2019高考物理一輪復(fù)習 微專題系列之熱點專題突破 專題63 正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律學(xué)案.doc
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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)線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動. (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?qū)l(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. (3)電流方向的改變:線圈通過中性面時,電流方向發(fā)生改變,一個周期內(nèi)線圈兩次通過中性面,因此電流的方向改變兩次. (4)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). 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時) 物理量 函數(shù)表達式 圖象 磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt 電動勢 e=Emsin ωt=nBSωsin ωt 端電壓 u=Umsin ωt=sin ωt 電流 i=Imsin ωt=sin ωt 【典例1】交流發(fā)電機發(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)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路相連。線圈轉(zhuǎn)動過程中,下列說法中正確的是( ) A. 轉(zhuǎn)到圖甲位置時,通過線圈的磁通量變化率最大 B. 轉(zhuǎn)到圖乙位置時,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零 C. 轉(zhuǎn)到圖丙位置時,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大 D. 轉(zhuǎn)到圖丁位置時,AB邊感應(yīng)電流方向為A→B 【答案】D (4)當線圈轉(zhuǎn)到圖丁位置時,線圈AB邊、CD邊此時正分別向上和向下垂直切割磁場,根據(jù)右手定則,此時回路中的感應(yīng)電流方向為從A到B,D正確; 故本題選D 【典例2】如圖所示,在水平向右的勻強磁場中,一線框繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,線框通過電刷、圓環(huán)、導(dǎo)線等與定值電阻組成閉合回路.t1、t2時刻線框分別轉(zhuǎn)到圖甲、乙所示的位置,下列說法正確的是( ) A.t1時刻穿過線框的磁通量最大 B.t1時刻電阻中的電流最大,方向從右向左 C.t2時刻穿過線框的磁通量變化最快 D.t2時刻電阻中的電流最大,方向從右向左 【答案】B 【解析】t1時刻,穿過線框的磁通量為零,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,電阻中的電流最大,根據(jù)楞次定律,通過電阻的電流方向從右向左,A錯誤,B正確;t2時刻,穿過線框的磁通量最大,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零,電阻中的電流為零,C、D錯誤. 【典例3】線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生交流電的圖象如圖所示,由圖可知( ) A. 在A和C時刻線圈處于中性面位置 B. 在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零 C. 從A時刻起到D時刻,線圈轉(zhuǎn)過的角度為π弧度 D. 在A和C時刻磁通量變化率的絕對值最大 【答案】D 【跟蹤短訓(xùn)】 1. 如圖,線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電流,以下相關(guān)說法中正確的是 A. 線圈在甲、丙圖所示位置時,磁通量變化率最大 B. 線圈在乙、丁圖所示位置時,產(chǎn)生的電流最大 C. 線圈平面經(jīng)過甲、丙圖所示位置時,電流的方向都要改變一次 D. 線圈每轉(zhuǎn)動一周,電流方向改變一次 【答案】BC 【解析】(1)當線圈出現(xiàn)在甲、丙位置時,線圈平面和磁場完全垂直,磁通量最大,但ab邊和cd邊恰好不切割磁場,瞬時感應(yīng)電動勢為零,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,此時磁通量的瞬時變化率為零,A錯誤; (2)線圈在乙丁位置時,線圈平面和磁場方向平行,磁通量為零,但此時ab邊和cd邊正好垂直切割磁場,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,故此時流過線圈的瞬時電流最大,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)動一周要經(jīng)過兩次中性面,所以線圈每轉(zhuǎn)動一周,方向改變兩次,D錯誤。 故本題選BC 2.一矩形線圈繞垂直于勻強磁場方向、并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動,線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化情況如圖所示,則 A. t1時刻穿過線圈的磁通量為零 B. t2時刻穿過線圈的磁通量為零 C. t3時刻穿過線圈的磁通量變化率為零 D. t4時刻穿過線圈的磁通量變化率為零 【答案】AD 3.在勻強磁場中,一只矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖所示.則(??) A. 交變電動勢的頻率為100Hz B. 線框轉(zhuǎn)動的角速度為100πrad/s C. t=0.01s時線框平面與中性面重合 D. 線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311V 【答案】BC 課后作業(yè) 1. 