易错点26 交变电流的产生和描述-备战2022年高考物理典型易错题辨析与精练学案

易错点26 交变电流的产生和描述

易错总结

一、交变电流的变化规律

1．中性面

(1)中性面：与磁感线垂直的平面．

(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零．

2．从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt，Em叫作电动势的峰值，Em＝NωBS.

3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流．

4．正弦式交变电流和电压

电流表达式i＝Imsin_ωt，电压表达式u＝Umsin_ωt.其中Im、Um分别是电流和电压的最大值，也叫峰值．

二、周期和频率

1．周期(T)：

交变电流完成一次周期性变化所需的时间．

2．频率(f)：

周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数．

3．周期和频率的关系：T＝或f＝.

4．角速度与周期、频率的关系：ω＝＝2πf.

三、峰值和有效值

1．峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值．电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿．

2．有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则此恒定电流的数值叫作交变电流的有效值．

3．在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系

E＝＝0.707Em，U＝＝0.707Um，I＝＝0.707Im

四、正弦式交变电流的公式和图像

1．正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况．若线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是正弦曲线．

2．若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为u＝Umsin t，i＝Imsin t.

     解题方法

一、交变电流图像的应用

正弦交流电的图像是一条正弦曲线，从图像中可以得到以下信息：

(1)周期(T)、频率(f)和角速度(ω)：线圈转动的频率f＝，角速度ω＝＝2πf.

(2)峰值(Em、Im)：图像上的最大值．可计算出有效值E＝、I＝.

(3)瞬时值：每个“点”表示某一时刻的瞬时值．

(4)可确定线圈平面位于中性面的时刻，也可确定线圈平面平行于磁感线的时刻．

(5)可判断线圈中磁通量Φ及磁通量变化率的变化情况．

二、交变电流“四值”的比较及应用

【易错跟踪训练】

  易错类型1：对物理概念理解不透彻

1．（2020·全国高三课时练习）下列关于家庭电路与安全用电的说法正确的是（　　）

A．家庭电路中控制用电器的开关应接在火线和用电器之间

B．电冰箱使用三脚插头，是为了防止电流过大引起火灾

C．在家庭电路中，同时工作的用电器越多，总电阻越大

D．使用测电笔时，手不能接触笔尾的金属体，防止电流通过人体，造成触电事故

2．（2019·浙江高三月考）矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生交变电流．在如图所示位置时，下列关于穿过线框的磁通量与线框中产生的感应电动势的大小的说法正确的是（  ）

A．磁通量最大，感应电动势最小

B．磁通量最大，感应电动势最大

C．磁通量最小，感应电动势最大

D．磁通量最小，感应电动势最小

3．（2020·浙江高三）如图所示为教学演示用交流发电机．以不太快的速度摇动发电机，与发电机相连的小灯泡将一闪一闪发光．现将摇动速度加倍，下列分析正确的是：

A．小灯泡闪光周期将加倍，亮度增大

B．小灯泡闪光频率将加倍，亮度增大

C．小灯泡闪光频率将不变，亮度增大

D．小灯泡闪光频率将加倍，亮度不变

4．（2021·福建）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示。产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示。则下列说法错误的是（　　）

A．t=0.01s时，线框平面与磁感线相互垂直

B．该线框产生的感应电流每秒钟电流方向改变100次

C．t=0.005s时，线框磁通量最大

D．电动势瞬时值22V时，线圈平面与中性面夹角为45°

5．（2021·全国高三专题练习）图甲为交流发电机的示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，电阻R=5Ω，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，输出的交变电压随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是（　　）

A．电流表的示数为10A

B．线圈转动的角速度为100πrad/s

C．t=0.01s时，穿过线圈平面的磁通量最大

D．t＝0.02s时，电刷P的电势高于电刷Q的电势

6．（2020·全国高三）如图(甲)是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，矩形线圈ABCD(内阻不计)与滑动变阻器R、理想交流电流表A组成闭合电路。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，产生交变电流的U—t图象如图(乙)所示。以下判断正确的是(　　)

A．0.01s时线圈平面与磁场方向垂直

B．该交流电的频率为100Hz

C．当滑动变阻器接入电路的阻值为100Ω时,电流表的示数为2.2A

D．当滑动变阻器的阻值变大时,电流表的示数变小

7．（2021·广东高三专题练习）如图所示，匝数n=10匝、面积S=0.5m2的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小的匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的轴OO'。以角速度=2rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入的一只标有“2.5V，1.5W”的小灯泡恰好正常发光，不计线框电阻。下列说法错误的是（　　）

A．在图示位置时，线框中产生的感应电动势为零

B．线框中产生电动势的有效值为10V

C．变压器原副线圈匝数之比为4：1

D．流过灯泡的电流方向每秒钟改变次

8．（2021·全国高三专题练习）图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A 为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（　　）

