高考物理江蘇專版一輪復(fù)習(xí)課時檢測三十五 交變電流的產(chǎn)生及描述

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1、課時跟蹤檢測（三十五） 交變電流的產(chǎn)生及描述 對點訓(xùn)練：交變電流的產(chǎn)生和描述 1．如圖，各圖面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，能產(chǎn)生正弦交變電動勢e＝BSωsin ωt的圖是(　　) 解析：選A　由題意可知，只有A、C圖在切割磁感線，導(dǎo)致磁通量在變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，A中從中性面開始計時，產(chǎn)生的電動勢為e＝BSωsin ωt，C中從峰值面開始計時，產(chǎn)生的電動勢為e＝BSωcos ωt，故A正確。 2．(2019·如皋月考)小型交流發(fā)電機的原理圖如圖所示：單匝矩形線圈ABCD置于勻強磁場中，繞過BC、AD中點的軸OO′以恒定角速度旋轉(zhuǎn)，軸OO′與磁場

2、垂直，矩形線圈通過滑環(huán)與理想交流電流表A、定值電阻R串聯(lián)，下列說法中不正確的是(　　) A．線圈平面與磁場垂直時，交流電流表A的示數(shù)最小 B．線圈平面與磁場平行時，流經(jīng)定值電阻R的電流最大 C．線圈轉(zhuǎn)動一圈，感應(yīng)電流方向改變2次 D．線圈平面與磁場平行時，通過線圈的磁通量變化率最大 解析：選A　交流電流表顯示的是交流電的有效值，不隨線圈的轉(zhuǎn)動而變化，故A錯誤；線圈與磁場平行時，磁通量最小，磁通量的變化率最大，此時電動勢最大，電流最大，故B、D正確；線圈轉(zhuǎn)動一圈，經(jīng)過兩次中性面，感應(yīng)電流方向改變2次，故C正確。 3.(2019·廣安期末)如圖所示，面積為S的N匝矩形線圈，在磁感應(yīng)強度

3、為B的勻強磁場中，繞垂直磁場的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，就可在線圈中產(chǎn)生正弦交流電。已知閉合回路總電阻為R，圖示位置線圈平面與磁場平行，下列說法正確的是(　　) A．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)90°的過程中磁通量的變化量為NBS B．線圈在圖示位置磁通量的變化率為零 C．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)90°的過程中通過燈泡的電量為 D．線圈從圖示位置開始計時，感應(yīng)電動勢e隨時間t變化的函數(shù)為e＝NBSωsin ωt 解析：選C　線圈從圖示位置轉(zhuǎn)90°的過程磁通量的變化為BS，故A錯誤；線圈在圖示位置產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，磁通量的變化率最大，故B錯誤；線圈從圖示位置轉(zhuǎn)90°的過程中通過燈泡的電量為q＝＝，故C正確

4、；線圈從圖示位置開始計時，感應(yīng)電動勢e隨時間t變化的函數(shù)為e＝NBSωcos ωt，故D錯誤。 4．某線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電流的圖像如圖所示，由圖中信息可以判斷(　　) A．在A、C時刻線圈處于中性面位置 B．在B、D時刻穿過線圈的磁通量為零 C．從A～D線圈轉(zhuǎn)過的角度為2π D．若從O～D歷時0.02 s，則在1 s內(nèi)交變電流的方向改變了100次 解析：選D　由題中交變電流的圖像可知，在A、C時刻產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大，對應(yīng)的感應(yīng)電動勢最大，線圈處于峰值面的位置，選項A錯誤；在B、D時刻感應(yīng)電流為零，對應(yīng)的感應(yīng)電動勢為零，即磁通量的變化率為零，此時磁通

5、量最大，選項B錯誤；從A～D，經(jīng)歷的時間為周期，線圈轉(zhuǎn)過的角度為π，選項C錯誤；若從O～D歷時0.02 s，則交變電流的周期為0.02 s，而一個周期內(nèi)電流的方向改變兩次，所以1 s內(nèi)交變電流的方向改變了100次，選項D正確。 對點訓(xùn)練：有效值的理解與計算 5．關(guān)于圖甲、乙、丙、丁，下列說法正確的是(　　) A．圖甲中電流的峰值為2 A，有效值為 A，周期為5 s B．圖乙中電流的峰值為5 A，有效值為2.5 A C．圖丙中電流的峰值為2 A，有效值為 A D．圖丁中電流的最大值為4 A，有效值為 A，周期為2 s 解析：選B　題圖甲是正弦式交變電流圖線，峰值(最大值)為2 A，

