5.1 交变电流

5.1交变电流

预习案

一、教学目标

1．知识与技能

(1)会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流和直流的概念。

(2)会分析线圈转动1周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的了解。

(3)知道正弦式交流电压（或电流）的图象和表达式。

2．过程与方法

(1)掌握描述物理规律的基本方法——文字法、公式法、图像法．

(2)培养学生观察能力、空间想象能力、立体图转化为平面图进行处理问题的能力

3．情感态度与价值观

培养学生的分析推理能力和抽象思维能力

二、教学的重点与难点

1、教学重点：交变电流的变化规律

2、教学难点：交变电流的产生原理

三、自主学习

1.交变电流

（1）交变电流：大小和方向都随时间做_______变化的电流，称为交变电流，简称交流．（2）直流：称为直流．

2.交变电流的产生

（1）在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是_________．

（2）将线圈置于中，并绕垂直于磁感线的轴，就会产生正（余）弦交变电流。

（3）线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流_____，这一位置叫_______．线圈平面经过中性面时，______________就发生改变．线圈绕轴转一周经过中性面______，因此感应电流方向改变______．

3．交变电流的变化规律

（1）正弦式交变电流的瞬时值表达式

i＝_________

u＝__________

e＝________

其中i、u、e分别表示电流、电压、电动势的________，Im、Um、Em分别表示电流、电压、电动势的_______．

（2）正弦式交变电流的图象：如图5－1－1所示．

图5－1－1

（3）几种不同类型的交变电流

实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见的有以下几种，如图5－1－2所示．

图5－1－2 四、预习自测

1、如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图所示位置时（ ） A.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 B.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大 C.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大 D.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小

2、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,当线圈通过中性面时,下列说法中正确的是（ ） A.穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势最大, B.穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势最大, C.穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势等于零, D.穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势等于零。

3、关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是（ ） A.线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变. B.线圈转动一周,感应电流方向就改变一次,

C.线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次.

D.线圈转动一周,感应电流和感应电动势方向都要改变一次.

4、闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电瞬时值的表达式为i=0.2sin100πt

从t ＝0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为（ ） A. 1/50 s B. 1/100 s C. 1/200 s D. 1/400 s

【参考答案】 自主预习：

1. C

2. C

3.C

4.C

探究案

一、交变电流

1、定义： 和 随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流．

说明： 随时间周期性变化是交变电流的最重要的特征．如图中 均为交变电流，而 就不是交变电流．

2、正弦式电流

（1）定义：随时间按 规律变化的电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流．

说明：①在我国工农业生产及生活中使用的交变电流都是正弦式电流，但并非只有按正弦规律变化的电流才叫交变电流．

②正弦式交变电流的图象是 曲线

（2）正弦式电流产生：

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦交变电流

.

图5.1-3 交流发电机的示意图

【问题1】图5.1-3中，矩形线圈转动过程中，哪些边会产生电动势？

【问题2】怎样由立体图画出平面图？（注意在平面图的基础上分析后续问题）

【问题3】在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？

【问题4】当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？这些位置磁通量及磁通量的变化率有什么特点？

【问题5】大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线。（设从E经电流表流向F的电流方向记为正，反之为负。转动一周所用时间为T，在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。）

（3）正弦式电流的表达式：

假定线圈从跟磁感线垂直的平面（即中性面）开始转动，角速度是ω.令线圈abcd 的边长L ab ＝L cd ＝L 1， L ad ＝L bc ＝L 2．在转动过程中，ab 、cd 边切割磁感线产生感应电动势，其大小相同，且对线圈中电流而言，两电动势相当于 联．用E 表示线圈转动中产生的感应电动势，则：v

＝ ，E ＝____________________ ；若线圈为N 匝，则：E ＝

____

。

其中S ＝L 1L 2为线圈的面积，NBωS 为交变电动势的峰值E m ，ωt 为线圈和跟磁感线垂直的平面（即中性面）的夹角．

（4）正弦式电流的规律：设线圈平面从中性面开始转动，则产生的交变电流的瞬时值表达式为i

＝I m sin ω，其中I m =E m /R t ；电动势瞬时值的表达式为e ＝ ；电压瞬时值表达式为 u ＝

（5）交变电流的图象：以线圈通过中性面时为计时起点的交变电流的e －t 和i -t 图象如右图示

二、中性面

1．定义：与匀强磁场磁感线 的平面叫做中性面．

2．线圈平面处于跟中性面重合的位置时； (a)线圈各边都不切割磁感线，即感应电流等于零；

(b)磁感线垂直于该时刻的线圈平面，穿过线圈的磁通量，

磁通量的变化率为，感应电动势及电流均为。

(c)交变电流的方向在中性面的两侧是相反的.

3.线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变.

例题1交变电流瞬时值的计算

有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图5－1－6，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问：

(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？

(2)写出感应电动势随时间变化的表达式．

(3)线圈从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？

例2 交变电流平均值的计算

如图5－1－8所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.1 T，所用矩形线圈总电阻为R＝100 Ω，线圈的匝数n＝100，边长l ab＝0.2 m，l bc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s绕OO′轴匀速转动，试求当线圈平面从图示位置(与中性面垂直)转过90°的过程中：

(1)线圈中的平均电动势．

(2)通过线圈某一截面的电荷量．

例题3交变电流的图象

矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的图象如图5－1－9所示，下列说法中正确的是()

图5－1－9

A．在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值

B．在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值

C．在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值

D．在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值

训练案

1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中不正确的是() A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大

B．在中性面时，感应电动势为零

C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零

D．线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次

2．线圈在匀强磁场中转动产生电动势e＝10sin20πt V，则下列说法正确的是()

A．t＝0时，线圈平面位于中性面

B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大

C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速率最大

D．t＝0.4 s时，e有最大值10 2 V

3. (2011年雅安高二检测)一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图5－1－16所示．下面说法中正确的是()

图5－1－16

A．t1时刻通过线圈的磁通量为零

B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大

C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大

D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大

4．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的正弦式交变电流i＝I m sin ωt.若保持其他条件不变，使线圈的匝数和转速各增加1倍，则电流的变化规律为()

A．i′＝I m sin ωt B．i′＝I m sin 2ωt

C．i′＝2I m sin ωt D．i′＝2I m sin 2ωt

5.如图5－1－17所示是一多匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的感应电动势的图象，根据图象可知()

图5－1－17

A．此感应电动势的瞬时表达式为e＝2

00sin0.02t

B．此感应电动势的瞬时表达式为e＝200sin100πt

C．t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零

D．t＝0.02 s时，穿过线圈的磁通量的变化率最大

6.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图5－1－18所示．则下列说法中正确的是()

