高考物理备考-交流电的产生及描述.pdf
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1、2020年 高 考 物 理 备 考 微 专 题 精 准 突 破 专 题 5.9 交 流 电 的 产 生 及 描 述【专 题 诠 释】磁 通 量:0=0 cosr;m 电 动 势 m:e=E sin cot;电 流 m:i=I sin coZ.3.交 变 电 流 的 有 效 值(1).利 用 公 式 法 计 算 利 用/=制 算,只 适 用 于 正(余)弦 式 交 变 电 流.(2.利 用 有 效 值 的 定 义 计 算(非 正 弦 式 电 流)计 算 时“相 同 时 间”至 少 取 一 个 周 期 或 周 期 的 整 数 倍.(3).利 用 能 量 关 系 计 算 当 有 电 能 和 其 他
2、形 式 的 能 转 化 时,可 利 用 能 的 转 化 和 守 恒 定 律 来 求 有 效 值.4.交 变 电 流“四 值”的 比 较物 理 量 重 要 关 系 适 用 情 况 及 说 明 瞬 时 值 e=EmSin 3 t3t计 算 线 圈 某 时 刻 的 受 力 情 况 Em=nBS(o峰 值 E讨 论 电 容 器 的 击 穿 电 压 m R+rE嗫“噬(1)计 算 与 电 流 的 热 效 应 有 关 的 量(如 电 功、电 功 率、电 热 等)有 效 值(只 适 用 于 正 弦(2)电 气 设 备“铭 牌”上 所 标 的 值(3)保 险 丝 的 熔 断 电 流 式 交 变 电 流)(4)
3、交 流 电 表 的 读 数 E=B Lv A 0平 均 值 E-A7计 算 通 过 电 路 截 面 的 电 荷 量 _ E1 R+r【高 考 领 航】【2018全 国 i n 卷】一 电 阻 接 到 方 波 交 流 电 源 上,在 一 个 周 期 内 产 生 的 热 量 为。,;若 该 电 阻 接 到 正 弦 交 变 电 源 上,在 一 个 周 期 内 产 生 的 热 量 为 Q 该 电 阻 上 电 压 的 峰 值 为 与,周 期 为 兀 如 图 所 示。则;等 于()【答 案】Du【解 析】根 据 题 述,正 弦 交 变 电 流 的 电 压 有 效 值 为 方,而 方 波 交 流 电 的 有
4、 效 值 为%,根 据 焦 耳 定 律 和 欧 姆 定 律,Q=/2 R 7=F-T,可 知 在 一 个 周 期 T 内 产 生 的 热 量 与 电 压 有 效 值 的 二 次 方 成 正 比,。:。=%2:R 7;il-u7)2=2:1,选 项 D 正 确。【2018 全 国 H I 卷】如 图(a),在 同 一 平 面 内 固 定 有 一 长 直 导 线 尸。和 一 导 线 框 R,R 在 尸。的 右 侧。导 线 P Q 中 通 有 正 弦 交 流 电 流 i,i的 变 化 如 图(b)所 示,规 定 从。到 P 为 电 流 的 正 方 向。导 线 框 R 中 的 感 应 电 动 势()P
5、ROQ图 如)mT TA.在 时 为 零 B.在 f 时 改 变 方 向 C.在,=,时 最 大,且 沿 顺 时 针 方 向 D.在,=7 时 最 大,且 沿 顺 时 针 方 向【答 案】AC【解 析】由 图(b)可 知,导 线 尸。中 电 流 在 U774时 达 到 最 大 值,变 化 率 为 零,导 线 框 K 中 磁 通 量 变 化 率 为 零,根 据 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律,在 仁 774时 导 线 框 中 产 生 的 感 应 电 动 势 为 零,选 项 A 正 确:在 t=772时,导 线 P Q 中 电 流 图 象 斜 率 方 向 不 变,导 致 导 线 框 R 中 磁
6、 通 量 变 化 率 的 正 负 不 变,根 据 楞 次 定 律,所 以 在 t=T/2时,导 线 框 中 产 生 的 感 应 电 动 势 方 向 不 变,选 项 B 错 误:山 于 在 f=772时,导 线 P。中 电 流 图 象 斜 率 最 大,电 流 变 化 率 最 大,导 致 导 线 框 R 中 磁 通 量 变 化 率 最 大,根 据 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律,在/=772时 导 线 框 中 产 生 的 感 应 电 动 势 最 大,由 楞 次 定 律 可 判 断 出 感 应 电 动 势 的 方 向 为 顺 时 针 方 向,选 项 C 正 确;由 楞 次 定 律 可 判 断 出
