2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課后限時(shí)集訓(xùn)30 交變電流的產(chǎn)生及描述（含解析）新人教版

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1、課后限時(shí)集訓(xùn)(三十) 交變電流的產(chǎn)生及描述 (建議用時(shí)：40分鐘) [基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練] 題組一：交變電流的產(chǎn)生 1.一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形單匝線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化情況如圖所示。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則結(jié)合圖中所給信息可判定(　　) A．t1時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量為BL2 B．t2時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量為零 C．t3時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量變化率為零 D．線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 D　[t1時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，穿過(guò)線框的磁通量應(yīng)為零，A錯(cuò)誤；t2時(shí)刻，穿過(guò)線框的磁通量最大，為Φm＝BL2，B錯(cuò)誤；t3時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，則磁通量

2、變化率也最大，C錯(cuò)誤；交變電流的最大值為Em＝BL2ω，則ω＝，D正確。] 2．(2019·合肥模擬)一單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，線框中的最大磁通量為Φm，最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．當(dāng)磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零 B．當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也減小 C．當(dāng)磁通量等于0.5Φm時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于0.5Em D．角速度ω等于 D　[根據(jù)正弦式交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律，當(dāng)磁通量最大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在增大，磁通量減為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，由此可知A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；設(shè)從線框位于中性面開始計(jì)

3、時(shí)，則有e＝Emsin ωt，式中Em＝BSω，因Φm＝BS，故角速度ω＝，D項(xiàng)正確；設(shè)e＝0.5Em，則解出ωt＝，此時(shí)Φ＝B·Scos ＝BS＝Φm，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤。] 3．(2019·撫順模擬)如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩個(gè)匝數(shù)相同的正方形金屬線圈分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙中曲線a、b所示，則(　　) 甲　　　　　　　　乙 A．t＝0時(shí)刻，兩線圈均處于垂直于中性面的位置 B．a(chǎn)、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3 C．a(chǎn)、b對(duì)應(yīng)的兩線圈面積之比為1∶1 D．若只改變兩線圈的形狀(匝數(shù)不變)，則兩線圈電動(dòng)勢(shì)的有效值之比一

4、定不變 C　[t＝0時(shí)刻，兩線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為零，故兩線圈均處于中性面的位置，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由圖線可知，兩線圈的周期之比Ta∶Tb＝2∶3；故根據(jù)n＝可知a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為3∶2，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)Em＝NBωS，＝＝；＝＝；則＝＝，選項(xiàng)C正確；若只改變兩線圈的形狀(匝數(shù)不變)，則兩線圈的面積可能要變化，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值可能要變化，電動(dòng)勢(shì)的有效值之比可能變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。] 題組二：描述交變電流的物理量 4．(多選)理想變壓器原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示，原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝100，副線圈只接入一個(gè)R＝10 Ω的電阻，則(　　) A

5、．與電阻R并聯(lián)的電壓表示數(shù)為3.11 V B．流過(guò)電阻R的電流最大值為0.311 A C．變壓器的輸入功率為0.484 W D．一個(gè)周期內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量為9.68×10－3 J BCD　[由題圖知，變壓器原線圈兩端電壓的有效值為220 V，由＝知，電壓表的示數(shù)為2.2 V，A錯(cuò)誤；流過(guò)R的最大電流Im＝≈0.311 A，B正確；電流有效值為0.22 A，R消耗的功率P＝U2I＝2.2×0.22 W＝0.484 W，C正確；一個(gè)周期內(nèi)R產(chǎn)生的熱量Q＝I2RT＝9.68×10－3 J，D正確。] 5.如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。電阻為R、半徑為L(zhǎng)、圓心角

6、為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(O軸位于磁場(chǎng)邊界)。則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為(　　) A.　　B．　　C.　　D. D　[線框的轉(zhuǎn)動(dòng)周期為T，而線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周只有的時(shí)間內(nèi)有感應(yīng)電流，此時(shí)感應(yīng)電流的大小為I＝＝，根據(jù)電流的熱效應(yīng)有R·＝IRT，解得I有＝，故D正確。] 6．(多選)如圖甲所示為一交變電壓隨時(shí)間變化的圖象，每個(gè)周期內(nèi)，前二分之一周期電壓恒定，后二分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化。若將此交流電連接成如圖乙所示的電路，電阻R阻值為100 Ω，則(　　) 甲　　　　　　　　　乙 A．理想電壓表讀數(shù)為100 V B．理想電流表讀數(shù)為0.7