图5－1－18

A ．t ＝0时刻，线圈平面与中性面垂直

B ．t ＝0.01 s 时刻，Φ的变化率最大

C ．t ＝0.02 s 时刻，感应电动势达到最大

D ．该线圈转动的角速度为50π rad/s

7.如图5－1－19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(ab 向纸外，cd 向纸内)．若从图所示位置开始计时，并规定电流方向沿a →b →c →d →a 为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图象是图中的( )

图5－1－19

图5－1－20

8.如图5－1－21所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P 1和P 2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时( )

图5－1－21

A ．线圈绕P 1转动时的电流等于绕P 2转动时的电流

B ．线圈绕P 1转动时的电动势小于绕P 2转动时的电动势

C ．线圈绕P 1和P 2转动时电流的方向相同，都是a →b →c →d

D ．线圈绕P 1转动时dc 边受到的安培力大于绕P 2转动时dc 边受到的安培力 9．如图5－1－22甲所示，a 、b 为两个并排放置的共轴线圈，a 中通有如图乙所示的交变电流，则下列判断错误的是(

)

图5－1－22

A ．在t 1到t 2时间内，a 、b 相吸

B ．在t 2到t 3时间内，a 、b 相斥

C ．t 1时刻两线圈间作用力为零

D ．t 2时刻两线圈间吸引力最大 二、非选择题

10．发电机的转子是匝数为100，边长为20 cm 的正方形线圈，将它置于磁感应强度B ＝0.05 T 的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以ω＝100π rad/s 的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时．线圈和外电路的总电阻R ＝10 Ω.线圈从计时开始，到转过60°过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？

11.如图5－1－23所示，匀强磁场B ＝0.1 T ，矩形线圈的匝数N ＝100，边长ab ＝0.2 m ，bc ＝0.5 m ，以角速度ω＝100π rad/s 绕OO ′轴匀速转动．当线圈通过中性面时开始计时，试求：线圈中感应电动势的表达式．

图5－1－23

12.如图5－1－24所示，线圈的面积是0.05 m 2，共100匝，线圈电阻为1 Ω，外接电阻R ＝9 Ω，

匀强磁场的磁感应强度为B ＝1

π

T ，当线圈以300 r/min 的转速匀速旋转时，求：

图5－1－24

(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式．

(2)线圈转了1

30s时电动势的瞬时值多大？

(3)电路中流过电阻R的电流的峰值是多少？

答案

探究案

例1【思路点拨】 先根据E m ＝NBS ω计算电动势的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是e ＝E m sin ωt 还是e ＝E m cos ωt . 【精讲精析】 (1)交变电流电动势的峰值为 Em ＝2nBLv ＝nBS ω

＝10×0.5×0.22×10π V ≈6.28 V 电流的峰值为Im ＝

Em

R

≈6.28 A. (2)感应电动势的瞬时值表达式为 e ＝Emcos ωt ≈6.28cos10πt V. (3)线圈转过60°，感应电动势 e ＝Emcos 60°≈3.14 V. 【答案】 (1)6.28 V 6.28 A (2)e ＝6.28cos10πt V (3)3.14 V

【规律总结】 确定交变电流的电动势瞬时值表达式时，首先要确定线圈转动是从哪个位置开始计时,以便确定表达式是正弦式还是余弦式；其次是确定线圈转动的角速度ω；再次是确定感应电动势的峰值E m ＝nBS ω；最后写瞬时值表达式e ＝E m sin ωt (或e ＝E m cos ωt )．

例2【思路点拨】 线圈在磁场中转动时，线圈中产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt 求出的电动势是平均电动势．通过线圈某一截面的电荷量，应根据交变电流的平均值计

算．

【自主解答】 (1)线圈平面从图示位置转过90°的过程中，线圈内磁通量的变化量为ΔΦ＝Blablbc

线圈转动所经历的时间为Δt ＝π

2ω

E ＝n ΔΦΔt ＝2ωn Blablbc π

＝2×100π×100×0.1×0.2×0.5

π V ＝200 V

(2)I ＝

E

R ＝200

100

A ＝2 A 又I ＝q t ，t ＝Δt ＝π

2ω

.

所以，线圈平面从图示位置转过90°的过程中，通过线圈某一截面的电荷量

q ＝I t ＝2×π2ω C ＝2×π2×100π C ＝1×10－

2 C.

【答案】 (1)200 V (2)1×10－

2 C

【规律总结】 平均电动势既不是电动势峰值的一半，也不是历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解．计算通过线圈某一截面的电荷量，必须根据电流的平均值进行求解．

例3【思路点拨】 磁通量最大时，变化率为0，电动势为0，电流为0；磁通量为0时，变化率最大,电动势最大，电流最大．

【精讲精析】 从题图可知，t 1时刻线圈中感应电动势达到峰值，则磁通量变化率达到峰值，而磁通量最小，此时线圈平面应与磁感线平行．t 2时刻感应电动势等于零，则磁通量变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量达到峰值．t 3时刻感应电动势达到峰值，则线圈中的磁通量变化率达到峰值．正确选项为B 、C. 【答案】 BC

【规律总结】 解决图象问题的基本方法是：“一看”、“二变”、“三判断”．即： 一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”．

二变：掌握“图与图”、“图与式”和“图与物”之间的变通能力． 三判断：结合图象和公式进行正确分析和判断．

训练案

1解析：选C.由中性面的特点可知，应选为C.

2解析：选AB.由电动势的瞬时值表达式，计时从线圈位于中性面时开始，所以t ＝0时，线圈

平面位于中性面，磁通量为最大，但此时导线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速率为零，A 、B 正确，C 错误．当t ＝0.4 s 时，e ＝10sin20πt ＝10×sin(20π×0.4) V ＝0，D 错误． 3解析：选D.t 1、t 3时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，A 、C 错误；t 2时刻感应电动势最大，线圈位于中性面的垂面位置，穿过线圈的磁通量为零，B 错误；由于线圈每过一次中性面时，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，e 变换方向，所以D 正确．

4解析：选D.由电动势的最大值知，最大电动势与角速度成正比，与匝数成正比，所以电动势最大值为4E m ，匝数加倍后，其电阻也应该加倍，此时线圈的电阻为2R ，根据欧姆定律可得电流的最大值为I m ′＝4E m

2R ＝2I m ，因此，电流的变化规律为i ′＝2I m sin 2ωt .

