2022版高考物理一轮复习-第11章-交变电流-传感器-第1节-核心素养-科学思维系列—产生正弦交流.doc

2022版高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器 第1节 核心素养 科学思维系列产生正弦交流电的5种模式学案2022版高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器 第1节 核心素养 科学思维系列产生正弦交流电的5种模式学案年级：姓名：- 5 -科学思维系列产生正弦交流电的5种模式模式简述1线圈在匀强磁场中匀速转动。2线圈不动，匀强磁场匀速转动。3导体棒在匀强磁场中做简谐运动。4线圈不动，磁场按正弦规律变化。5在匀强磁场中导体棒的长度与时间按正弦规律变化。典例案例案例1(导体棒在匀强磁场中做正弦式运动)如图所示，间距为L的光滑平行金属导轨，水平地放置在竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中，一端接阻值为R的电阻。一电阻为r、质量为m的导体棒放置在导轨上，在外力F作用下从t0的时刻开始运动，其速度随时间的变化规律vvmsin t，不计导轨电阻。求：(1)从t0到t时间内电阻R产生的热量；(2)从t0到t时间内外力F所做的功。解析由导体棒切割磁感线产生的电动势EBLv得eBLvmsin t回路中产生正弦交流电，其有效值为E在0时间内产生的热量QR由功能关系得：外力F所做的功WQ。答案(1) (2) 案例2(线圈不动，磁场按正弦规律变化)如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n100匝，电阻r1.0 ，所围成的矩形的面积S0.040 m2，小灯泡的电阻R9.0 ，磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为enBmScos t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期。不计灯丝电阻值随温度的变化，求：甲乙(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0时间内，通过小灯泡的电荷量。解析(1)由瞬时值表达式可知线圈中感应电动势的最大值EmnBmS8 V。(2)产生的交流电的电流有效值I小灯泡消耗的电功率PI2R2.88 W。(3)0时间内电流的平均值通过小灯泡的电荷量qtn0.004 C。答案(1)8 V(2)2.88 W(3)0.004 C案例3(在匀强磁场中导体棒的长度与时间成正弦规律变化)如图所示，OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨，O、C处分别接有短电阻丝(图中用粗线表示)，R14 、R28 (导轨其他部分电阻不计)，导轨OAC的形状满足方程y2sin(单位：m)。磁感应强度B0.2 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速度v5.0 m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点，金属棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直，不计金属棒的电阻，求：(1)外力F的最大值；(2)金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率；(3)在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系。解析(1)当金属棒滑至A位置时，有效切割长度最大，为2 m，产生的最大感应电动势EmBLmv0.225 V2 V电路的总电阻R总 ，最大感应电流Im A0.75 A。最大安培力F安BImLm0.20.752 N0.3 N，由平衡条件可知，外力F的最大值FmF安0.3 N。(2)感应电动势最大时，电阻丝R1上消耗的功率最大，其最大功率P1 W1 W。(3)金属棒与导轨接触点间的长度随时间变化L2sin，xvt，EBLvI2sinsin A。答案(1)0.3 N(2)1 W(3)Isin A正弦交流电的产生归根结底还是发生了“正弦式”的电磁感应，产生了正弦式感应电动势，根据EBLv，可以分别在B、L、v这三个物理量上做文章。感兴趣的考生可以再重温一下eEmsin t和EmnBS的推导过程。