2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課后限時集訓(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、課后限時集訓(xùn)(三十) 交變電流的產(chǎn)生及描述 (建議用時：40分鐘) [基礎(chǔ)對點練] 題組一：交變電流的產(chǎn)生 1.一邊長為L的正方形單匝線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場的固定軸轉(zhuǎn)動，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化情況如圖所示。已知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則結(jié)合圖中所給信息可判定(　　) A．t1時刻穿過線框的磁通量為BL2 B．t2時刻穿過線框的磁通量為零 C．t3時刻穿過線框的磁通量變化率為零 D．線框轉(zhuǎn)動的角速度為 D　[t1時刻，感應(yīng)電動勢最大，穿過線框的磁通量應(yīng)為零，A錯誤；t2時刻，穿過線框的磁通量最大，為Φm＝BL2，B錯誤；t3時刻，感應(yīng)電動勢最大，則磁通量

2、變化率也最大，C錯誤；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)磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過程中，線框中的最大磁通量為Φm，最大感應(yīng)電動勢為Em，下列說法中正確的是(　　) A．當(dāng)磁通量為零時，感應(yīng)電動勢也為零 B．當(dāng)磁通量減小時，感應(yīng)電動勢也減小 C．當(dāng)磁通量等于0.5Φm時，感應(yīng)電動勢等于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，感應(yīng)電動勢為零；當(dāng)磁通量減小時，感應(yīng)電動勢在增大，磁通量減為零時，感應(yīng)電動勢最大，由此可知A、B項錯誤；設(shè)從線框位于中性面開始計

3、時，則有e＝Emsin ωt，式中Em＝BSω，因Φm＝BS，故角速度ω＝，D項正確；設(shè)e＝0.5Em，則解出ωt＝，此時Φ＝B·Scos ＝BS＝Φm，所以C項錯誤。] 3．(2019·撫順模擬)如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場中，兩個匝數(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，產(chǎn)生的交變電動勢e隨時間t變化的圖象如圖乙中曲線a、b所示，則(　　) 甲　　　　　　　　乙 A．t＝0時刻，兩線圈均處于垂直于中性面的位置 B．a(chǎn)、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3 C．a(chǎn)、b對應(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)，則兩線圈電動勢的有效值之比一

4、定不變 C　[t＝0時刻，兩線圈感應(yīng)電動勢均為零，故兩線圈均處于中性面的位置，選項A錯誤；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對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為3∶2，選項B錯誤；根據(jù)Em＝NBωS，＝＝；＝＝；則＝＝，選項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)電動勢的最大值可能要變化，電動勢的有效值之比可能變化，選項D錯誤。] 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錯誤；流過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，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。電阻為R、半徑為L、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(O軸位于磁場邊界)。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)動周期為T，而線框轉(zhuǎn)動一周只有的時間內(nèi)有感應(yīng)電流，此時感應(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間變化的圖象，每個周期內(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)，一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q＝T＝·＋·，解得U＝75 V，A錯誤；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)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)磁場中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，線框面積為S，線框的電阻、電感均不計，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?，即正向電阻為零，反向電阻無窮大

8、。下列說法正確的是(　　) A．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動的角速度為 B．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動的角速度為 C．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到圖示位置時，線框中的磁通量最大，瞬時電動勢為零 D．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到圖示位置時，線框中的磁通量最大，瞬時電動勢最大 AC　[導(dǎo)線框產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢Em＝NBSω；根據(jù)二極管的特點可知，在一個周期內(nèi)有半個周期回路中有電流，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錯誤；導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到圖示位置時，導(dǎo)線框位于中性面處，導(dǎo)線框中的磁通量最大，瞬時電動勢為零，故C正確，D錯誤。] [考點綜合練] 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，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)樵瓉淼膬杀? 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，電流表測量電流的有效值，即電流表的示數(shù)為2.2 A，故A正確；因為電流表顯示的是有效值，不隨時間變化，所以t＝0.01

10、s時，電流表的示數(shù)為2.2 A，故B錯誤；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，電動勢的最大值增大一倍，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)樵瓉淼囊话耄蔇錯誤。] 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，反向電阻為無窮大)，在A、B之間加一個如圖乙所示的交變電壓(電壓為正值時，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錯誤；電壓最大值為Um＝20 V，交變電壓的瞬時值表達(dá)式為u＝Umsin ωt＝20sin t(V)＝20sin 100πt(V)，故B錯誤；因為是交流電，所以應(yīng)該分兩種情況考慮：當(dāng)A點電勢高于B點電勢時二極管導(dǎo)通即R1被短路，R2電壓為電源電壓 V＝20 V；當(dāng)B點電勢高于A點電勢時二極管截止，R1、R2串聯(lián)分壓，即對R1有T＝·，解得U1＝5 V，對R2有：T＝·＋·，解

12、得U2＝5 V，故C錯誤，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)磁場中，可繞與磁場方向垂直的固定對稱軸OO′轉(zhuǎn)動，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(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)動時，下列說法中正確的是(　　) 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)給電磁打點計時器供電時，打點的時間間隔一定為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)電動勢最大值Em＝nBωS＝10××10π×0.03 V＝6 V，電動勢有效值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B正確；電阻R的發(fā)熱功率是PR＝I2R＝3.24 W，選項A錯誤；交流電的周期T＝＝ s＝0.2 s，則用該交流發(fā)電機(jī)給電磁打點計時器供電時，打點的時間間隔一定為0.2 s，選項C錯誤；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D錯誤。] 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)磁場中，繞著垂直磁場方向的軸以ω＝100π rad/s的角速度轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場方向垂直時開始計時。線圈的電阻r＝1 Ω，外電路電阻R＝99 Ω。試求： (1)寫出交變電流瞬時值表達(dá)式； (2)外電阻上消耗的功率； (3)從計時開始，線圈轉(zhuǎn)過過程中，通過外電阻的電荷量是多少？ 解析：(1)電動勢的最大值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)從計時開始到線圈轉(zhuǎn)過過程中，平均感應(yīng)電動勢由E＝n得 ＝n＝n· 平均電流：＝＝ 通過外電阻的電荷量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，一個半徑為r的半圓形線圈，以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動，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，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。M和N是兩個集流環(huán)，負(fù)載電阻為R，線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻不計，求： (1)感應(yīng)電動勢的最大值；

16、 (2)從圖示位置起轉(zhuǎn)過周期的時間內(nèi)負(fù)載電阻R上產(chǎn)生的熱量； (3)從圖示位置起轉(zhuǎn)過周期的時間內(nèi)通過負(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)動時，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)過周期的時間內(nèi)，線圈一直切割磁感線，則產(chǎn)生的熱量Q＝·＝。 (3)在轉(zhuǎn)過周期的時間內(nèi)，電動勢的平均值＝ 通過R的電荷量q＝Δt＝Δt＝＝。 (4)根據(jù)電流的熱效應(yīng)，在一個周期內(nèi)： Q＝I2RT＝· 故電流表的示數(shù)為I＝。 答案：(1)π2Bnr2　(2)　(3)　(4) - 8 -