5答案：B

6解析：选BD.由图象可知t ＝0、0.02 s 、0.04 s 时刻线圈平面是中性面位置，Φ最大.ΔΦ

Δt ＝0，

故E ＝0.t ＝0.01 s 、0.03 s 、0.05 s 时刻线圈平面与磁感线平行，Φ最小，ΔΦ

Δt 最大，故E 最大，

从图象可知，交变电流变化的周期T ＝0.04 s ，则ω＝2π

T ＝50π rad/s.所以B 和D 正确．

7.解析：选A.由题意知线圈总有一半在磁场中做切割磁感线的匀速转动，所以产生的仍然是正弦交变电流，只是最大值为全部线圈在磁场中匀速转动情况下产生的感应电动势最大值的一半，所以选项B 、C 错误．再由右手螺旋定则可以判断出A 选项符合题意． 8.解析：选A.如图所示，设ab ＝l 1，ad ＝l 2，O 1a ＝r 1，O 1d ＝r 2.线圈绕P 1轴转动时，产生的感应电动势e 1＝Bl 1v ＝Bl 1l 2ω.线圈绕P 2轴转动时，产生的感应电动势e 2＝Bl 1r 1ω＋Bl 1r 2ω，即e 1＝e 2，所以i 1＝i 2，故选项A 对B 错．由右手螺旋定则可知，线圈绕P 1和P 2转动时电流的方

向相同，均是a →d →c →b 方向，故选项C 错，再根据安培力公式可知F 安＝BIl 1，即安培力相同，D 错．

9.解析：选D.t 1到t 2时间内，a 中电流减小，a 中的磁场穿过b 且减小，因此b 中产生与a 同向的磁场，故a 、b 相吸，A 选项正确．同理B 选项正确．t 1时刻a 中电流最大，但变化率为零，b 中无感应电流，故两线圈的作用力为零，故C 选项正确，t 2时刻a 中电流为零，但此时电流的变化率最大，b 中的感应电流最大，但相互作用力为零，故D

选项错误．因此，错误的应是

D.

10解析：E ＝n ΔΦΔt 又I ＝E R 且I ＝q

t ，Δt ＝t .

所以，通过线圈某一截面的电荷量 q ＝I t ＝n ΔΦΔtR Δt ＝n ΔΦ

R

从中性面计时，转过60°，如图所示 ΔΦ＝B ΔS ＝BS (1－cos 60°)＝1

2

BS

q ＝nBS 2R ＝100×0.05×0.2×0.220 C ＝1×10－2C.

答案：1×10－

2C

11解析：法一：线圈经过时间t 转过的角度θ＝ωt ，这时bc 和da 边不切割磁感线，ab 和cd 边切割磁感线产生感应电动势e ab ＝e cd ＝NBab ]v sin ωt 其中v ＝ω

ad 2＝ω

bc 2

所以e ＝e ab ＋e cd ＝2e ab ＝2NBωab ad 2

sin ωt ＝NBSωsin ωt

E m ＝NBSω＝100×0.1×0.1×100π V ＝314 V e ＝314sin100πt V.

法二：感应电动势的瞬时值e ＝NBSωsin ωt ，由题可知： S ＝ab ·bc ＝0.2×0.5 m 2＝0.1 m 2

E m ＝NBSω＝100×0.1×0.1×100π V ＝314 V 所以e ＝314sin100πt V . 答案：e ＝314sin100πt V 12解析：(1)角速度ω＝10π rad/s E m ＝NBSω＝100×1

π×0.05×10π V ＝50 V

感应电动势的瞬时值e ＝E m sin ωt ＝50sin10πt

V.

(2)当t＝1/30 s时，e＝50sin(10π×1

30)V＝25 3 V

(3)电流峰值I m＝E m/(R＋r)＝

50

(9＋1)

A＝5 A.

答案：(1)e＝50sin10πt V(2)25 3 V(3)5 A

高二 第二章交变电流单元测试题

高二 第二章交变电流单元测试题 1．有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为4:1。原线圈接 在一个交流电源上，交流电的变化规律如图1所示。副线圈所接的负载电阻是11Ω。则 （ ） A ．原线圈交流电的频率为50Hz B ．副线圈输出电压为55V C ．流过副线圈的电流是5A D ．变压器输入、输出功率之比为4:1 2. 如图2所示，电流恒定的通电直导线MN ，垂 直平放在两条相互平行的水平光滑长导轨上， 电流方向由M 指向N ，在两轨间存在着竖直方 向的匀强磁场，取垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向，当t =0时导线恰静止，若B 按如图3所示的正弦规律变化，则下列说法中 正确的是（ ） A . 在最初的一个周期内，导线在导轨上做往复 运动 B . 在最初的一个周期内，导线一直向右运动 C . 在最初的半个周期内，导线的加速度先增大后减小 D . 在最初的半个周期内，导线的速度先增大后 关小 3．如图4所示，处在磁感应强度为B 的匀强磁场中的单匝矩线圈abcd ，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 边正在离开纸面向外运动。则（） A ．时刻t 线圈中电流的瞬时值i =t R BS ωωcos B ．线圈中电流的有效值R BS I ω = C ．线圈中电流的有效值R BS I 22ω = D ．线圈消耗的电功率R S B P 2 22ω= 4．如图所示，为一理想变压器，S 为单刀双掷开关， P 为滑动变阻器R 的滑片，U 1为加在原线圈两端的电压，I 1为原线圈中的电流，则（） A .保持U 1和P 的位置不变，S 由a 合到b 时，I 1将增大 B .保持U 1和P 的位置不变，S 由b 合到a 时，R 消耗的功率将减小 图3 a b c B d 图4 - 311 0 图1

一轮复习资料交变电流

第1节 交变电流的产生及描述 要点一 交变电流的产生和描述 1．正弦式交变电流的产生 (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，ΔΦ Δt ＝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，ΔΦ Δt 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E m ＝nBS ω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。 2．正弦式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 图像 磁通量 Φ＝Φm cos ωt ＝BS cos ωt 电动势 e ＝E m sin ωt ＝nBS ωsin ωt 电压 u ＝U m sin ωt ＝RE m R ＋r sin ωt 电流 i ＝I m sin ωt ＝E m R ＋r sin ωt