風力發(fā)電機為一種新能源產(chǎn)品,功率為200 W到15 kW,廣泛應(yīng)用于分散住戶.若風力發(fā)電機的矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,當線圈通過中性面時,下列說法正確的是( ). A.穿過線圈的磁通量最大,線圈中的感應(yīng)電動勢最大 B.穿過線圈的磁通量等于零,線圈中的感應(yīng)電動勢最大 C.穿過線圈的磁通量最大,線圈中的感應(yīng)電動勢等于零 D.穿過線圈的磁通量等于零,線圈中的感應(yīng)電動勢等于零 【答案】 C 【解析】 當線圈通過中性面時,感應(yīng)電動勢為零,但此時穿過線圈的磁通量最大;當線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時,穿過線圈的磁通量為零,但此時感應(yīng)電動勢最大. 2. 一矩形線框在勻強磁場內(nèi)繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動的過程中,線框輸出的交流電壓隨時間變化的圖象如圖所示,下列說法中正確的是( ). A.t=0時刻線框平面與磁場平行 B.交流電壓的頻率為4 Hz C.1 s末線框平面垂直于磁場,通過線框的磁通量變化最快 D.2 s末線框平面垂直于磁場,通過線框的磁通量最大 【答案】 D 【解析】 由u t圖象可知,t=0時刻瞬時電壓為零,線框處于中性面,頻率f==0.25 Hz,故選項A、B錯誤;由圖象可知,1 s末交變電壓最大,通過線框的磁通量變化率最大,此時線框與磁場方向平行,而2 s末交變電壓為零,此時線框經(jīng)過中性面與磁場垂直,穿過線框的磁通量最大,故選項C錯誤、D正確. 3.—矩形線圈繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化規(guī)律如圖所示。下列說法中正確的是 A. t1時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大 B. t2時刻通過線圈的磁通量為0 C. t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D. 每當電流方向變化時,線圈平面就會與中性面垂直 【答案】C 4.在勻強磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲所示。產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢如圖乙所示,則( ) A. 線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311???V B. 線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100Hz C. t=0.01????s時線框平面與中性面重合 D. t=0.015????s時線框的磁通量變化率為零 【答案】C 5.在勻強磁場中,一個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,線圈中產(chǎn)生的電動勢隨時間按如圖所示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2Ω,則( ) A. t=0.5s時,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,線圈中的磁通量最大,為125πwb D. 一個周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為16J 【答案】C 【解析】0.5s時感應(yīng)電動勢最大,磁通量變化率最大,磁通量為零,線圈平面平行磁感線,A錯誤;一個周期變換兩次方向,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錯誤;t=1s時,感應(yīng)電動勢為零,此時磁通量最大,因為Em=NBSω=NΦm2πT,解得Φm=EmT2πN=422π100=125πWb,C正確;一個周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為Q=E2RT=Em22RT=42222=8J,D錯誤. 6.一單匝閉合線框從如圖所示位置開始,在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,在轉(zhuǎn)動過程中,線框中的最大磁通量為Φm,最大感應(yīng)電動勢為Em,下列說法正確的是 A. 轉(zhuǎn)動90時磁通量為零,感應(yīng)電動勢也為零 B. 當磁通量為零時,感應(yīng)電動勢最大 C. 當磁通量等于0.5Φm時,感應(yīng)電動勢等于0.5Em D. 角速度ω=EmΦm 【答案】BD (4)因為電動勢峰值Em=BSω,最大磁通量Φm=BS,則ω=EmΦm,D正確。 故本題選BD 7.一交流發(fā)電機模型如圖1所示,用示波器觀察到它產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢波形如圖2所示,則 A. 該感應(yīng)電動勢的有效值為5V B. 該發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速為25r/s C. t=1200s時,穿過發(fā)電機線圈的磁通量最大 D. t=1200s時,穿過發(fā)電機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=Em2=522V,故A錯誤;交流電的周期T=0.02s,故轉(zhuǎn)速n=1/T=50r/s,故B錯誤;交流電的角速度ω=2πn=100πrad/s,產(chǎn)生的交流電的瞬時值e=5sin100πtV,當t=1/200s時,交流電的瞬時值e=5sin100π1200V=5V,此時的感應(yīng)電動勢最大,磁通量變化率最大,發(fā)電機線圈平面跟磁感線平行,磁通量為零,故C錯誤,D正確;故選D。- 1.請仔細閱讀文檔,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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