高考物理---交流电的产生与描述

【母题来源】2014年天津卷第7题【母题原题】7.如图1所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图2中曲线a、b所示，则A．两次t=0是时刻线圈平面均与中性面重合B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2：3C．曲线a表示的交变电动势频率为25HzD．曲线b表示的交变电动势有效值为10V知V210V21532bE，所以选项D错误。【命题意图】本题考查交流电的产生原理和交流电的描述，涉及中性面特点、交流电的有效值、频率等知识点，意在考查考生的理解能力。【考试方向】交流电的产生和描述，通常涉及中性面特点、交流电的“四值”、周期、频率等，特别是有效值的计算一直是考查的热点。【得分要点】当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动时，线圈中便会产生正弦式交流电，这与转轴的位置或者线圈的形状无关，即转轴不一定是对称轴，线圈也不一定是矩形线圈。（1）中性面：指的是与磁感线垂直的平面。可见，当线圈处在中性面位置时，虽然穿过线圈的磁通量最大，但线圈中的感应电动势为零。（2）交变电流的瞬时表达式：交流电瞬时表达式的形式与开始计时时线圈的初位置有关，若从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为：e=Emsinωt；若从线圈平面与磁场方向平行的位置开始计时，瞬时表达式为e=Emsin（ωt+2）或e=Emcosωt。（3）交流电的最大值：Em=NBSω，其中N为线圈的匝数，B为匀强磁场的场强，S为线圈的面积（注意S与线圈形状无关），ω为线圈在匀强磁场中转动的角速度。（4）交流电的有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的，即让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，这一交流电流的有效值就跟这个直流电流相等。只有正弦（或余弦）交流电的有效值与最大值之间才有2/mEE有，2/mUU有，2/mII有。若不是完整的正弦（或余弦）交流电，则必须利用有效值的定义重新计算。注意：计算线圈某时刻的受力情况用瞬时值；讨论电容器的击穿电压，即电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值；计算与电流的热效应有关的量（如计算热量、功、功率以及确定保险丝的熔断电流等）用有效值，电流表、电压表和功率表等电工仪器的示数和各种电器设备“铭牌”上所标的电压、电流值均指有效值，我们平时所提到的交变电流的数值，如我国民用交变电流照明电压220V和动力电压380V等都是指有效值；计算通过电路横截面的电荷量要用平均值：rRntrREtIq。1.【2014年北京朝阳区一模】一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知该交变电流A．周期为0.125sB．电压的有效值为102VC．电压的最大值为202VD．电压瞬时值的表达式为102sin8ut(V)2.【2014·北京市房山区高三一模】在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的轴匀速转动，如图1所示．产生的感应电动势如图2所示，则A．t=0.015s时线框的磁通量变化率为零B．t=0.01s时线框平面与中性面重合C．线框产生的交变电动势有效值为311VD．线框产生的交变电动势频率为100Hz考点：正弦交流电3.【天津市红桥区2013届高三第二次模拟考试物理试题】如图甲所示为一台小型发电机构造的示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈内电阻为l．0，外接灯泡的电阻为9．0。则A．在t=0.0ls的时刻，穿过线圈磁通量为零B．瞬时电动势的表达式为62sin50()etVC．电压表的示数为6VD．通过灯泡的电流为0.6A4.【重庆市重庆一中高2014级高三下期第一次月考理综物理试题】如图所示，N匝矩形导线框以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO匀速转动，线框面积为S，线框的电阻为r，电感不计，外电路接电阻R、理想交流电流表○A。下列说法正确的是A．图示位置线圈的感应电动势为NBSB．交流电流表的示数2()NBSIRrC．一个周期内通过R的电荷量2BSqRD．R两端电压的有效值2UNBS5.【2013年天津市十二区县重点学校高三毕业班联考】如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动，下列说法正确的是A．转过6时，线框中的电流方向为abcdaB．线框中感应电流的有效值为22BSRC．从中性面开始转过2的过程中，通过导线横截面的电荷量为BSRD．线框转一周的过程中，产生的热量为222BSR【答案】BCcdbaB