1．一边长为L的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动，线框中产生的感应电动势e随时间t的变化情况如图10-1-1所示。已知匀强磁场的磁感应强度为B，则结合图中所给信息可判定( ) A．t1时刻穿过线框的磁通量为BL2 B．t2时刻穿过线框的磁通量为零 C．t3时刻穿过线框的磁通量变化率为零 D．线框转动的角速度为E m BL2 2．(2016·连云港摸底)如图10-1-3甲所示为一台小 型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动。若从中性面开 始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已 知发电机线圈内阻为1.0 Ω，外接灯泡的电阻为9.0 Ω。求： (1)写出流经灯泡的瞬时电流的表达式； (2)转动过程中穿过线圈的最大磁通量； (3)线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功。 要点二有效值的理解与计算1．公式法 利用E＝E m 2 、U＝ U m 2 、I＝ I m 2 计算，只适用于正(余)弦式交变电流。 2．利用有效值的定义计算(非正弦式电流) 计算时“相同时间”至少取一个周期或为周期的整数倍。 3．利用能量关系 当有电能和其他形式的能转化时，可利用能的转化和守恒定律来求有效值。

第一节 交变电流

高中人教版物理 第一节 交变电流 教学目标： 1．理解交变电流的产生原理 2．掌握交变电流的变化规律及表示方法 3．理解交流电的瞬时值，最大值及中性面的概念 4．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力 教学重点：交变电流产生的物理过程分析 教学难点：交变电流的变化规律及应用 教学方法：启发 引导 讲授 教学用具：发动机模型 教学过程： （一）引入新课 （二）新课教学 1.交变电流 恒定电流：大小和方向都不随时间而改变的电流。 交变电流：方向随时间周期性变化的电流。与直流电相比，交流电有许多优点，如：可以利用变压器升高或降低电压，利于长途传输；可以驱动结构简单，运行可靠的感应电动机。 2.交变电流的产生 演示实验：手摇发电机使小灯泡发亮 课件观察交变电流的产生。

结论： （1）．线圈转动过程中电流的大小做周期性变化，中性面位置（B ⊥S ）最小，与中性面垂直的位置（B ∥S ）最大。 （2）．线圈每经中性面一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变两次。 3.交变电流的变化规律 设线圈从中性面以角速度ω开始转动，经时间t ，线圈转过θ=ωt ，此时V 与B 夹角也为θ，令ab=dc=L ，ad=bc=L ′，则线圈面积S=LL ′。此时，ab 与dc 边产生的电动势大小均为BLVSin ωt ，整个线圈中产生的瞬时电动势大小为：e=2BLVSin ωt ，又V=2 L ω'，有： 22L e BL sin t B Ssin t ωωωω'=?= 令E m =B ωS 有：sin m e E t ω=sin m e E t ω=（E m 为最大值） 若电路总电阻为R ，则瞬时电流为： m sin I sin m E e i t t R R ωω=== 同理可得电路的某段电压的瞬时值。 sin m u U t ω= 结论：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流是按正弦规律变化的，这种交变电流叫正弦交流电。 4.交变电流的图象 （1）．正弦交流电图象（可用示波器观察到）

交变电流传感器(附答案)

第十单元交变电流传感器 章末达标测试 (时间：60分钟满分：110分) 一、选择题(本题共9小题，每小题6分，共54分，每小题只有一个选项符合题意) 1．如图1所示，原、副线圈匝数比为2∶1的理想变压器正常工作时，以下说法不．正确的是() 图 1 A．原、副线圈磁通量之比为2∶1 B．原、副线圈电流之比为1∶2 C．输入功率和输出功率之比为1∶1 D．原、副线圈磁通量变化率之比为1∶1 2.如图2所示，三个灯泡是相同的，额定功率足够大，直流电源 E1内阻可以忽略，交流电源E2电动势的有效值与E1相等，自感线 圈电阻不计。当开关S接到接点A时，三灯亮度相同，当开关S接 到接点B时() A．甲、乙、丙三灯亮度相同 B．甲灯最亮，丙灯不亮图2 C．甲灯和乙灯等亮，丙灯不亮 D．乙灯最亮，丙灯不亮 3.如图3所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电 阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离不变，下列说法中 正确的是() A．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小图3 C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变 4．全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门，排除污水(如图4所示)。以下说法中正确的是()

图 4 ①若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为N极，B端为S极 ②若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为S极，B端为N极 ③若a、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中 ④若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中 A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ 5．利用如图5所示的电流互感器可以测量被测电路中的电流，若互 感器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶100，交流电流表A的示数是50 mA， 则() A．被测电路的电流有效值为0.5 A B．被测电路的电流平均值为0.5 A C．被测电路的电流最大值为5 2 A 图5 D．原、副线圈中的电流同时达到最大值 6．(2012·江苏苏北四市调研)如图6甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为20∶1，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω，电容器电容C＝100 μF。已知电阻R1两端的正弦交流电压如图乙所示，则() 图 6 A．原线圈输入电压的最大值为400 V B．交流电的频率为100 Hz

高中物理选修3-2《交流电》单元测试题(含答案)

高中物理选修3-2《交流电》单元测试题高二物理阶段性复习质量检测一 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共100分。考试时间90分钟。 注意事项： 1．答卷前将学校、姓名、准考号填写清楚。 2．选择题的每小题选出答案后，用铅笔把机读卡上对应题目的答案标号涂黑。其它小题用钢笔或圆珠笔将答案写在答题卡上。 第一卷（选择题，共50分） 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分；其中第1～7题为单选题；第8～10题为多选题，全部选对得5分，选不全得2分，有选错或不答的得0分) 1、如图，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的电阻。闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝ sin(10πt) V，则( ) A、该交变电流的频率为10 Hz B、该电动势的有效值为 V C、外接电阻R所消耗的电功率为10 W D、电路中理想交流电流表A的示数为1.0 A 2、通过一阻值R＝100 Ω的电阻的交变电流如图 所示，其周期为1 s。电阻两端电压的有效值为 ( ) A．12 V B． C．15 V D． 3、普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为I ab，cd

一侧线圈的匝数较多，工作时电流为I cd ，为了使电流表能正常工作，则( ) A ．ab 接MN 、cd 接PQ ，I ab I cd C ．ab 接PQ 、cd 接MN ，I ab I cd 4、如图，理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝2∶1，V 和A 均为理想电表，灯 泡电阻R L ＝6 Ω，AB 端电压u 1＝sin(100πt ) V 。下列说法正确的是( ) A ．电流频率为100 Hz B ．V 的读数为24 V C ．A 的读数为0.5 A D ．变压器输入功率为6 W 5、用220 V 的正弦交变电流通过理想变压器对一 负载供电，变压器输出电压是110 V ，通过负载的电流图象如图所示，则( ) A ．变压器输入功率约为3.9 W B ．输出电压的最大值是110 V C ．变压器原、副线圈匝数比是1∶2 D ．负载电流的函数表达式i ＝0.05sin(100πt ＋ π 2 ) A 6、某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V ，输出的电功率为50 kW ，用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上的损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，用户再用降压变压器变为220 V(两个变压器均为理想变压器)。对整个送电过程，下列说法正确的是( ) A ．输电线上的损失功率为300 W B ．升压变压器的原、副线圈匝数比为1∶100 C ．输电线上的电流为100 A D ．降压变压器的输入电压为4 700 V 7、如图所示理想变压器原、副线圈匝数比为1∶2，两端分别接有四个阻值相同的灯泡，已知4盏灯均能发光，则L 1和L 2的功率之比为( )

