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- 2021-05-25 发布
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知识回顾
(1)瞬时值
(2)最大值:Em=nBSω
(3)有效值:根据电流的热效应求解,在正(余)弦交变电流中E=,U=,I=.
(4)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.
规律方法
1.交流电“四值”的应用
(1)最大值:分析电容器的耐压值;
(2)瞬时值:计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况;
(3)有效值:电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流;
(4)平均值:计算通过电路截面的电荷量.学
2.书写交变电流瞬时值表达式的基本思路
(1)确定正弦式交变电流的峰值,根据已知图象读出或由公式Em=nBSω,求出相应峰值.
(2)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式.
①若线圈从中性面位置开始转动,e=Emsinωt
②若线圈从垂直中性面位置开始转动,e=Emcosωt
3.两个特殊位置的特点
(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.
4.正弦式交流电的“四值”
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5.只有正(余)弦式交流电最大值与有效值间才有倍关系
例题分析
【例1】 (2017年贵州贵阳模拟)图甲是某交流电发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为理想交流电流表,电阻 R=10 Ω.线圈绕对称轴OO′沿逆时针方向转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示,线圈电阻不计,下列判断正确的是( )
A.t=0时电流表的示数为10A
B.t=0.02 s时穿过线圈平面的磁通量最大
C.t=0.01 s时通过电阻R的电流方向自右向左
D.在一个周期内电阻R上产生的热量为40 J
【例2】 (多选)(2017年湖北黄冈中学模拟)如图甲所示是一种振动发电装置的示意图,半径为r=0.1 m、匝数n=20的线圈位于辐向分布的磁场中,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示),线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B=T,线圈电阻为R1=0.5 Ω,它的引出线接有R2=9.5 Ω的小灯泡L,外力推动线圈框架的P端,使线圈沿轴线做往复运动,线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计),则( )
A.小灯泡中电流的峰值为0.16 A
B.小灯泡中电流的有效值为0.16 A
C.电压表的示数约为1.5 V
D.t =0.1 s时外力的大小为0.128 N
【答案】 AD
专题练习
1.(多选)如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,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ω匀速转动,从图示位置开始计时,下列说法正确的是( )
A.当转过60°时,感应电动势的瞬时值为
B.当转过60°时,感应电流的瞬时值为
C.在转过60°的过程中,感应电动势的平均值为
D.在转过90°的过程中,感应电流的有效值为
【答案】:ACD
2. (多选)(2017年忻州模拟)如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T,转轴O1O2垂直于磁场方向,线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60°时的感应电流为1 A.那么( )
A.线圈消耗的电功率为4 W
B.线圈中感应电流的有效值为2 A
C.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4cost
D.任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=sint
【答案】:AC
【解析】:线圈转动的角速度ω=,线圈平面从与磁场方向平行开始计时,当转过60°时,电流的瞬时值表达式为i=Imcos60°=1 A,解得Im=2 A,则正弦交变电流的有效值为I==A,B项错;线圈消耗的电功率P=I2R=4 W,A项正确;由欧姆定律可知,感应电动势最大值为Em=ImR=4 V,所以其瞬时值表达式为e=4cost,C项正确;通过线圈的磁通量Φ=Φmsinωt=Φmsint,感应电动势的最大值Em=BSω=Φm×,Φm=,联立解得Φ=sint,D项错误.
3. (多选)(2017年成阳一模)如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦式电流的图象,当调整线圈转速后,所产生正弦式电流的图象如图线b所示,以下关于这两个正弦式电流的说法正确的是( )
A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零
B.线圈先后两次转速之比为3∶2
C.正弦式电流a的瞬时值为u=10sin5πtV
D.正弦式电流b的最大值为V
【答案】:BCD
4.电动机的内电阻r=2 Ω,与R=8 Ω的电阻串联接在线圈上,如图所示.已知线圈面积为m2,共100匝,线圈的电阻为2 Ω,线圈在B=T的匀强磁场中绕OO′以转速n=600 r/min匀速转动,在合上开关S后电动机正常工作时,电压表的示数为100 V.则下列说法正确的是 ( )
A.电路中电流的最大值为5 A
B.电路中电流的最大值为10 A
C.电动机正常工作时的输出功率为1 000 W
D.电动机正常工作时的输出功率为800 W
【答案】:B
5.一交变电流的图象如图所示,由图可知( )
A. 该交流电的周期是0.02S
B. 该交流电流最大值为A
C. 该交流电流的频率为0.01H
D. 用电流表测该电流其示数为10A
【答案】:D
【解析】AC、由i﹣t图象,周期为0.01s,故频率,故A错误,C正确;
BD、从图中可以直接读出交流电流的最大值为Im=A,故有效值为,
电流表读数是有效值,所以用电流表测该电流其示数为10A,故B错误,D正确;
故选:D.
