2013年高考物理二轮复习精品学案专题二十三：交变电流

本人声明：本资源属本人原创作品，授予21世纪教育网独家发行。 2013高考二轮复习专题精品学案 高考二轮专题复习精品学案专题二十三 专题二十三、交变电流 【重点知识解读】 一．交变电流的产生和描述 将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生出正弦式交变电流。线圈在匀强磁场中转动时，通过线圈的磁通量最大时，磁通量变化率为零，产生的感应电动势为零；通过线圈的磁通量为零时，磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大； 描述交变电流大小的物理量主要有：最大值（峰值）、瞬时值、有效值、平均值。 匝数为N，面积为S的线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω转动，产生的感应电动势（交变电动势）的最大值（峰值）为Em=NBSω。 匝数为N，面积为S的线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω从中性面开始转动，产生的感应电动势（交变电动势）的瞬时值表达式为e=Emsinωt。 交变电流的有效值是根据同时间、同电阻、产生相同热量的直流电流的数值来确定的。 由法拉第电磁感应定律E=△Φ/△t计算的是△t时间内的平均值。 描述交变电流变化快慢的物理量主要有：周期和频率。 正弦式交变电流的图象是正弦曲线，由交变电流的图象可知交变电流的周期和最大值。 【高考命题动态】 交变电流与工农业生产和人们生活息息相关，也是高考必考内容。高考对交变电流的考查涉及交变电流的产生和描述、变压器、动态电路、电能输送等，难度中等。 【最新高考题分析】 典例1。（2012·安徽理综）图1甲是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为的匀强磁场中，有一矩形线图abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO’转动，由线圈引起的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO’转动的金属圈环相连接，金属圈环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电话电阻形成闭合电路。图1乙是线圈的住视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示。已知ab长度为L1, bc长度为L2,线圈以恒定角速度ω逆时针转动。（只考虑单匝线圈） 线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1 的表达式； 线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图1丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式； 若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。（其它电阻均不计） 【答案】（1）e1=BL1L2ωsinωt.。（2）e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0.)。 （3）QR=πRω。 【解析】（1）矩形线圈abcd转动过程中，只有ab和cd切割磁感线，设ab和cd转动速度为v，则v=ω·L2， 在t时刻，导线ab和cd切割磁感线，产生的感应电动势均为E1=BL1v⊥， 由图可知，v⊥=vsinωt， 则t时刻整个线圈的感应电动势为e1=BL1L2ωsinωt.。 （2）当线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，在t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式为e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0.)。 (3)由闭合电路欧姆定律可知，I=E/(R+r)， 这里E为线圈产生的电动势的有效值，E==BL1L2ω。 线圈转动一周在R上产生的焦耳热为QR=I2RT， 其中T=2π/ω， 于是，QR=πRω。 【考点定位】此题考查交变电流的产生、瞬时值表达式、闭合电路欧姆定律、有效值、焦耳定律及其相关知识。 针对训练题1. (15 分) （2012·江苏物理）某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示.。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为π，磁场均沿半径方向。. 匝数为N 的矩形线圈abcd 的边长ab =cd =l、bc =ad =2 l. 线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad 边同时进入磁场. 在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。求：: (1)线圈切割磁感线时，感应电动势 ... ...