第5章交变电流 变压器

变压器 [学习目标] 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系． 一、变压器的原理及电压与匝数的关系 [导学探究] 如图1所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上．连接电路，接通电源，小灯泡能发光． 图1 (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ (2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？ [知识梳理] 变压器的工作原理及电压与匝数的关系： (1)互感现象是变压器工作的基础．因此变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．(后两空填“变化”或“恒定”) (2)变压器中的电压与匝数的关系： ①只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1n 2 . ②有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3 n 3＝… [即学即用] 判断下列说法的正误． (1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比．( ) (2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高．( ) (3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失．( ) (4)理想变压器不能改变交变电流的频率．( )

二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系 [导学探究] 阅读教材回答下列三个问题： (1)什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？ (2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系． (3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系． [知识梳理] 变压器原、副线圈中功率关系和电流关系： (1)功率关系：P 入＝P 出，即U 1I 1＝U 2I 2. (2)电流关系：①只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2 n 1. ②有多个副线圈时：n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋… [即学即用] 一台理想降压变压器从10 kV 的线路中降压并提供200 A 的负载电流．已知两个线圈的匝数比为40∶1，则变压器原线圈中的电流为________，副线圈中的输出电压为________，输出功率为________． 一、理想变压器基本关系的应用 1．电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2一定时，输入电压U 1决定输出电压U 2，即U 2＝n 2U 1n 1. 2．功率制约：P 出决定P 入，P 出增大，P 入增大；P 出减小，P 入减小；P 出为0，P 入为0. 3．电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比n 1 n 2一定，且输入电压U 1确定时，副线圈中的输出电流I 2决定原 线圈中的电流I 1，即I 1＝n 2I 2 n 1 .

高中物理--交变电流单元测试题

高中物理--交变电流单元测试题 一、选择题(每道小题3分共36分) 1、对于如图所示的电流i随时间t作周期性变化的 图象，下列说法中正确的是 A、电流大小变化，方向不变，是直流电 B、电流大小、方向都变化，是交流电 C、电流最大值为0.2A，周期为0.01s D、电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电 2、对于理想变压器来说，下列说法中不正确的是 A、变压器是利用互感现象制成的 B、变压器可以改变各种电源的额定功率 C、变压器不仅能改变电压，还同时改变电流 D、变压器的初级电流随次级电流的增大而增大 3、如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比 n1:n2=1:3，次级回路中联入三个均标有“36V，40W” 的灯泡, 且均正常发光，那么, 标有“36V、40W”的 灯泡A A、也正常发光 B、将被烧毁 C、比另三个灯暗 D、无法确定 4、面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，从中性面起以角速度ω匀速转动，在t时刻线圈磁通量的瞬时值为 A、BS B、BScosωt C、BSsinωt D、BS/sinωt 5、如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴匀速 E(V)，转动 转动，已知线圈在转动中产生的感应电动势最大值为 m 的角速度为ω(rad/s)。若线圈转到图示位置开始计时，那么下列四个

式子中正确表达了该线圈上产生的电动势e 随时间变化的函数式是 A 、e=m E sin ωt(V) B 、e=m E cos ωt(V) C 、e=m E sin(ωt+90°)(V) D 、e=m E cos(ωt+90°)(V) 6、两只阻值相等的电阻分别通以正弦交 流电与方形交流电，它们电流的最大值相等， 如图所示，则两只电阻的热功率之比是 A 、1:4 B 、1:2 C 、1:2 D 、1:1 7、 交流电源电压u=20sin(100 ωt)V ，电路中电 阻R=10Ω。则如右图电路中电流表和电压表的读数分 别为 A 、1.41A ，14.1V B 、1.41A ，20V C 、2A ，20V D 、2A ，14.1V 8、 如图所示，理想变压器原线圈匝数为n 1，两个副线圈匝数分别为n 2和n 3， 且n 1:n 2:n 3=4:2:1，输入电压U 1=16V ，R 1=R 2=10Ω，则输入的电流I 1大小是 A 、0.4A B 、0.1A C 、0.5A D 、以上答案都不

高三一轮复习交变电流专题

交变电流 一．交流电 1.大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流。 2.其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于在匀强电场 中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。 【例1】、下列电流波形图中，表示交变电流的是 （ ） 二．正弦交流电的变化规律 线框在匀强磁场中匀速转动． （1）．当从图2即中性面．．． 位置开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数： 即 e=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωt ωt 是从该位置经t 时间线框转过的角度；ωt 也是线速度V 与磁感应强度B 的夹角； (2)．当从图1位置开始计时： 则：e=εm cos ωt ， i ＝I m cos ωt (3)．对于单匝矩形线圈来说E m =2Blv=BS ω； 对于n 匝面积为S 的线圈来说E m =nBS ω。对于总电阻为R 的闭合电路来说I m =m E R 三．几个物理量 (1)．中性面：如图2所示的位置为中性面，对它进行以 下说明： （1）此位置过线框的磁通量最多． （2）此位置磁通量的变化率为零．ΔΦ/Δt=0 所以 e=E m sin ωt=0， i ＝I m sin ωt=0 （3）此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图中的t 2，t 4时刻，因 而交流电完成一次全变化中线框两次过中性面，电流的方向改变两次，频率为 50Hz 的交流电每秒方向改变100次． (2)．交流电的最大值：E m ＝B ωS 当为N 匝时E m ＝NB ωS 应用： （1）ω是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度／秒，． （2）最大值对应的位置与中性面垂直，即线框面与磁感应强度B 在同一直线上． （3）最大值对应图中的t 1、t 2时刻，每周中出现两次． (3)．瞬时值e=E m sin ωt ， i ＝I m sin ωt 代入时间即可求出．应用： t D B i t