A．电流表的示数为

B．线圈转动的角速度为50π rad/s

C．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行

D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左

9．（2019·辽宁鞍山市·鞍山一中高三）如图所示为学校的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成。发电机中矩形线圈所围成的面积为S，匝数为N，电阻不计，它可绕水平轴在磁感应强度的水平匀强磁场中以加速度匀速转动，矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，表示输电线的电阻。以线圈平面与磁场垂直时为计时起点，下列判断不正确的是

A．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为

B．当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将升高

C．当用户增加时，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向上滑动

D．若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈两端的电压瞬时值最大

10．（2021·天津市蓟州区第一中学高三月考）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，其在同一磁场中匀速转动过程中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．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电压的最大值为（v）

  易错类型2：忽视公式或结论的成立条件

1．（2021·全国高三专题练习）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0.02s

D．电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电

2．（2020·江苏省如皋中学）一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的Ф－t图像如图所示．下列说法中正确的是（  ）

A．t=0时刻线圈在中性面位置

B．t=0.01s时线圈产生的感应电动势最大

C．t=0.02s时线圈磁通量的变化率为零

D．t=0.03s时线圈中的电流方向发生改变

3．（2019·北京房山区·高三）一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示．下列说法中正确的是（     ）

A．时刻线圈在中性面位置

B．线圈产生的感应电动势达到最大

C．时线圈磁通量的变化率为零

D．时线圈产生的感应电动势为零

4．（2018·东台市创新学校高三月考）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，感应电动势和感应电流的方向都改变一次

B．线圈每转动一周，感应电流的方向改变一次

C．线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，感应电动势的方向不变

D．线圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都改变一次

5．（2020·云南临沧第一中学高三月考）当矩形线框在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动时，产生的交变电流随时间的变化规律如图甲所示。已知图乙中定值电阻R的阻值为10Ω，电容器C的击穿电压为5V。则下列选项正确的是（　　）

A．矩形线框中产生的交变电流的瞬时值表达式为i=0.6sin100πt（A）

B．矩形线框的转速大小为100r/s

C．若将图甲中的交流电接在图乙的电路两端，电容器不会被击穿（通过电容器电流可忽略）

D．矩形线框的转速增大一倍，则交变电流的表达式为i=1.2sin100πt（A）

6．（2022·全国高三专题练习）一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时，以下说法错误的是(　　)

A．线圈中的感应电动势为零

B．线圈平面与磁感线方向垂直

C．通过线圈的磁通量达到最大值

D．通过线圈的磁通量变化率达到最大值

7．（2019·浙江高三）图甲是小型交流发电机的示意图，两极M、N间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为理想交流电流表，V为理想交流电压表内阻不计的矩形线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO‘沿逆时针方向匀速转动，矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头P.上下移动时可改变变压器副线圈的输出电压，副线圈接有可调电阻R，从图示位置开始计时，发电机线圈内阻不计且产生的交变电动势随时间变化的图象如图乙所示，以下判断正确的是

A．电压表的示数为10 V

B．0.01s时发电机线圈平面位于中性面

C．若P的位置向上移动、R的大小不变时，电流表读数将减小

D．若P的位置不变、R的大小不变，而把发电机线圈的转速增大一倍，则变压器的输入功率将增大到原来的2倍

8．（2020·天津高三）如图所示，线圈ABCD匝数n=10，面积S=0.4m2，边界MN(与线圈的AB边重合)右侧存在磁感应强度B=T的匀强磁场，若线圈从图示位置开始绕AB边以ω=10πrad/s的角速度匀速转动。则以下说法正确的是（　　）

A．线圈产生的是正弦交流电

B．线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为40V

C．线圈转动s时瞬时感应电动势为40V

D．线圈产生的感应电动势的有效值为40V

9．（2020·山东菏泽市·菏泽一中高三月考）如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈接入图乙所示的电压，副线圈接火灾报警系统（报警器未画出），电压表和电流表均为理想电表，R0为定值电阻，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。下列说法中错误的是（　　）

A．图乙中电压的有效值 B．电压表的示数为31V

C．R处出现火警时电流表示数减小 D．R 处出现火警时电阻R0消耗的电功率增大

10．（2019·江苏）如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生正弦交变电流，线圈电阻不计．理想变压器的原、副线圈匝数之比为20:1,C为电容器，L为直流电阻不计的自感线圈，R1、R2均为定值电阻，其中R1=10， 开关S开始是新断开的，则以下说法中错误的是

A．线圈的转速为

B．交流电压表的示数为11V

C．电阻R1的功率小于12.1W

D．闭合开关S后，变压器副线圈中的电流没有发生变化