（山東專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生和描述練習(xí)（含解析）新人教版

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1、第1節(jié)　交變電流的產(chǎn)生和描述 1.(2019·河南洛陽模擬)(多選)圖中閉合金屬線圈都在勻強磁場中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,能產(chǎn)生正弦式交變電流的是(　AD　) 解析:A圖中,雖然只有一半金屬線圈在磁場中,但是始終有一邊切割磁感線,轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢連續(xù)按照正弦規(guī)律變化,故A正確,B圖中,線圈轉(zhuǎn)動,磁通量不變,無感應(yīng)電流,故B錯誤,C圖中,只有半周有電流,不能產(chǎn)生正弦式交變電流,故C錯誤,D圖中,轉(zhuǎn)軸垂直于磁場,轉(zhuǎn)動過程中,有效面積為線圈面積的一半,能產(chǎn)生正弦式交變電流,故D正確. 2.(2019·廣東惠州模擬)交流發(fā)電機在工作時的電動勢為E= E0sin ωt,

2、若將其電樞的轉(zhuǎn)速提高到原來的2倍,其他條件不變,則其電動勢變?yōu)?　B　) A.E0sin 2ωt B.2E0sin 2ωt C.E0sin D.2E0sin 解析:感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為E=E0sin ωt,當(dāng)將其電樞的轉(zhuǎn)速提高到原來的2倍時,由ω=2πn,E0=nBSω,可知E0和ω都增加2倍,其表達式變?yōu)?E0sin 2ωt,故B正確,A,C,D錯誤. 3.(2019·北京模擬)如圖所示的空間存在一勻強磁場,其方向垂直于紙面向里,磁場的右邊界為MN,在MN右側(cè)有一矩形金屬線圈abcd,ab邊與MN重合.現(xiàn)使線圈以ab邊為軸按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(從上往下

3、看為順時針轉(zhuǎn)動),將a,b兩端連到示波器的輸入端,若ab邊中電流從a到b為正,則從示波器觀察到的ab中電流隨時間變化的圖形是(　D　) 解析:先將右側(cè)磁場補全,即矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,會產(chǎn)生正弦式交變電流,由楞次定律可知,電流從0開始,沿負(fù)向,可畫出完整電流隨時間變化的圖形,在此基礎(chǔ)上,去掉右側(cè)磁場,故需將完整圖形中每個周期的前周期及后周期圖形去掉,選項D正確. 4.(2018·甘肅天水模擬)如圖所示,是一個匝數(shù)n=10的線圈在勻強磁場中沿垂直于磁場方向的固定軸轉(zhuǎn)動時,通過線圈平面的磁通量隨時間變化的圖像.關(guān)于線圈中的感應(yīng)電動勢,以下說法正確的是(　B　) A.在t1

4、=0.1 s時,線圈中的感應(yīng)電動勢最大 B.在t2=0.2 s時,線圈中的感應(yīng)電動勢最大 C.在t3=0.2 s時,線圈位于中性面位置 D.在t4=0.4 s時,線圈中的感應(yīng)電動勢改變方向 解析:由圖像可知,在t1=0.1 s時刻,線圈中的磁通量最大,線圈轉(zhuǎn)到中性面位置,感應(yīng)電動勢為零,故A錯誤;在t2=0.2 s時刻,線圈中的磁通量為零,線圈平面跟磁場平行,感應(yīng)電動勢最大,故B正確,C錯誤;t4=0.4 s時,線圈中的感應(yīng)電動勢的方向不變,故D錯誤. 5.(2019·河南焦作模擬)如圖所示的交變電流,最大值為Im,周期為T,則下列有關(guān)該交變電流的有效值I,判斷正確的是(　B　)

5、 A.I= 　　　　B.I< C.I> 　　　　D.以上均不正確 解析:正弦式交變電流的最大值與有效值之間的關(guān)系為I有=,從圖像可以看出,正弦式交變電流的每一時刻的電流都比題中的電流大,所以正弦式交變電流的有效值也比題中交變電流的有效值大,即I<,故B正確. 6.(2019·河北唐山模擬)一個U形金屬線框在勻強磁場中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動,通過導(dǎo)線給同一電阻R供電,如圖(甲)、(乙)所示.其中(甲)圖中OO′軸右側(cè)有磁場,(乙)圖中整個空間均有磁場,兩磁場磁感應(yīng)強度相同.則(甲)、(乙)兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為(　A　) A.1∶ B.1∶2 C.1∶4