7、5 A C．電阻R消耗的電功率為56 W D．電阻R在100秒內(nèi)產(chǎn)生的熱量為5 625 J BD　[根據(jù)電流的熱效應(yīng)，一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q＝T＝·＋·，解得U＝75 V，A錯(cuò)誤；電流表讀數(shù)I＝＝0.75 A，B正確；電阻R消耗的電功率P＝I2R＝56.25 W，C錯(cuò)誤；在100秒內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q′＝Pt＝5 625 J，D正確。] 7.(多選)(2019·大慶檢測(cè))如圖所示，N匝矩形導(dǎo)線框在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框面積為S，線框的電阻、電感均不計(jì)，外電路接有電阻R、理想電流表A和二極管D。電流表的示數(shù)為I，二極管D具有單向?qū)щ娦裕凑螂娮铻榱?，反向電阻無(wú)窮大

8、。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 B．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 C．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)，線框中的磁通量最大，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為零 D．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)，線框中的磁通量最大，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)最大 AC　[導(dǎo)線框產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Em＝NBSω；根據(jù)二極管的特點(diǎn)可知，在一個(gè)周期內(nèi)有半個(gè)周期回路中有電流，根據(jù)交流電電流的熱效應(yīng)可知2R·＝I2RT，解得ω＝，故A正確，B錯(cuò)誤；導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)，導(dǎo)線框位于中性面處，導(dǎo)線框中的磁通量最大，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為零，故C正確，D錯(cuò)誤。] [考點(diǎn)綜合練] 8.(多選)(2019·桂林模擬)如圖所示，電路中的電阻的阻值為R＝100 Ω，

9、電流表為理想電流表，在a、b之間接入電壓U＝220sin 100πt(V)的交流電源，則(　　) A．電流表的示數(shù)為2.2 A B．t＝0.01 s時(shí)，電流表的示數(shù)為零 C．若產(chǎn)生該交流電的發(fā)電機(jī)的線框轉(zhuǎn)速提高一倍，其他條件不變，則電流表的示數(shù)也增大一倍 D．若將電阻換成200 Ω，則電源的輸出功率變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍 AC　[根據(jù)U＝220sin 100 πt(V)可知，電壓的最大值為Um＝220 V，有效值為U＝＝220 V，電流的有效值為I＝＝ A＝2.2 A，電流表測(cè)量電流的有效值，即電流表的示數(shù)為2.2 A，故A正確；因?yàn)殡娏鞅盹@示的是有效值，不隨時(shí)間變化，所以t＝0.01

10、s時(shí)，電流表的示數(shù)為2.2 A，故B錯(cuò)誤；若產(chǎn)生該交流電的發(fā)電機(jī)的線框轉(zhuǎn)速提高一倍，其他條件不變，由Em＝nBSω知，電動(dòng)勢(shì)的最大值增大一倍，由閉合電路歐姆定律知，電路中電流增大一倍，則電流表的示數(shù)也增大一倍，故C正確；若將電阻換成200 Ω，由P＝可知，U不變，電源的輸出功率變?yōu)樵瓉?lái)的一半，故D錯(cuò)誤。] 9．(2019·廈門模擬)如圖甲所示電路，已知電阻R1＝R2＝R，和R1并聯(lián)的D是理想二極管(正向電阻可視為零，反向電阻為無(wú)窮大)，在A、B之間加一個(gè)如圖乙所示的交變電壓(電壓為正值時(shí)，UAB>0)。由此可知(　　) 甲　　　　　　　　乙　　　　 A．在A、B之間所加的交變電壓的周

11、期為2 s B．在A、B之間所加的交變電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝20sin 50πt(V) C．加在R1上電壓的有效值為10 V D．加在R2上電壓的有效值為5 V D　[由圖象可得交流電的周期T＝0.02 s，故A錯(cuò)誤；電壓最大值為Um＝20 V，交變電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝Umsin ωt＝20sin t(V)＝20sin 100πt(V)，故B錯(cuò)誤；因?yàn)槭墙涣麟?，所以?yīng)該分兩種情況考慮：當(dāng)A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)時(shí)二極管導(dǎo)通即R1被短路，R2電壓為電源電壓 V＝20 V；當(dāng)B點(diǎn)電勢(shì)高于A點(diǎn)電勢(shì)時(shí)二極管截止，R1、R2串聯(lián)分壓，即對(duì)R1有T＝·，解得U1＝5 V，對(duì)R2有：T＝·＋·，解

