- 交变电流
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3.如图所示,匀强磁场的磁感应强度。单匝矩形线圈面积S=1m2。电阻不计,绕垂直于磁场的轴
匀速转动。线圈通过电刷与一理想变压器原线圈相接,A为交流电流表。调整副线圈的滑动触头P,当变压器原、副线圈匝数比为1:2时,副线圈电路中标有“36V 36W”的灯泡正常发光。以下判断正确的是
正确答案
解析
A、小灯泡正常发光,故变压器的输出电流为:I2=;根据变流比公式:
,解得:I1=2A;故A错误;B、小灯泡正常发光,故变压器的输出电压为36V,根据变压比公式
,解得:U1=18V;故矩形线圈产生电动势的有效值为18V;故B正确;C、矩形线圈产生电动势的最大值为18
V,根据公式Em=NBSω,解得:ω=
;故从矩形线圈转到中性面开始计时,矩形线圈电动势随时间的变化规律e=Emsinωt=
V;故C正确;D、若矩形线圈转速增大,根据公式Em=NBSω,感应电动势的最大值增加,故有效值也增加;为使灯泡仍能正常发光,应该减小变压比,故应将P适当上移;故D错误;
考查方向
解题思路
由小灯泡正常发光,得到变压器的输出电压和输出电流,然后结合变压比公式和变流比公式求解变压器的输入电压和电流,最后结合发电机的电动势公式e=NBSωsinωt分析
易错点
中性面的概念以及变压器的工作原理
知识点
1.一只电阻分别通过四种不同形式的电流,电流随时间变化的情况如下图所示,在相同时间内电阻产生热量最大的是( )
正确答案
解析
按照有效值定义计算A在0.02s内产生的热量为QA= ;
同理可知,B的热量为QB=0.08R(能量单位);
C选项在0.02s内产生的热量为QC=(1.5)2R×0.02=0.045 R(能量单位);
D选项在0.02s内产生的热量为QD=(2)2R×0.02=0.08 R(能量单位),综上所述,应选择D选项。
考查方向
解题思路
有效值是指在相同的电阻上分别通以直流电流和交流电流,经过一个交流周期的时间,如果它们在电阻上所消耗的电能相等的话,则把该直流电流(电压)的大小作为交流电流(电压)的有效值,正弦电流(电压)的有效值等于其最大值1/ 倍。根据有效值的定义分别计算四个选项通过相同电阻产生的热量,选取其中最大的即可
易错点
交变电流的有效值是通过电流的热效应定义的,不能与峰值等混淆,且只有正弦式交变电流的最大值才是有效值的倍。
知识点
2.多数同学家里都有调光灯、调速电风扇.以前是用变压器来实现的,缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速.现在的调光灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的.如图所示为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压.即在正弦交流电的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去.调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少,从而改变电灯上的电压,那么现在电灯上的电压为( )
正确答案
解析
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知识点
10.如图1所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图象如图2中曲线a、b所示,则( )
正确答案
解析
A、在t=0时刻,感应电动势为零,此时线圈一定处在中性面上,故A错误;
B、由图可知,a的周期为4×10-2s;b的周期为6×10-2s,则由转速与周期的关系可知,转速与周期成反比,故转速之比为:3:2,故B正确;
C、曲线a的交变电流的频率,故C正确;
D、曲线a、b对应的线圈转速之比为3:2,曲线a表示的交变电动势最大值是15V,根据Em=nBSω得曲线b表示的交变电动势最大值是10V,则有效值为,故D错误;
考查方向
正弦式电流的峰值和有效值、平均值
解题思路
根据图象可分别求出两个交流电的最大值以及周期等物理量,然后进一步可求出其瞬时值的表达式以及有效值.
易错点
关键根据交流电图象正确求解最大值、有效值、周期、频率、角速度.
教师点评
本题考查了正弦式电流的峰值和有效值、平均值,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与变压器的构造与原理等知识点交汇命题.
知识点
20. 一交变电流的图象如图所示,由图可知
正确答案
解析
AC、由i-t图象,可得周期为0.01s,故频率,故C正确,A错误;
BD、从图中可以直接读出交流电流的最大值为,故有效值为
,电流表读数是有效值,所以用电流表测该电流其示数为10A,故D正确,B错误;
考查方向
正弦式电流的峰值和有效值、平均值
解题思路
从图中可以直接读出交流电源的周期及最大值,根据有效值与最大值之间的关系即可求解有效值;电流表读数是有效值.
易错点
关键区分交流电的瞬时值、最大值和有效值,掌握最大值与有效值的关系.
知识点
17.如右图所示,甲为一台小型发电机构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示。发电机线圈内阻为1 Ω,外接灯泡的电阻为9 Ω恒定不变,则下列说法中正确的为 ( )
正确答案
解析
A、由,则
,电压表示数
,故A错误;
B、灯泡消耗的功率为,发电机的输出功率为3.24W,故B错误;
CD、在1.0×10-2s时刻,线圈处于中相面位置,故穿过线圈的磁通量变化率为零,磁通量最大,故C正确,D错误.