第五章第一节交变电流

交变电流 第一节交变电流 ［学习目标］1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念. 2.理解交 变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律. 3.知道交变电流的变化 规律及 表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义. 侦习导学新知探究 ［学生用书P 40］ 一、交变电流和交变电流的产生 (阅读教材第31页第1段至第32页第3段) 1. 交变电流 (1) 交变电流的定义：大小和方向都随时间周期性变化的电流，简称交流 . (2) 直流：方向不随时间变化的电流. 2. 交变电流的产生 (1) 典型模型 在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流. 如图所示. (2)中性面：线圈在磁场中转动过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面. I 拓展延伸？ -------------------------------------- (解疑难) △① 1. 中性面的特点：磁通量 ①最大，磁通量的变化率 W = 0,瞬时感应电动势 时感应电流i= 0，电流的方向将发生改变. 2. 垂直中性面的垂面特点：磁通量 ①二0，磁通量的变化率 瞬时感应电流最大. 更抄1.(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流. (2) 当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大. (3) 当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流. 提示：(1)X (2) X (3) V 二、交变电流的变化规律 (阅读教材第32页第4段至第33页第1段) 第五章交变电流 第五章 梳理基础释疑解难 实验装置 e= 0,瞬 晋最大，瞬时感应电动势、

1. 正弦式交变电流的定义： 按正弦规律变化的交变电流叫做正弦 式交变电流，简称正 弦式电流. 2. 正弦式交变电流的表达式 瞬时电动势：e= E m sin o t 瞬时电压：u = U m sin o t 瞬时电流：i = I m sin o t 式中E m 、U m 、I m 分别表示电动势、电压、电流的峰彳 _______ I 拓展延伸？ -------------------------------------- （解疑难） 1?峰值表达式 E m = NBSo = N ① m O E m I m =RTr. 2. 从两个特殊位置开始计时瞬时值的表达式 亟‘抄2.（1）在匀强磁场中线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中，某些特殊时段, 可能感应电动势和磁通量同时变大. （ ） ⑵表达式为e= E m Sin wt 勺交变电流为正弦式交变电流， 表达式为e= E m Sin o t 的交 变电流也是正弦式交变电流. （ ） （3）线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦交变电流，峰值越大，则瞬时 值也越大.（ ） 提示：（1）X （2） V （3） X 多维谦?准題细通羌 交变电流的产生过程 [学生用书P 41] 本类问题主要从中性面和它的垂直面两个位置的磁通量、 势大小和感应电流的方向等几个方面进行考查. （自选例题，启迪思维） 1. 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流, 正确的是（ ） 磁通量的变化率、感应电动 下列说法

交变电流

（一）专题训练 交变电流的产生及描述 1．下图中不属于交变电流的是( ) 2．小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图1所示．此线圈与一个R ＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻．下列说法正确 A ．交变电流的周期为0.125 s B ．交变电流的频率为8 Hz C ．交变电流的有效值为 2 A D ．交变电流的最大值为4 A 3．如下图中各图面积均为S 的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B 中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e ＝BSωsin ωt 的图是( ) 4．一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动．在转动过程中，线框中的最大磁通量为Φm ，最大感应电动势为E m ，下列说法中正确的是( ) A ．当磁通量为零时，感应电动势也为零 B ．当磁通量减小时，感应电动势也减小 C ．当磁通量等于0.5Φm 时，感应电动势等于0.5E m D ．角速度ω等于 E m /Φm 5.(2011· 四川卷)如图2所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T ，转轴O 1O 2垂直于磁场方向，线圈电阻为2Ω.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 ＝4cos 2π T t D ．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝T πsin 2π T t 6．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图3甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则( ) A ．电压表○V 的示数为220 V B ．电路中的电流方向每秒钟改变50次 C ．灯泡实际消耗的功率为484 W D ．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J

交变电流单元测试题

交变电流单元测试题 1．有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为4:1。原线圈接在一个交流电源上，交流电的变化规律如图1所示。副线圈所接的负载电阻是11Ω。则 （ ） A ．原线圈交流电的频率为50Hz B ．副线圈输出电压为55V C ．流过副线圈的电流是5A D ．变压器输入、输出功率之比为4:1 2. 如图2所示，电流恒定的通电直导线MN ，垂直平放在两条相互平行的水平光滑长导轨上，电流方向由M 指向N ，在两轨间存在着竖直方向的匀强磁场，取垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向，当t =0时导线恰静止，若B 按如图3所示的正弦规律变化，则下列说法中正确的是（ ） A. 在最初的一个周期内，导线在导轨上做往复运动 B. 在最初的一个周期内，导线一直向右运动 C. 在最初的半个周期内，导线的加速度先增大后减小 D. 在最初的半个周期内，导线的速度先增大后 关小 3．如图4所示，处在磁感应强度为B 的匀强磁场中的单匝矩线圈abcd ，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 边正在离开纸面向外运动。则（） A ．时刻t 线圈中电流的瞬时值i =t R BS ωω cos B ．线圈中电流的有效值R BS I ω = C ．线圈中电流的有效值R BS I 22ω = D ．线圈消耗的电功率R S B P 2 22ω=

4．如图所示，为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器R的滑片，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则（） A.保持U1和P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大 B.保持U1和P的位置不变，S由b合到a时，R消耗的功率将减小 C.保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大 D.保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1将增大 5.在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原、副线圈的匝数分别为n1=600匝、n2=120匝，电源的电压为U＝311sin100πt V，原线圈中串联一个0.2A的保险丝，为保证保险丝不被烧毁，则 A．负载功率不能超过44W B．副线圈电流的最大值不能超过1A C．副线圈电流的有效值不能超过1A D．副线圈电流的有效值不能超过0.2A 6.图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器输入电压是市电网的电压，不会有很大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用R0表示，变阻器R表示用户用电器的总电阻，当滑动变阻器触头P向下移时 A．相当于在增加用电器的数目 B．V1表的示数随V2表的示数的增大而增大 C．A1表的示数随A2表的示数的增大而增大 D．变压器的输入功率在增大 7．如图10所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C并联，三个支路中分别接有一灯泡。接入交流电源后，三盏灯亮度相同。若保持交流电源的电压不变，使交变电流的频率增大，则以下判断正确的是Ａ．与线圈L连接的灯泡L1将变暗Ｂ．与电容器C连接的灯泡L2将变暗 Ｃ．与电阻R连接的灯泡L3将变暗Ｄ．三盏灯泡的亮度都不会改变 8题图 8．远距离输电线路的示意图如图5所示，若发电机的输出电压不变，那么当用户用电的总功率增大时A．升压变压器的原线圈中的电流保持不变 B．降压变压器的输出电压升高 C．降压变压器的输出电压降低 D．输电线上损失的功率增大

