每轉一周時要經(jīng)過中性面兩次，所以每轉一周，感應電流方向就改變兩次，C項正確，D項錯誤． 2．某小型旋轉電樞式發(fā)電機所產(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)整線圈的轉速n、匝數(shù)N或磁感應強度的大小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)樵瓉淼模珺變?yōu)樵瓉淼?，N變?yōu)樵瓉淼?倍 C．使n變?yōu)樵瓉淼模琋變?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.因為發(fā)電機產(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?，?0 Hz，只有D項中的調(diào)整可使最大感應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磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，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為半圓形導線框，圓心為OM；N是圓心角為直角的扇形導線框，圓心為ON；兩導線框在同一豎直面(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逆時針勻速轉動，則( ) A．兩導線框中均會產(chǎn)生正弦交流電 B．兩導線框中感應電流的周期都等于T C．在t＝時，兩導線框中產(chǎn)生的感應電動勢相等 D．兩導線框的電阻相等時，兩導線框中感應電流的有效值也相等 解析：選BC.兩導線框勻速轉動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的大小不變，選項A錯誤；導線框的轉動周期為T，則感應電流的周期也為T，選項B正確；在t＝時，切割磁感線的有效長度相同，兩導線框中產(chǎn)生的感應電動勢相等，選項C正確；M導線框中一直有感應電流，N導線框中只有一半時間內(nèi)有感應電流，所以兩導線框的電阻相等時，感應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)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，○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匝的線圈在勻強磁場中勻速轉動，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，線框在磁感應強度為B的勻強磁場中以角速度ω繞cd軸從圖示位置開始勻速轉動，轉軸與磁感線垂直．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式為i＝sin ωt D．線框從圖示位置轉過的過程中，流過cd邊的電荷量為q＝ 解析：選B.線框在勻強磁場中勻速轉動，產(chǎn)生的感應電動勢的最大值為Em＝BL2ω，對應有效值為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)生的感應電動勢為最大值，則感應電流瞬時表達式為i＝cos ωt，C錯誤；線框從題圖所示位置處轉過的過程中，流過cd的電荷量為q＝＝，D錯誤． 10．圖甲是一臺小型發(fā)電機的構造示意圖，線圈逆時針轉動，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，僅將線圈的轉速提高一倍，則線圈電動勢的表達式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式為e＝Emsin ＝6 sin 100πt(V)，轉速提高一倍后，最大值變成12 V，ω＝2πn，故角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，表達式應為e＝12 sin 200πt(V)，選項D錯誤． 11．如圖是某學習小組在空曠的場地上做“搖繩發(fā)電實驗”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銅線與靈敏交流電流計相連．搖繩的兩位同學的連線與所在處的地磁場(可視為勻強磁場)垂直．搖動時，銅芯線所圍成半圓周的面積S＝2 m2，轉動角速度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強度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，在磁感應強度B＝0.20 T的勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的對稱軸OO′以 r/s的轉速勻速轉動，向R＝9.0 Ω的電阻供電，求： (1)發(fā)電機產(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)電機的功率． 解析：(1)線圈面積S＝abad＝0.40.2 m2＝0.08 m2線圈旋轉角速度 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 遠距離輸電 一、變壓器原理 1．構造和原理(如圖所示) (1)主要構造：由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成． (2)工作原理：電磁感應的互感現(xiàn)象． 2．理解變壓器的基本關系式 (1)功率關系：P入＝P出． (2)電壓關系：＝，若n1>n2，為降壓變壓器，若n1
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- 2019-2020年高考物理大一輪復習 第11章 交變電流 傳感器配套教案 2019 2020 年高 物理 一輪 復習 11 電流 傳感器 配套 教案
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