6、 D.1∶1 解析:題圖(甲)中的磁場只在OO′軸的右側(cè),所以線框只在半周期內(nèi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,如圖(a),電流表測的是有效值,所以I=.題圖(乙)中的磁場布滿整個空間,線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流如圖(b),所以I′= ,則 I∶I′=1∶. 7.(2019·四川自貢模擬)一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖像如圖(甲)所示.已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為5.0 Ω,外接電阻為95.0 Ω的燈泡,如圖(乙)所示,則(　C　) A.電壓表的示數(shù)為220 V B.電路中的電流方向每秒鐘改變50次 C.發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2 J D.線圈在如圖(乙)位置時,穿

7、過線圈的磁通量為零,線圈的感應(yīng)電動勢也為零 解析:由題圖(甲)知電壓峰值為220 V,周期為0.02 s,所以有效值為220 V,角速度ω==100π rad/s.電壓表測的是路端電壓有效值,U=·E=×220 V=209 V,A錯誤;交變電流的頻率為50 Hz,每一周期電流方向改變兩次,所以每秒電流方向改變100次,B錯誤;發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2rt=()2×5×1 J=24.2 J,C正確;線圈在題圖(乙)位置時,穿過線圈的磁通量為零,線圈的感應(yīng)電動勢最大,D錯誤. 8.(2019·寧夏吳忠模擬)如圖所示,單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強度為B的水平勻強磁場

8、中,線框面積為S,電阻為R.線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度ω從中性面開始勻速轉(zhuǎn)動,下列說法正確的是(　C　) A.轉(zhuǎn)過時,線框中的電流方向為abcd B.線框中感應(yīng)電流的有效值為 C.從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中,通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為 D.線框轉(zhuǎn)一周的過程中,產(chǎn)生的熱量為 解析:轉(zhuǎn)過的過程中,磁通量變小,產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的方向與原磁場方向相同,根據(jù)楞次定律可知,電流方向為adcb,故A錯誤;線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值Em=BSω,感應(yīng)電動勢有效值E==BSω,電流的有效值I==,故B錯誤;由=,=,q=t得,電荷量q==,故C正確;T=,線框轉(zhuǎn)一周的過程中,產(chǎn)生的熱量Q

9、=I2RT=,故D錯誤. 9.(2018·安徽宣城二模)圖(甲)為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖,其矩形線圏在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,繞垂直于磁場方向的固定軸OO′(OO′沿水平方向)勻速轉(zhuǎn)動,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻R=10 Ω連接,與電阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電壓表,示數(shù)是10 V.圖(乙)是矩形線圈中磁通量Φ隨時間t變化的圖像.則(　C　) A.此交流發(fā)電機的電動勢平均值為10 V B.t=0.02 s時R兩端的電壓瞬時值為零 C.R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u=10cos(100πt) V　 D.當(dāng)ab邊速度方向向上時,它所受安培力的方向也向上 解析

10、:矩形線圈為電源,繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生正弦交流電,外電阻R=10 Ω,電壓表示數(shù)為10 V,說明=10 V,即Em=10 V.根據(jù)(乙)圖t=0時磁通量等于0可判斷t=0時電動勢最大,所以電動勢隨時間變化的規(guī)律為u=10cos ωt=10cos(100πt)V,選項C對;將t=0.02 s代入電動勢的表達式,此刻電壓為10 V,選項B錯;根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流總是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動,所以當(dāng)ab邊速度的方向向上時,它所受安培力的方向向下,選項D錯;電動勢為磁通量和時間的比值,而該比值最大為Em=10 V,所以平均值一定比Em=10 V 小,選項A錯. 10.(2019·甘肅蘭州質(zhì)檢