交流电流单元测试题一

高二物理《交流电》单元测试题一 1．理想变压器，给负载Ｒ供电，用下列哪些方法可增加变压器的输出功率（ ） A.减少副线圈的匝数 B .增加原线圈的匝数 C.减少负载电阻Ｒ的值 D.增加负载电阻R 的值 2．图17-1中矩形线圈abcd 在匀强磁场中以ad 边为轴匀速转动，产生的电动势瞬时值为e = 5sin20t V ，则以下判断正确的是 [ ] A ．此交流电的频率为10/πHz B ．当线圈平面与中性面重合时，线圈中的感应电动势为5V C ．当线圈平面与中性面垂直时，线圈中的感应电流为0 D ．线圈转动一周，感应电流的方向改变一次 3．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的电动势为e ＝εm sin ωt ．若将线圈的转速加倍，其它条件不变，则产生的电动势为 [ ] A ．εm sin2ωt B ．2εm sin ωt C ．2εm sin 2 ω t D ．2εm sin2ωt 4．理想变压器正常工作时，原线圈一侧与副线圈一侧保持不变的物理量是 [ ] A ．频率 B ．电压 C ．电流 D ．电功率 5．一交流电流的图象如图17-2所示，由图可知 [ ] A ．用电流表测该电流其示数为10 A B ．该交流电流的频率为100 Hz C ．该交流电流通过10 Ω电阻时，电阻消耗的电功率为1 000 W D ．该交流电流即时值表达式为i ＝102sin628t A 6．如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1：5，原线圈两端的交变电压 为100V u t π= 氖泡在两端电压达到100V 时开始发光，下列说法中正确的有 A ．开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz B ．开关接通后，电压表的示数为100 V C ．开关断开后，电压表的示数变大 D ．开关断开后，变压器的输出功率不变 图17-1 —

高中物理第五章交变电流51交变电流学案新人教选修32

5.1交变电流 【学习目标】 利用旋转电枢式发电机设计实验探究交变电流的性质；理论探究线圈转动一周中电动势和电流的变化，对交流电的产生有比较清楚的了解，培养运用基本原理解决新情境下问题的能力；推导出交变电流的瞬时值表达方式，知道峰值和瞬时值的意义。 【合作研究】 探究一：发电机产生的电流有何特点？ 猜想：旋转电枢式发电机产生的电流具有什么特点？ 设计实验：把两个发光颜色不同的二极管并联，注意使两者正负极方向不同，然后连接到发电机两端，转动手柄，观察二极管发光情况。 现象： 总结：直流： 交变电流： 温故知新，探究准备 1、矩形线圈转动过程中，哪些边切割磁感线？怎样求感应电动势？ 2、回忆右手定则，怎么分析感应电流的方向？ 3、如右图，若B与v不垂直，怎么求AB导线感应电动势？设v与磁感线夹角为? 探究二：线圈中电流方向怎样变化？为何变化？ 1、右图为AB导线转动一周各位置截图，请分析各位置电流方向。 2、电流方向在何处发生变化？发生变化的原因是什么？ 3、请分析线圈转动一周过程，整个线圈电流方向及变化情况。 甲：乙：丙：丁： 探究三：线圈中电流大小是否变化？怎样变化？为何变化？

甲 乙 丙 丁 1、在哪些位置感应电流为最大？哪些位置感应电流最小？ 2、小组讨论，根据表格的提示分析四个过程中电流大小的变化情况，v 与磁感线夹角为? 过程 ?的变化 sin ? （增大或减小） v 〦=vsin ? （增大或减小） E （增大或减小） I （增大或减小） 甲→乙 乙→丙 丙→丁 丁→甲 3、电流大小发生变化的原因是什么？ 探究四：电流随时间变化的图象遵循什么规律？ 推导：从甲位置计时，求t 时刻线圈中的感应电动势e 。已知磁感应强度为B ，线圈转动角速度为ω，AB 边长为Ｌ１，AD 边长为Ｌ２。则此时刻：θsin v v =⊥ ⊥=BLv E 1、 线圈转过的角度为 θ =__________ 2、AB 边的线速度大小______________ 3、速度沿垂直于磁场方向的分量_______________ 4、AB 边（CD 边）产生的感应电动势 e AB =e CD =_____________________________ 5、单匝线圈产生的电动势e 0=_____________________________ 6、N 匝线圈产生的电动势e =_____________________________ 结论： 线圈在匀强磁场内从甲位置开始转动，交流电的电动势随时间按 规律变化。其中，把___________叫做瞬时值，把_____________叫做最大值或者峰值。 五、旋转磁极式发电机 课后动手做一做，了解葛洲坝水力发电的原理 L 1 L 2

高中物理-交变电流单元测试题及答案

高中物理-交变电流单元测试题 第Ⅰ部分选择题 一、选择题：本题共10小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。 1．下列各图中能产生交变电流的是() 2．两只相同的电阻,分别通过正弦波形的交流电和方波形的交流电。两种交变电流 的最大值相等,波形如图甲、乙所示。在一个周期内,两电阻产生的热量之比Q Q 甲 乙 等 于() A． 2B． 1 2 C．1 4 D． 3．图示两种电压的波形,其中图甲表示电压按正弦规律变化,下列说法正确的是() A．图甲表示交流电,图乙表示直流电 B．两种电压的有效值都是311 V C．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝220sin 100πt V D．以上说法都不对

4．在图所示的电路中,a、b两端连接的交流电源既含高频交流,又含低频交流；L 是一个25 mH的高频扼流圈,C是一个100 pF的电容器,R是负载电阻。下列说法正确的是（） A．L的作用是“通低频,阻高频” B．C的作用是“通交流,隔直流” C．C的作用是“通高频,阻低频” D．通过R的电流中,低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比 5．如图所示,在电路两端加上正弦交变电流,保持电压有效值不变,使频率增大,发现各灯的亮暗情况是灯1变亮,灯2变暗,灯3不变,则M、N、L中所接元件可能是() A．M为电阻,N为电容器,L为电感线圈 B．M为电感线圈,N为电容器,L为电阻 C．M为电容器,N为电感线圈,L为电阻 D．M为电阻,N为电感线圈,L为电容器 6．有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节,如图所示。在副线圈两输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,在原线圈上加一电压为U的交流电,则() A．保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变大 B．保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变小 C．保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变大 D．保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变小

