高考物理一轮复习 第11章 第1课 交流电的产生及描述练习.docx
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高考物理一轮复习第11章第1课交流电的产生及描述练习
第十一章 交变电流 传感器
第1课 交流电的产生及描述
考试大纲
新课程标准
1.交变电流、交变电流的图象Ⅰ
2.正弦交变电流的函数表达式、
峰值和有效值Ⅰ
3.理想变压器Ⅱ
4.远距离输电Ⅰ
5.实验:
简单使用传感器
(1)知道交变电流,能用函数表达式和图象描述交变电流.
(2)通过实验,了解电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用.
(3)通过实验,探究变压器电压与匝数的关系.
(4)了解从变电站到住宅的输电过程,知道远距离输电时应用高电压的道理.
(5)知道非电学量转换成电学量的技术意义.
(6)通过实验,知道常见传感器的工作原理.
(7)列举传感器在生活和生产中的应用.
复习策略:
抓住一条线索,两个公式,三个部分,四个数值,五个考点.
一条线索是指从“电磁感应”现象入手,讨论线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时磁通量的变化情况(或切割磁感线的导线运动情况),得出的该感应电流就是“交流电”.
两个公式是指从中性面开始的感应电动势的表达式e=NBSωsinωt和变压器的变压比规律=,对这两个主要公式,要理解推导过程.
三个部分是指本章的主要内容包含交流电是如何产生的,用哪些物理量来描述交流电,以及交流电如何输送.
四个数值是指描述交流电的物理量中,常用的有瞬时值、最大值、有效值、平均值,要在比较中找异同,加深记忆的精确性.
五个考点是指交流电;交流电的图象;正弦交流电的函数表达式和峰值、有效值;理想变压器;远距离输电.
记忆秘诀:
一条线索,两个公式,三个部分,四个数值,五个考点.
第一单元 交变电流
第1课 交流电的产生及描述
1.定义:
强弱和方向随时间作周期性变化的电流.
2.图象:
如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流.
1.产生和图象.
(1)产生:
在匀强磁场里,线圈绕垂直磁场方向的轴匀速转动.
(2)图象:
如图甲、乙所示.
2.周期和频率.
(1)周期T:
交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)的时间,单位是秒(s).公式:
T=.
(2)频率f:
交变电流在1s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz).
(3)周期和频率的关系:
T=或f=.
3.函数表达式、瞬时值、峰值、有效值和平均值.
(1)正弦交变电流感应电动势的变化规律为e=Emsin_ωt.
(2)瞬时值:
交变电流某一时刻的值,是时间的函数.
(3)峰值:
交变电流的电流或电压所能达到的最大值.
(4)有效值:
①定义:
让交流和直流通过相同阻值的电阻,如果它们在相同的时间内产生的热量相等,就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值.
②有效值和峰值的关系:
E=,U=,I=.(只对正弦式交变电流适用)
(5)平均值:
交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值.,
1.如图是某种正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的(BC)
A.周期是0.01s
B.最大值是311V
C.有效值是220V
D.表达式为u=220sin100πt(V)
解析:
由交变电流的图象知,周期是0.02s,A项错误;最大值是311V,B项正确;有效值是220V,C项正确;瞬时值表达式为u=311sin100πt(V),D项错误.
2.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交流电的图象,当调整线圈转速后,所产生正弦交流电的图象如图线b所示,以下关
于这两个正弦交流电的说法错误的是(A)
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.交流电a的瞬时值为u=10sin5πt(V)
D.交流电b的最大值为V
解析:
t=0时刻线圈处于中性面位置,穿过线圈的磁通量最大,A错误;由题中图象可知交流电a、b周期之比是2∶3,所以线圈先后两次转速之比为3∶2,B正确;交流电a的瞬时值为u=Umsinωt=10sint(V)=10sin5πt(V),C正确;又由Um=nBSω可知Ubm=Uam=×10V=V,D正确.
课时作业
一、单项选择题
1.如图所示为一正弦交流电通过一电子元件后的波形图,则下列说法正确的是(B)
A.这也是一种交流电
B.电流的变化周期是0.02s
C.电流的变化周期是0.01s
D.电流通过100Ω的电阻时,1s内产生的热量为200J
解析:
电流方向没变,不是交流电,A错;由图可知其周期是0.02s,B对、C错;电流通过100Ω的电阻时,1s产生的热量是Q=×100×0.01J=100J,D错.
2.如图甲、乙分别表示两种电压的波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化.下列说法正确的是(C)
A.图甲表示交变电流,图乙表示直流电
B.两种电压的有效值相等
C.图甲所示电压的瞬时值表达式为U=311sin100πt(V)
D.图甲所示电压经匝数比为10∶1的变压器变压后,频率变为原来的
解析:
由图象的纵坐标知,电压的正、负分别表示电压的方向,因此两图均为交变电流,A错;对于正弦式电流才有U有效=,虽然两图的最大值相同,但图乙所示的非正弦(余弦)式电流不适用上式,故B错;正弦式电流瞬时值表达式为u=Umsinωt,由图象可知Um=311V,T=2×10-2s,可得ω==100π,代入上式得u=311sin100πt(V),故C对;由变压器原理可知变压器只能根据匝数比改变电压和电流,它不会改变交变电流的周期和频率,故D错.