7、 在 r=T时 感 应 电 动 势 的 方 向 为 逆 时 针 方 向,选 项 D 错 误。【2017天 津 卷】在 匀 强 磁 场 中,一 个 100匝 的 闭 合 矩 形 金 属 线 圈,绕 与 磁 感 线 垂 直 的 固 定 轴 匀 速 转 动,穿 过 该 线 圈 的 磁 通 量 随 时 间 按 图 示 正 弦 规 律 变 化。设 线 圈 总 电 阻 为 2 Q 则()B.u l s 时,线 圈 中 的 电 流 改 变 方 向 C.r=l.5 s时,线 圈 中 的 感 应 电 动 势 最 大 D.一 个 周 期 内,线 圈 产 生 的 热 量 为 8#J【答 案】AD【解 析】r=0时,
8、磁 通 量 为 零,线 圈 平 面 平 行 于 磁 感 线,故 A 正 确;每 经 过 一 次 中 性 面(线 圈 平 面 垂 直 于 磁 感 线,磁 通 量 有 最 大 值)电 流 的 方 向 改 变 一 次,/建 时,磁 通 量 为 零,线 圈 平 面 平 行 于 磁 感 线,故 B 错 误;r=1.5 s 时,磁 通 量 有 最 大 值,但 磁 通 量 的 变 化 率 为 零(=0),根 据 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 可 知 线 圈 中,2 7 1的 感 应 电 动 势 为 零,故 C 错 误;感 应 电 动 势 最 大 值 E=NBSs=N=4T TV,有 效 值 m m/E
9、 L E IE=F=2J2 TTV,一 个 周 期 内 线 圈 产 生 的 热 量。=一 二 7=8 无 2 J,故 D 正 确。【方 法 技 巧】1.求 解 正 弦 式 交 变 电 流 的 三 点 注 意(1)只 有 当 线 圈 从 中 性 面 位 置 开 始 计 时,电 流 的 瞬 时 值 表 达 式 才 是 正 弦 形 式.(2)注 意 峰 值 公 式 Em=8s3 中 的 S 为 有 效 面 积.(3)转 轴 相 对 线 圈 的 位 置 改 变,或 线 圈 的 形 状 改 变 时,电 动 势 的 最 大 值 仍 可 由 计 算.2.计 算 交 变 电 流 有 效 值 的 方 法(1)分
10、 段 计 算 电 热,然 后 求 和 得 出 一 个 周 期 内 产 生 的 总 热 量.(2)利 用 两 个 公 式 Q=hRt和 0=皆 可 分 别 求 得 电 流 有 效 值 和 电 压 有 效 值.(3)若 图 象 部 分 是 正 弦(或 余 弦)式 交 变 电 流,其 中 的 点 但 必 须 是 从 零 至 最 大 值 或 从 最 大 值 至 零)和 3周 期 部 分 可【最 新 考 向 解 码】例 1.(2019福 建 泉 州 泉 港 区 第 一 中 学 高 三 上 质 量 检 测)如 图 为 小 型 旋 转 电 枢 式 交 流 发 电 机 的 原 理 图,其 矩 形 线 圈 在
11、磁 感 应 强 度 为 B 的 匀 强 磁 场 中,绕 垂 直 于 磁 场 方 向 的 固 定 轴 O。,匀 速 转 动,线 圈 的 两 端 经 集 流 环 和 电 刷 与 电 阻/?=10 C 连 接,/=0时 线 圈 以 7=0.02 s的 周 期 从 图 中 位 置 开 始 转 动,转 动 时 理 想 交 流 电 压 表 示 数 为 10V,则 下 列 说 法 正 确 的 是()A.电 阻 R 上 的 电 功 率 为 20 WB.R 两 端 的 电 压 u 随 时 间 变 化 的 规 律 是 M=10V2 cosl00(V)C.f=0.0 2 s时 R两 端 的 电 压 瞬 时 值 最
12、大 D.一 个 周 期 内 电 阻 R 产 生 的 热 量 是 0.2 J【答 案】BCD【解 析】电 阻 R 消 耗 的 电 功 率 为 p=医 W=1 0 W,A 错 误:R 两 端 电 压 的 最 大 值 为 t/m=6 u=l班 A 1 v m,v2jrV,角 速 度 3=万 7=100兀 ra d/s,线 圈 从 图 中 位 置 开 始 转 动 时,感 应 电 动 势 最 大,R 两 端 电 压 最 大,故 R 两 端 的 电 压”随 时 间 f 变 化 的 规 律 是=1 M COS100MV),B 正 确;f=0.0 2 s时,,即 f=T 时,线 圈 平 面 与 磁 场 方 向
13、 平 行,磁 通 量 的 变 化 率 最 大,此 时 线 圈 产 生 的 感 应 电 动 势 最 大,/?两 端 的 电 压 瞬 时 值 最 大,C 正 确:根 据 焦 耳 定 律 可 知,一 个 周 期 内 电 阻 R 产 生 的 热 量。=/2R T=尸 7=10 x0.02J=0.2J,D 正 确。例 2.(2019山 东 临 沂 高 三 上 期 末)如 图 所 示,。0,是 磁 感 应 强 度 大 小 为 8 的 匀 强 磁 场 的 左 边 界,也 是 一 面 积 为 S 的 n 匝 矩 形 金 属 线 框 的 对 称 轴,若 线 框 以 角 速 度 3 绕 与 磁 感 线 垂 直 的
14、 转 轴 0 0 匀 速 转 动,并 从 图 示 位 置(线 框 与 磁 感 线 平 行)开 始 计 时,则():-(VA.=7;时,线 框 中 的 感 应 电 流 取 小 B.=五-时,穿 过 线 框 的 磁 通 量 变 化 率 取 大 CD ZCDC.线 框 中 产 生 的 交 变 电 动 势 的 最 大 值 为 8S。D.线 框 中 产 生 的 交 变 电 动 势 的 有 效 值 为【答 案】D【解 析】由 图 可 知,该 线 框 的 一 半 在 磁 场 外,则 线 框 产 生 的 最 大 感 应 电 动 势:E B S CD,图 示 位 置 线 框 平 面 与 磁 场 方 向 平 行,
15、则 线 框 产 生 感 应 电 动 势 的 瞬 时 值 表 达 式 为:e=E c o s W,当 时,s t=3=m(O CDTT T T2n,e=E,可 知 此 时 的 感 应 电 动 势 最 大,则 线 框 中 的 感 应 电 流 最 大,A、C 错 误;当,=六 时,cot=co-=m 2.0)2.0)T T会 e=0,此 时 感 应 电 动 势 最 小,所 以 穿 过 线 框 的 磁 通 量 变 化 率 最 小,B 错 误;线 框 中 产 生 的 交 变 电 动 势 的 有 效 值:E 暮 Em共 nBSco,D 正 确。【微 专 题 精 练】1.一 个 矩 形 线 圈 在 匀 强
16、磁 场 中 转 动 产 生 的 电 动 势 e=20(hn-sin IOOTU(V),那 么()A.该 交 变 电 流 的 频 率 是 100 Hz B.当 t=0时,线 圈 平 面 恰 好 与 中 性 面 垂 直 C.当 f=s 时,e达 到 峰 值 D.该 交 变 电 流 的 电 动 势 的 有 效 值 为 200&V【答 案】:C【解 析】:由 交 变 电 流 的 电 动 势 瞬 时 值 表 达 式 e=8Sftbsin在 可 知,交 变 电 流 的 频 率 尸 治=喋 Hz=50Hz,选 项 A 错 误.在 f=0时,电 动 势 瞬 时 值 为 0,线 圈 平 面 恰 好 在 中 性
17、面 处,选 项 B 错 误.当/=志 s时,e达 到 峰 值 纥,=200啦 V,选 项 C 正 确.该 交 变 电 流 的 电 动 势 的 有 效 值 E=*=2 0 0 V,选 项 D 错 误.2.(多 选)如 图 所 示,图 线。是 线 圈 在 匀 强 磁 场 中 匀 速 转 动 时 所 产 生 的 正 弦 交 流 电 的 图 象,当 调 整 线 圈 转 速 后,所 产 生 的 正 弦 交 流 电 的 图 象 如 图 线 匕 所 示,以 下 关 于 这 两 个 正 弦 交 流 电 的 说 法 正 确 的 是)A.在 图 中 f=0时 刻 穿 过 线 圈 的 磁 通 量 均 为 零 B.线
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- 高考 物理 备考 交流电 产生 描述
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