11、)(多選)電阻R1,R2與交流電源按照如圖(甲)方式連接,R1=10 Ω,R2=20 Ω.合上開關(guān)S后,通過電阻R1的正弦式交變電流i隨時間t變化的情況如圖(乙)所示.則(　AB　) A.R1兩端的電壓是6 V B.R2兩端的電壓最大值是12 V C.通過R2的電流最大值是1.2 A D.若將該電源接到耐壓值為18 V的電容器兩端電壓不會擊穿電容器 解析:從題圖可以看出,通過兩個電阻的電流的最大值為0.6 A,有效值是0.6 A,所以R2兩端電壓的有效值為12 V,最大電壓是12 V,R1兩端電壓的有效值為6 V,最大電壓是6 V,故電源電動勢的有效值為 18 V,最大值為1

12、8 V,故電容器被擊穿. 11.(多選)如圖所示,矩形單匝線圈abcd,放置在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中,繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動的周期為T,ab的中點和cd的中點的連線OO′恰好位于勻強磁場的邊界線上,轉(zhuǎn)軸OO′垂直于磁場方向,線圈電阻阻值為R,外電阻的阻值也為R,從圖示位置開始計時,線圈轉(zhuǎn)過30°時的瞬時感應(yīng)電流為I. 則以下判斷正確的是(　AD　) A.線圈的面積為 B.線圈消耗的電功率為4I2R C.t時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為e=2IRsint D.t時刻穿過線圈的磁通量為Φ=cost 解析:從圖示位置開始計時,電流的表達式為i=sint,當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過30°時的瞬時感

13、應(yīng)電流為I,代入可得S=,而線圈的面積是有效面積的二倍,所以A正確;由i=Imsin ωt,結(jié)合線圈轉(zhuǎn)過30°時的瞬時感應(yīng)電流為I知最大電流為Im=2I,所以有效電流為I0=,由P=I2R,得P=2I2R,故B錯;最大電流為Im=2I,所以最大電動勢為E=2I×2R=4IR,所以電動勢的表達式為e=4IRsint,故C錯;線圈的有效面積S=,所以Φ=BScost=cost,故D正確. 12.(2019·黑龍江大慶模擬)如圖(甲)所示,一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置,線圈的一端接一只小燈泡,在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場.已知線圈的匝數(shù)n=100,總電阻r= 1.0 Ω

14、,所圍成矩形的面積S=0.040 m2,小燈泡的電阻R=9.0 Ω,磁感應(yīng)強度隨時間按如圖(乙)所示的規(guī)律變化,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達式為e=nBmScos t,其中Bm為磁感應(yīng)強度的最大值,T為磁場變化的周期,不計燈絲電阻隨溫度的變化,求: (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值; (2)小燈泡消耗的電功率; (3)在磁感應(yīng)強度變化的0～時間內(nèi),通過小燈泡的電荷量. 解析:(1)由圖像知,Bm=1.0×10-2 T, T=3.14×10-2 s,所以Em=nBmSω==8.0 V. (2)電流的最大值Im==0.80 A, 有效值I== A, 小燈泡消耗的電功率P

15、=I2R=2.88 W. (3)在0～時間內(nèi),電動勢的平均值=,平均電流==,流過燈泡的電荷量q=Δt==4.0×10-3 C. 答案:(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)4.0×10-3 C 13.某興趣小組設(shè)計了一種發(fā)電裝置,如圖所示.在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區(qū)域的圓心角α均為π,磁場均沿半徑方向.匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長ab=cd=l,bc=ad=2l.線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動,bc和ad邊同時進入磁場.在磁場中,兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強度大小均為B、方向始終與兩邊的運動方向垂直.線圈的總電阻為r,外接電阻為R.求: (1)線圈切割磁感線時,感應(yīng)電動勢的大小Em; (2)線圈切割磁感線時,bc邊所受安培力的大小F; (3)外接電阻上電流的有效值I. 解析:(1)bc,ad邊的運動速度v=ω, 感應(yīng)電動勢Em=4NBlv 解得Em=2NBl2ω. (2)電流Im=,安培力F=2NBIml, 解得F=. (3)一個周期內(nèi),通電時間t=T; R上產(chǎn)生的熱量Q=Rt,且Q=I2RT, 解得I=. 答案:(1)2NBl2ω　(2)　(3) 8