3.如图所示,单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中,线圈轴线OO′与磁场边界重合,线圈按图示方向匀速转动,t=0时刻线圈平面与磁场方向垂直,规定电流方向沿abcda为正方向,则线圈内感应电流随时间变化的图象是如下图中的(A)
解析:
由楞次定律可知前半个周期感应电流沿adcba方向,后半个周期沿abcda的方向,因线圈绕垂直磁场的轴匀速转动,所以产生正弦式电流,A正确.
4.如图所示,图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系.若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻,则经过1min的时间,两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为(C)
A.1∶B.1∶2
C.1∶3D.1∶6
解析:
电功的计算,I要用有效值计算,图甲中,由有效值的定义得R×2×10-2+0+R×2×10-2=IR×6×10-2,得I1=A;图乙中,I的值不变I2=1A,由W=UIt=I2Rt可以得到W甲∶W乙=1∶3.C正确.
5.通有电流i=Imsinωt的长直导线OO′与断开的圆形导线圈在同一平面内,如图所示(设电流由O至O′为正),为使A端的电势高于B端的电势且UAB减小,交变电流必须处于每个周期的(A)
A.第一个周期B.第二个周期
C.第三个周期D.第四个周期
解析:
由E∝∝可知,要E减小,即要减小,题中要求ΦA>ΦB,由楞次定律知,只有在第一个周期才符合要求,A项正确.
6.将硬导线中间一段折成不封闭的正方形,每边长为l,它在磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中匀速转动,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,其余部分的电阻不计,灯泡的电阻应为(B)
A.B.
C.D.
解析:
单匝正方形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,将产生正弦式电流,则电动势的最大值Em=Bl2ω=2πnBl2,其有效值E==,计算小灯泡的额定功率P要用其有效值,即P=,R==,故只有B选项正确.
二、不定项选择题
7.下列关于交变电流的说法中正确的是(B)
A.用交流电压表测量电压时,指针来回摆动
B.一周期内交流电的方向改变两次
C.如果交流的最大值是5A,则最小值为-5A
D.用电器上所标电压值是交流电的最大值
解析:
交流电压表测的是有效值,测交流指针不摆动;C项最小值是零.D项用电器上标的是有效值.
8.一正弦式电流的电压随时间变化的规律如图所示.由图可知(ABD)
A.该交变电流的电压瞬时值的表达式为u=100sin50πt(V)
B.该交变电流的频率为25Hz
C.该交变电流的电压的有效值为100V
D.若将该交流电压加在阻值为R=100Ω的电阻两端,则电阻消耗的功率是50W
解析:
从图中可知,交变电流周期T=4×10-2s,峰值电压Um=100V,故交变电流的频率f==25Hz,有效值U==50V.加在R=100Ω的电阻上时的热功率P==50W,瞬时值表达式u=Umsint=100sin50πt(V),故正确选项为A、B、D.
9.在两块金属板上加上交变电压u=Umsint,当t=0时,板间有一个电子正好处于静止状态,下面关于电子以后的运动情况的判断正确的是(BC)
A.t=T时,电子回到原出发点
B.电子始终向一个方向运动
C.t=时,电子将有最大速度
D.t=时,电子的位移最大
解析:
t=0时,电子不受力,此时两极板间电压为零,此后电压开始增大,t=时达到最大,此过程中电子沿电场方向做加速度增大的加速运动,速度增大,~这段时间内,两极板间电压减小,但电场方向不变,所以电子在这段时间内仍沿原方向做加速度减小的加速运动,速度继续增大.后电场变向,电子开始减速,但运动方向不变,直至T时刻速度减为零.故在时电子有最大速度.因电子的速度方向不变,即随时间的增长,位移增大.综上所述,B、C正确,A、D错误.
10.如图甲所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动,从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化,在t=时刻(BC)
A.线圈中的电流最大
B.穿过线圈的磁通量最大
C.线圈所受的安培力为零
D.穿过线圈磁通量的变化率最大
解析:
注意线圈转动过程中通过两个特殊位置(平行于磁感线和垂直于磁感线)时的特点;磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率不同;t==,线圈转过90°,本题应选B、C.
11.如图所示,单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,以恒定的角速度ω绕ab边转动,磁场方向垂直于纸面向里,线圈所围面积为S,线圈导线的总电阻为R.t=0时刻线圈平面与纸面重合,且cd边正在向纸面外转动.则(ACD)
A.线圈中电流t时刻瞬时值表达式为i=sinωt
B.线圈中电流的有效值为I=
C.线圈中电流的有效值为I=
D.线圈消耗的电功率为P=
解析:
回路中感应电动势最大值Em=BSω,电流最大值Im==,t=0时为中性面,故瞬时值表达式i=sinωt.电流有效值I==,P=I2R=,故B错误,A、C、D正确.
三、非选择题
12.如图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动,线圈的匝数n=100匝、电阻r=10Ω,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R=90Ω,与R并联的交流电压表为理想电表.在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按如图乙所示正弦规律变化.求:
(1)交流发电机产生的电动势的最大值;
(2)电路中交流电压表的示数.
解析:
(1)交流发电机产生的电动势的最大值:
Em=nBSω,
而Φm=BS,ω=,
所以Em=.
由Φt图线可知:
Φm=2.0×10-2Wb,
T=6.28×10-2s,
所以Em=200V.
(2)电动势的有效值E=Em=100V,
由闭合电路的欧姆定律,电路中电流的有效值为:
I==A,
交流电压表的示数为:
U=IR=90V≈127V.
答案:
(1)200V
(2)127V
13.如图甲所示,一固定的矩
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