12、得U2＝5 V，故C錯(cuò)誤，D正確。] 10.(2019·濰坊模擬)如圖所示為某小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，其矩形線圈abcd的面積為S＝0.03 m2，共有10匝，線圈總電阻為r＝1 Ω，線圈處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，可繞與磁場(chǎng)方向垂直的固定對(duì)稱軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路電阻R＝9 Ω的連接。在外力作用下線圈以10π rad/s繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．電阻R的發(fā)熱功率是3.6 W B．交流電流表的示數(shù)是0.6 A C．用該交流發(fā)電機(jī)給電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供電時(shí)，打點(diǎn)的時(shí)間間隔一定為0.02 s D．如果將電阻R換成標(biāo)有

13、“6 V　3 W”字樣的小燈泡，小燈泡能正常工作 B　[感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝nBωS＝10××10π×0.03 V＝6 V，電動(dòng)勢(shì)有效值E＝＝6 V；電路中的電流I＝＝ A＝0.6 A，則交流電流表的示數(shù)是0.6 A，選項(xiàng)B正確；電阻R的發(fā)熱功率是PR＝I2R＝3.24 W，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；交流電的周期T＝＝ s＝0.2 s，則用該交流發(fā)電機(jī)給電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供電時(shí)，打點(diǎn)的時(shí)間間隔一定為0.2 s，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；如果將電阻R換成標(biāo)有“6 V　3 W”字樣的小燈泡，燈泡的電阻RL＝＝ Ω＝12 Ω，燈泡兩端的電壓UL＝RL＝×12 V＝5.54 V，故小燈泡不能正常工作，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。] 11．(2

14、019·大冶模擬)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是匝數(shù)n＝100，邊長(zhǎng)L＝20 cm的正方形線圈，其置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞著垂直磁場(chǎng)方向的軸以ω＝100π rad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)開始計(jì)時(shí)。線圈的電阻r＝1 Ω，外電路電阻R＝99 Ω。試求： (1)寫出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式； (2)外電阻上消耗的功率； (3)從計(jì)時(shí)開始，線圈轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中，通過(guò)外電阻的電荷量是多少？ 解析：(1)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBωL2＝628 V 根據(jù)閉合電路歐姆定律得Im＝＝6.28 A 故交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式i＝6.28sin 100πt(A)。 (2)電流的有效值I＝I

15、m 由P＝I2R得外電阻上的消耗功率P＝R＝1.95×103 W。 (3)從計(jì)時(shí)開始到線圈轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中，平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由E＝n得 ＝n＝n· 平均電流：＝＝ 通過(guò)外電阻的電荷量q＝·Δt＝＝1×10－2 C。 答案：(1)i＝6.28sin 100πt(A)　(2)1.95×103 W (3)1×10－2 C 12.(2019·開封模擬)如圖所示，一個(gè)半徑為r的半圓形線圈，以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，ab的左側(cè)有垂直于紙面向里(與ab垂直)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。M和N是兩個(gè)集流環(huán)，負(fù)載電阻為R，線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻不計(jì)，求： (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值；

16、 (2)從圖示位置起轉(zhuǎn)過(guò)周期的時(shí)間內(nèi)負(fù)載電阻R上產(chǎn)生的熱量； (3)從圖示位置起轉(zhuǎn)過(guò)周期的時(shí)間內(nèi)通過(guò)負(fù)載電阻R的電荷量； (4)電流表的示數(shù)。 解析：(1)線圈繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在電路中產(chǎn)生如圖所示的交變電流。 此交變電流的最大值為 Em＝BSω＝B2πn＝π2Bnr2。 (2)在轉(zhuǎn)過(guò)周期的時(shí)間內(nèi)，線圈一直切割磁感線，則產(chǎn)生的熱量Q＝·＝。 (3)在轉(zhuǎn)過(guò)周期的時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)勢(shì)的平均值＝ 通過(guò)R的電荷量q＝Δt＝Δt＝＝。 (4)根據(jù)電流的熱效應(yīng)，在一個(gè)周期內(nèi)： Q＝I2RT＝· 故電流表的示數(shù)為I＝。 答案：(1)π2Bnr2　(2)　(3)　(4) - 8 -