考查方向
正弦式电流的峰值和有效值、平均值
解题思路
由图读出电动势的最大值,求出有效值,根据欧姆定律求出外电压的有效值,即为电压表的示数.根据产生的电压关系判断出磁通量的变化率.
易错点
关键掌握交流电压表测量的是交流电,电压的有效值.
知识点
16.如图a,理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1,与副线圈相连的两个灯泡完全相
同、电表都为理想电表。原线圈接上如图b所示的正弦交流电,电路正常工作。闭合开关后,
正确答案
解析
AB、原线圈输入电压不变,线圈匝数不变,则副线圈电压不变,即电压表示数不变,灯泡电阻不变,则电流表示数不变,故AB错误;
C、当K接通后,两个灯泡并联,增加一个负载,则副线圈功率增大,所以变压器的输入功率增大,故C正确;
D、根据b图可知,周期T=0.02s,则频率f=50Hz,故D错误.
考查方向
变压器的构造和原理;正弦式电流的图象和三角函数表达式
解题思路
原线圈输入电压不变,线圈匝数不变,则副线圈电压不变,灯泡两端的电压不变,则通过电流表的电流不变,变压器的输入功率由输出功率决定,根据图b求出周期,进而求出频率.
易错点
关键掌握副线圈的电压由原线圈电压与原副线圈匝数决定,而原线圈的电流由副线圈决定,变压器不改变频率.
知识点
14.某同学通过以下步骤测出了从一定高度落下的排球对地面的冲击力,将一张白纸铺在水平地面上,把排球在水里弄湿,然后让排球从规定的高度自由落下,并在白纸上留下球的水印.再将印有水印的白纸铺在台秤上,将球放在纸上的水印中心,缓慢地向下压球,使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印,记下此时台秤的示数即为冲击力的最大值.下列物理学习或研究中用到的方法与该同学的方法相同的是( )
正确答案
解析
A、质点是一种理想化的模型,是采用的理想化的方法,故A错误;
B、交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的,让交流和直流通过同样阻值的电阻,如果它们在同一时间内产生的热量相同,那么这一直流的数值就叫做这一交流的有效值,采用的是等效替代的方法,故B正确;
C、库仑利用扭秤实验测定静电力常量采用了放大法,故C错误;
D、探究合外力做功与速度变化的关系,采用了控制变量法,所以D错误.
考查方向
等效替代法
解题思路
通过白纸上的球的印迹,来确定球发生的形变的大小,从而可以把不容易测量的冲击力的最大值用球形变量的大小来表示出来,再通过台秤来测量相同的形变时受到的力的大小,这是利用等效替代的方法.
易错点
理解常用的物理思想方法.
知识点
1.矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中,线框输出的交流电压随时间变化的图像如图
所示,下列说法中正确的是
正确答案
解析
A、根据图象可知,交流电压的最大值为,有效值为
,故A错误;
B、根据图象可知,交流电压的最大值为,周期为T=4s;故频率为
,故B错误;
C、2s末交变电流的电压为零,线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量最大,故C正确;
D、由图象可知,在1s末,交变电流的电压最大,所以此时的线框平面于磁场平行,通过线框的磁通量变化最快,故D错误;
考查方向
正弦式电流的图象和三角函数表达式;正弦式电流的峰值和有效值、平均值
解题思路
根据图象可知交流电的周期,从而求得频率,电动势为零时磁通量最大,此时线框平面垂直于磁场;磁通量为零时电动势最大,此时线框平面于磁场平行.
易错点
关键由图象得出最大值和周期,再通过公式求有效值和频率 .
知识点
5.如图所示,在同一水平面内有两根足够长的光滑水平金属导轨,间距为,电阻不计,其左端连接一阻值为
的定值电阻。两导轨之间存在着磁感应强度为l T的匀强磁场,磁场边界虚线由多个正弦曲线的半周期衔接而成,磁场方向如图。一接入电阻阻值为
的导体棒AB在外力作用下以10m/s的速度匀速向右运动,交流电压表和交流电流表均为理想电表,则 ()
正确答案
解析
AB、当导体棒切割磁感线时,产生的感应电动势为 E=BLv,由于L按正弦规律变化,这个过程产生正弦式电流,磁场方向变化时,电流方向变化,所以回路中产生的是正弦式交变电流,则感应电动势的最大值为则电动势的有效值为
,电压表测量R两端的电压,则
,电流表示数为有效值,
,故AB错误;
C、电流表示数为有效值,一直为0.1A,故C错误;
D、导体棒上消耗的热功率,故D正确.
考查方向
导体切割磁感线时的感应电动势;电功、电功率;焦耳定律
解题思路
根据公式E=BLv列式分析电流的特点.交流电压表及交流电流表测量的是有效值;根据,求解导体棒上消耗的热功率.
易错点
关键是明确切割的有效长度按照正弦规律变化导致电动势的瞬时值按照正弦规律变化,注意交流电压表及交流电流表测量的是有效值,先求最大值,再根据最大值和有效值的关系求解.
知识点
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