第1节 交变电流的产生及描述,考点1：正弦式交变电流的产生与图象,【例1】处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直在t=0时刻，线圈平面与纸面重合(如图1012)，线圈的cd边离开纸面向外运动若规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图线是(),图1012,【解析】图示位置线圈平面与磁感线平行，因为cd边离开纸面向外运动，cd边产生最大感应电动势，由右手定则cd上产生cd的感应电流，线圈中的电流为abcda(为正)，故选项C正确 答案： C 点评：线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周内线圈中电流方向改变两次(周期性改变一次),考点2：电感和电容对交变电流的作用,【例2】如图1013所示电路中，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变？为什么？,图1013,【解析】当交变电流的频率增大时，线圈对交变电流的阻碍作用增大，通过灯泡L1的电流将因此而减小，所以灯泡L1的亮度将变暗；而电容对交变电流的阻碍作用则随交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡L2的电流增大，所以灯泡L2的亮度将变亮由于电阻的大小与交变电流的频率无关，流过灯泡L2的电流不变，因此其亮度也不变 点评：电感、电容对交变电流的阻碍作用与交流电的频率有关，而电阻对交变电流的阻碍作用和交变电流的频率无关，电阻R中的电流由交变电压的有效值和电阻R决定,题型一：交变电流的变化规律及图像,图1014,【例3】如图1014所示，为交流发电机示意图，匝数为n=100匝的矩形线圈，其边长分别为L1=0.1m和L2=0.2m，线圈电阻为r=5，在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中绕垂直 于磁场的轴OO以=50 rad/s 的角速度匀速转动，线圈和R=20 的外电阻相接，求：,(1)若从线圈处于中性面位置开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式 (2)开关S闭合时，写出线圈中感应电流的瞬时值表达式，并画出i-t图象 切入点：线圈绕在线圈平面内且垂直磁感线的轴匀速转动时，产生的正弦交流电的最大值为：Em=nBS；线圈中的感应电动势、回路中的电流满足闭合电路欧姆定律,点评：复习时应注意以下几个方面： 1交变电流的变化规律与线圈的形状及与磁场垂直的转动轴处于线圈平面内哪个位置无关 2若从线圈平面和磁场方向平行时开始计时，交变电流的变化规律为：i=Imcost. 3要抓住表征交变电流特征的几个物理量：周期、频率、角速度、有效值、最大值，写出交变电流的表达式，进一步画出交流电的图象，也可以由交变电流的瞬时值表达式以及图象找出交变电流的最大值、周期等参量,题型二：交变电流与力学综合问题的分析方法,【例4】如图1015所示，真空中水平放置的相距为d的平行金属板板长为L，两板上加有恒定电压后，板间可视为匀强电场在t=0时，将图乙中所示的交变电压加在两板上，这时恰有一质量为m、电荷量为q的带电粒子从两板正中间以速度v0水平飞入电场若此粒子离开电场时恰能以平行于两板的速度飞出(粒子重力不计)，求： (1)两板上所加交变电压的频率应满足的条件； (2)该交变电压u0的取值范围,图1015,点评：解决交变电流和力学综合问题时，应注意： (1)交变电流的大小和方向均随时间周期性变化，从引起磁场、电场的强弱和方向周期性变化，所以研究带电粒子在电磁场中受力时，要进行详细的动态受力分析,(2)粒子在交变电场中，常见的运动情况有三种：带电粒子沿某一方向做直线运动；带电粒子以某位置为中心做往复运动；带电粒子做偏转运动所以研究带电粒子在电场中的运动状态时，要做详细的物理过程分析，必要时可画出粒子的速度图象来帮助判断 (3)分析时应注意由于交变电流的周期性变化而引起的分析结果出现多解的可能,1.(2011安徽)如图1016所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)则线框内产生的感应电流的有效值为( ),图1016,D,2.(2011天津)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1017甲所示产生的交变电动势的图象如图1017乙所示，则( ) At=0.005 s时线框的磁通量变化率为零 Bt=0.01 s时线框平面与中性面重合 C线框产生的交变电动势有效值为311V D线框产生的交变电动势频率为100Hz,图1017,B,3.(2010广东卷)如图1018所示的是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的( ) A周期是0.01s B最大值是311V C有效值是220V D表达式为u=220sin100t(V),图1018,BC,【解析】由题图可得周期为0.02s，A错误选项D中峰值应该为311V，即u=311sin100t(V)，D错误,4.对于图1019所示的电流i随时间t作周期性变化的图象，下列描述哪些是正确的( ) A电流的大小变化，方向也变化，是交流 B电流的大小变化，方向不变，不是交流 C电流的大小不变，方向不变，是直流 D以上说法都不正确,图1019,B,【解析】从图象中可以看出，电流的大小随时间作周期性变化，但电流的方向不变，所以根据交流的定义，该电流不是交流，B正确,5.如图10110(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角=45时(如图b)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正则下列四幅图中正确的是( ),图10110,答案：D,6.如图10111所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生的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中正确的是( ) A线圈先后两次转速之比为12 B交流电a的电压瞬时值u=10sin0.4tV C交流电b的最大值为20/3V D在图中t=0时刻穿过 线圈的磁通量为最大,图10111,CD,