2020年高考一轮复习知识考点专题11 《交变电流》

2020年高考一轮复习知识考点专题11 《交变电流》 第一节 交变电流的产生和描述 【基本概念、规律】 一、交变电流的产生和变化规律 1．交变电流 大小和方向随时间做周期性变化的电流． 2．正弦交流电 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． (2)中性面 ①定义：与磁场方向垂直的平面． ②特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次． (3)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线． 二、描述交变电流的物理量 1．交变电流的周期和频率的关系：T ＝1 f . 2．峰值和有效值 (1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的最大值． (2)有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，则这个恒定电流I 、恒定电压U 就是这个交变电流的有效值． (3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I ＝ I m 2，U ＝U m 2，E ＝E m 2 . 3．平均值：E ＝n ΔΦ Δt ＝BL v . 【重要考点归纳】 考点一 交变电流的变化规律 1．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) 函数 图象 磁通量 Φ＝Φm cos ωt ＝BS cos ωt

电动势 e ＝E m sin ωt ＝nBSωsin ωt 电压 u ＝U m sin ωt ＝ RE m R ＋r sin ωt 电流 i ＝I m sin ωt ＝ E m R ＋r sin ωt 2.(1)线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ最大，ΔΦ Δt ＝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，ΔΦ Δt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改 变． 3.解决交变电流图象问题的三点注意 (1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关． (2)注意峰值公式E m ＝nBSω中的S 为有效面积． (3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解． 考点二 交流电有效值的求解 1．正弦式交流电有效值的求解 利用I ＝ I m 2，U ＝U m 2，E ＝E m 2 计算． 2．非正弦式交流电有效值的求解 交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算．注意“三同”：即“相同电阻”，“相同时间”内产生“相同热量”．计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期． 考点三 交变电流的“四值”的比较 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的 值 e ＝E m sin ωt 计算线圈某一时刻的受 力情况 峰值 最大的瞬时值 E m ＝nBSω 确定用电器的耐压值，电容器的击穿电压

第一节 交变电流

一、选择题 1．图3－2－15中，哪些情况线圈中不能产生交流电( ) 图3－2－15 2．一个矩形线框的面积为S ，在磁感应强度为B 的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂 直的位置开始计时，转速为n 转/秒，则( ) A ．线框产生交变电动势的最大值为n πBS B ．线框产生交变电动势的有效值为2n πBS /2 C ．从开始转动经过14 周期，线框中的平均感应电动势为2nBS D ．感应电动势瞬时值表达式为e ＝2n πBS sin2n πt 3．如图3－2－16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 ′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( ) 图3－2－16 A ．线圈中的感应电流的方向为abcda B ．线圈中的感应电流为nBl 2ωR C ．穿过线圈的磁通量为Bl 2 D ．穿过线圈的磁通量的变化率为0 4．(2011年济南高二检测)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动， 产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图3－2－17所示．此线圈与一个R ＝10 Ω的 电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是( ) 图3－2－17 A ．交变电流的周期为0.125 s B ．交变电流的频率为8 Hz C ．交变电流的有效值为 2 A D ．交变电流的最大值为4 A 5．(2011年如皋高二检测)某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交

变电流的图象如图3－2－18所示，由图中信息可以判断() 图3－2－18 A．在A和C时刻线圈处于中性面位置 B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C．从O时刻到D时刻线圈转过的角度为2π D．若从O时刻到B时刻历时0.02 s，则交变电流的频率为50 Hz 6．一只标有“220 V 100 W”的灯泡，接在U＝311sin314t V的电源上，则下列说法中正确的是() A．灯泡不能正常发光 B．通过灯泡的电流为i＝0.45sin314t A C．与灯泡并联的交流电压表的示数为220 V D．与灯泡串联的交流电流表的示数为0.03 A 7．(2011年重庆高二检测)一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图3－2－19所示．下面说法中正确的是() 图3－2－19 A．t1时刻通过线圈的磁通量为零 B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大 8．一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流e＝2202sin100πt(V)，那么() A．该交变电流的频率是100 Hz B．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面垂直 C．当t＝1 200s时，e有最大值 D．该交变电流电动势的有效值为220 2 V 9．如图3－2－20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() 图3－2－20 10．(2011年泉州高二检测)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图3－2－22甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则()

人教版高中物理《交变电流》 单元测试及解析

专题十二《交变电流》单元测试及解析 考点1交变电流的产生及其描述 1、如图所示,在水平向右、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,有一匝数为n、边长为l、电阻为R的正方形线圈围绕垂直于磁感线的对称轴OO'按照图示的方向匀速转动,转动的角速度为ω.则下列说法中正确的是() A.当线圈转至图示位置时,线圈中产生的感应电流方向为a→b→c→d→a B.当线圈转至图示位置时,线圈中产生的感应电流大小为nBl 2ω R C.线圈从图示位置转过π 2的过程中,线圈中产生的热量为πωn 2B2l2 2R D.若从图示位置开始计时,则线圈中产生的感应电动势的瞬时值大小为e=nBl2ωsin ωt 2、图甲所示是一台交流发电机的构造示意图,线圈转动产生的感应电动势随时间变化的规律如图乙所示. 发电机线圈电阻为1 Ω,外接负载电阻为4 Ω,则() A.线圈转速为50 r/s B.电压表的示数为4 V C.负载电阻的电功率为2 W D.线圈转速加倍,电压表读数变为原来的4倍 3、[多选]某兴趣小组自制一小型发电机,使线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动,穿过线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化的图象如图所示.线圈转动周期为T,线圈产生的电动势的最大值为E m,线圈的电阻为r,该线圈与电阻为R的纯电阻用电器构成闭合回路,则()

A .线圈匝数为n= TE m 2πΦm B .电阻为R 的用电器的电功率为E m 2 2R C .在0~T 4 时间内通过用电器的电荷量为q= TE m 2π(r+R) D .若线圈转速增大为原来的2倍,线圈中电动势的瞬时值为 E m cos 4πt T 4、边长为a 的N 匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动,转速为n ,线圈所围面积内的磁通量φ随时间t 变化的规律如图所示,图象中φ0为已知量.则下列说法正确的是 ( ) A .t 1时刻线圈中感应电动势最大 B .t 2时刻线圈中感应电流为零 C .匀强磁场的磁感应强度大小为 φ0 Na 2 D .线圈中瞬时感应电动势的表达式为e=2N πφ0n cos 2πnt 5、[多选]某小型发电机产生的交变电动势表达式为e=100sin 100πt (V),则该电动势 ( ) A.有效值是50√2 V B.频率是100 Hz C.最大值是50√3 V D.周期是0.02 s 6、一理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2=11∶1,原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u 随时间t 的变化规律如图所示,副线圈仅接入一个R=20 Ω的电阻,则 ( ) A.流过电阻R 的最大电流是1.0 A B.变压器的输入功率是40 W C.与电阻R 并联的电压表的示数是20 V D.在1 s 内电流方向改变50次