人教高中物理专题26 交流电的产生及描述（解析版）.docx

专题26 交流电的产生及描述
[题型导航]
题型一 交变电流的产生及变化规律 1
题型二 交流电有效值的求解 5
题型三 交变电流“四值”的比较 10
[考点分析]
题型一 交变电流的产生及变化规律
1．交变电流的产生
(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．
(2)两个特殊位置的特点：
①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．
②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变．
(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次．
(4)交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关．
2．交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
　 规律
物理量　
函数表达式
图象
磁通量
Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势
e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt
电压
u＝Umsin ωt＝sin ωt
电流
i＝Imsin ωt＝sin ωt
如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω。则当线圈转至图示位置时，下列说法不正确的是（　　）
A．线圈中感应电流的方向为abcda
B．线圈中的感应电流为nBl2ωR
C．穿过线圈的磁通量为0
D．穿过某匝线圈磁通量的变化率为Bl2ω
【解答】解：A、图示时刻，ad速度方向向里，bc速度方向向外，根据右手定则判断出ad中感应电流方向为a→d，bc中电流方向为c→b，线圈中感应电流的方向为adcba，故A错误；
B、线圈中的感应电动势为E＝nBSω＝nBl2ω，线圈中的感应电流为I=nBl2ωR，故B正确；
CD、图示时刻线圈与磁场平行，穿过线圈的磁通量为0。由法拉第电磁感应定律得：E＝nΔΦΔt，则磁通量的变化率为ΔΦΔt=Bl2ω，故CD正确。
本题选错误的，
故选：A。
如图（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图。线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。下列说法正确的是（　　）
A．图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大
B．从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝Imsinωt
C．当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变
D．当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最大，ab边感应电流方向为a→b
【解答】解：A、图（a）中，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为0，故A错误；
B、图（b）中线圈与磁场平行，此时感应电流最大，则线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝Imcosωt，故B错误；
C、当线圈转到图（c）位置时，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最小，为零，电流方向将改变，故C正确；
D、当线圈转到图（d）位置时，磁通量最小，磁通量的变化率最大，故感应电动势最大，ab边感应电流方向为b→a，故D错误。
故选：C。
（多选）如图1所示，一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中做匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化如图2所示，下列说法正确的是（　　）
A．t1时刻线圈平面垂直于中性面
B．t2时刻ad边的速度方向跟磁感线垂直
C．t3时刻线圈平面与中性面重合
D．在如图1所示位置时，电流方向改变一次
【解答】解：A、t1时刻磁通量最大，线圈平面垂直于磁感线，处于中性面，故A错误；
B、t2时刻磁通量为零，线圈平面垂直于中性面，感应电动势最大，故ad边的速度方向跟磁感线垂直，故B正确；
C、t3时刻磁通量最大，线圈平面垂直于磁感线，线圈平面与中性面重合，故C正确；
D、每次经过中性面位置时，电流方向发生改变，图1所示位置垂直中性面，电流方向不改变，故D错误；
故选：BC。
图1是一手摇发电机，其原理可简化为矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴OO′匀速转动，产生随时间变化的感应电动势。
已知矩形线圈abcd的匝数为N，边长ab＝cd＝L1，bc＝ad＝L2．线圈所在处磁感应强度为B．线圈的角速度为ω．当线圈转动到图2所示位置时，其平面与磁场方向平行。
（1）求线圈转动到图2位置