6.目前,我国照明电路的电压瞬时值表达式为u=311sin100πtV,则我国照明电路的电压有效值与频率分别为( )
A. 220V,50H B. 311V,50H
C. 220V,60H D. 311V,60H
【答案】:A
7.如图所示的电路中,要使灯泡L持续发光,应在ab间接入( )
A. 电阻 B. 电位器 C.电流表 D. 交流电源
【答案】:D
【解析】若要灯泡持续发光,则S端应该接入交流电源,直流电不能通过电容器.而电阻、电位器及电流表等均不能产生电动势;若只有C充放电,则灯泡不能持续发光.故选:D. 学
8.图甲是小型交流发电机的示意图,在匀强磁场中,一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示.发电机线圈内阻为10Ω,外接一只电阻为90Ω的灯泡,不计电路的其他电阻,则( )
A. t=0时刻线圈平面与中性面垂直
B. 每秒钟内电流方向改变100次
C. 灯泡两端的电压为22V
D. 0 0.01s时间内通过灯泡的电量为0
【答案】:B
D、根据得:0 0.01s时间内通过灯泡的电量为① ②代入数据 ①②联立得:q=0.00198c,故D错误;
故选:B.
9.在同一匀强磁场中,两个完全相同的矩形闭合金属线圈分别以不同的转速,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中曲线a、b所示.则( )
A. t=0时刻穿过两线圈的磁通量均为零
B. 曲线a表示的交变电动势有效值为15V
C. 曲线a表示的交变电动势频率为50H
D. 曲线a、b对应的线圈转速之比为3:2
【答案】:D
【解析】:A、t=0时刻两线圈电动势均为零;故此时处在中性面上;故穿过两线圈的磁通量均为最大值;故A错误;
B、曲线a表示的交变电动势最大值为15V;故B错误;
C、曲线a周期为0.04s;故其表示的交变电动势频率为25H ;故C错误;
D、由图可知,b的周期为0.06s;转速之比与周期成反比;故转速之比为3:2;故D正确;
故选:D.
10.如图所示为一小型交流发电机模型,矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴以较小的角速度转动,线圈通过两滑环与电刷和电流表相连,在实验中可看到( )
A. 电流表指针将左右摆动
B. 线圈平面转到与磁感线相垂直时,电流表的指针偏转最大
C. 线圈平面转到与磁感线相平行时,电流表的指针偏转最小
D. 线圈匀速转动时,电流表的指针指向一个方向的固定值
【答案】:A
11.图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,图中电流表为交流电流表.线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示,以下判断正确的是( )
A. 线圈转动的角速度为50π rad/s
B. 电流表的示数为10A
C. 0.01 s时线圈平面与磁场方向垂直
D. 0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右
【答案】:D
12.如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁场方向垂直的轴匀速转动产生交变电流,电动势e随时间t的变化关系如图乙所示,则( )
A. 该交变电流的频率为100H
B. 该交变电流电动势的有效值为311V
C. t=0.01s时,穿过线框的磁通量为零
D. t=0.01s时,穿过线框的磁通量的变化率为零
【答案】:D
【解析】:A、由图乙得到周期为0.02s,故频率,故A错误;
B、该交流电电动势的最大值为311V,故有效值,故B错误;
C、t=0.01s时,电动势为零,说明线圈位于中性面位置,磁通量最大,故C错误;
D、t=0.01s时,电动势为零,根据法拉第电磁感应定律,说明穿过线框的磁通量的变化率为零,故D正确;
故选:D.
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.图甲是小型交流发电机的示意图,在匀强磁场中,一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示.发电机线圈内阻为10Ω,外接一只电阻为90Ω的灯泡,不计电路的其他电阻,则( )
A. t=0时刻线圈平面处于中性面
B. 每秒钟内电流方向改变50次
C. 灯泡两端的电压为22V
D. 0 0.01s时间内通过灯泡的电量为0
【答案】:A
D、根据得:0 0.01s时间内通过灯泡的电量为① ②代入数据 ①②联立得:q=0.00198c,故D错误;学
故选:A
14.将硬导线中间一段折成半圆形,使其半径为R,让它在磁感应强度为B、方向如图所示的磁场中绕轴MN匀速转动,转速为n,导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光,电路中除灯泡外,其余部分电阻不计,则灯泡的电阻为多少.
【答案】: