16.交变电流-高中物理二级结论“点对点”专练（含解析）

16.交流电-高中物理二级结论 “点对点”专练 一、中性面、中性面的垂面位置的特点比较 项目 中性面 中性面的垂面 图示 位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 磁通量Φ 最大 零 磁通量变化率 零 最大 感应电动势e 零 最大 感应电流i 零 最大 电流方向 改变 不变 例题1. （2024·福建漳州·三模）风力发电将成为福建沿海实现“双碳”目标的重要途径之一。如图甲，风力发电装置呈现风车外形，风吹向叶片驱动风轮机转动，风轮机带动内部匝数为N的矩形铜质线圈在水平匀强磁场中，以角速度ω绕垂直于磁场的水平转轴顺时针匀速转动产生交流电，发电模型简化为图乙。已知N匝线圈产生的感应电动势的最大值为。则（ ） A．当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为 B．当线圈转到竖直位置时电流表的示数为零 C．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大 D．穿过线圈的最大磁通量为 【答案】C 【解析】A．当线圈转到题图示位置时，根据右手定则判断知产生的感应电流方向为，A错误； B．当线圈转到竖直位置时，感应电流的瞬时值为零，但电流表测量的是有效值，示数不为零，B错误； C．当线圈转到题图示位置时，线圈与中性面垂直，感应电动势最大，磁通量的变化率最大，C正确； D．由得，穿过线圈的最大磁通量为 D错误。 故选D。 二、交变电流的变化规律 从中性面位置开始计时 e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt。 (2)从与中性面垂直的位置开始计时 e＝Emcos ωt，i＝Imcos ωt，u＝Umcos ωt。 例题2. （2023·天津和平·二模）如图为交流发电机的示意图，N、S极间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴逆时针匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为，电极间接有阻值为的定值电阻，线圈电阻不计，下列说法正确的是（　　） A．此交流发电机的频率为100Hz B．电阻R消耗的功率为40W C．当线圈转到如图位置时产生的电流方向为ABCD D．当线圈转到如图位置时磁通量的变化率最大 【答案】D 【解析】A．根据题意可知此交流电的频率为 故A错误； B．此发电机电动势的有效值为 线圈电阻不计则电阻R消耗的功率为 故B错误； C．由右手定则可知，当线圈平面转到图示位置时产生的电流方向为DCBA，故C错误； D．当线圈平面转到图示位置时磁通量为零，在中性面的垂面，磁通量的变化率最大，故D正确。 故选D。 三、正弦式交变电流的有效值与峰值的关系 理论计算表明，正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系为 I＝＝0.707Im，U＝＝0.707Um。 若不是正弦式交变电流，则必须根据焦耳定律来求解其有效值，且时间取一个周期。 几种典型电流的有效值 电流名称 电流图像 有效值 正弦式交变电流 I＝ 正弦半波电流 I＝ 正弦单向脉冲电流 I＝ 矩形脉冲电流 I＝Im 非对称性交变电流 I＝ 例题3. 如图所示，匝正方形闭合金属线圈abcd边长为，电阻为。线圈处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴以角速度匀速转动，ab边距轴。则（　　） A．若从图示时刻开始计时，则感应电动势的一表达式： B．感应电动势的有效值为： C．从图示时刻开始转动的过程中，线圈中流过的电荷量为： D．从图示时刻开始转动的过程中，线圈产生的焦耳热为： 【答案】C 【解析】AB．感应电动势的最大值为 解得 有效值为 由图可知，此时线圈平面与磁场方向平行，开始计时e的瞬时值表达式为 故A、B错误； C．从图示时刻开始转动的过程中，平均感应电动势为 平均感应电流 通过电阻R的电荷量为 联立解得 故C正确； D．电流的有效值为 从图示时刻开始转动所用时间为 从图示时刻开始转动产生的焦耳热为 解得 故D错误。 故选C。 四、正弦式交变电流“四值”比较及应用 名称 物理含义 重要关系 适用情况 ... ...