6、有效值是峰值的，即 A，周期為4 s，所以選項A錯誤；題圖乙電流大小改變但方向不變，所以不是交變電流，計算有效值時因為熱效應(yīng)與電流方向無關(guān)，所以仍是峰值的，即2.5 A，所以選項B正確；題圖丙是圖甲減半的脈沖電流，有效值不可能為峰值的，所以選項C錯誤；題圖丁是交變電流圖線，周期為2 s，根據(jù)有效值定義則有42×R×＋32×R×＝I2RT，解得電流有效值I＝2.5 A，所以選項D錯誤。 6．(2019·冀州中學(xué)月考)甲、乙圖分別表示兩種電壓的波形，其中甲圖所示的電壓按正弦規(guī)律變化。下列說法正確的是(　　) A．甲圖表示交流電，乙圖表示直流電 B．甲圖電壓的有效值為220 V，乙圖電壓的有效

7、值小于220 V C．乙圖電壓的瞬時值表達式為u＝220 sin 100πt V D．甲圖電壓經(jīng)過匝數(shù)比為1∶10的變壓器變壓后，頻率變?yōu)樵瓉淼?0倍 解析：選B　由于兩圖中表示的電流方向都隨時間做周期性變化，因此都為交流電，A錯誤；由于對應(yīng)相同時刻，圖甲電壓比圖乙電壓大，根據(jù)有效值的定義可知，圖甲有效值要比圖乙有效值大，故B正確；圖乙電壓隨時間不是按正弦規(guī)律變化，C錯誤；理想變壓器變壓后，改變是電壓，而頻率不發(fā)生變化，D錯誤。 7．[多選]如圖甲所示為一交變電壓隨時間變化的圖像，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，

8、電阻R阻值為100 Ω，則(　　) A．理想電壓表讀數(shù)為100 V B．理想電流表讀數(shù)為0.75 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 解析：選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。 8．(2019·昆山模擬)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，

9、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．1∶B．1∶2 C．1∶4 D．1∶1 解析：選A　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，如圖甲，電流表測得是有效值，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)電流如圖乙，所以I′＝，則I∶I′＝1∶，即A正確。 對點訓(xùn)練：交變電流“四值”的理解和應(yīng)用 9．[多選](2019·淮安八校聯(lián)考)如圖所示，甲為一臺小型交流發(fā)電機構(gòu)造示意圖，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢隨時間按余弦規(guī)律變化，其圖像如圖乙所示，電機線圈內(nèi)阻為2 Ω，匝數(shù)為1 000匝，

10、外接燈泡的電阻為18 Ω，則(　　) A．在2.0×10－2 s時刻，電流表的示數(shù)為0.3 A B．發(fā)電機的輸出功率為3.24 W C．在1 s內(nèi)，回路中電流方向改變25次 D．在4.0×10－2 s時刻，穿過線圈的磁通量變化率為 Wb/s 解析：選AD　線圈相當(dāng)于電源，產(chǎn)生的電動勢為E＝＝ V＝6 V，內(nèi)阻r＝2 Ω，電表顯示的是有效值，根據(jù)閉合回路歐姆定律可得電路中的電流為I＝＝ A＝0.3 A，A正確；發(fā)電機的輸出功率為P輸出＝EI－I2r＝6×0.3 W－0.32×2 W＝1.62 W，B錯誤；從圖乙中可知交流電周期為T＝4×10－2 s，故在1 s內(nèi)，回路中電流方向改變n＝

11、×2＝×2＝50次，C錯誤；在4.0×10－2 s時刻，感應(yīng)電動勢最大，磁通量變化率最大，根據(jù)E＝n可得＝＝ Wb/s，D正確。 10.如圖所示為一個小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈的長度ab＝0.25 m，寬度bc＝0.20 m，共有n＝100匝，總電阻r＝1.0 Ω，可繞與磁場方向垂直的對稱軸OO′轉(zhuǎn)動。線圈處于磁感應(yīng)強度B＝0.40 T的勻強磁場中，與線圈兩端相連的金屬滑環(huán)上接一個“3.0 V,1.8 W”的燈泡，當(dāng)線圈以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，小燈泡消耗的功率恰好為1.8 W。(不計轉(zhuǎn)動軸與電刷的摩擦) (1)推導(dǎo)發(fā)電機線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值的表達式Em＝nBSω(其中

12、S表示線圈的面積)。 (2)求線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω。 (3)線圈以上述角速度轉(zhuǎn)動100周過程中發(fā)電機產(chǎn)生的電能。 解析：(1)線圈平面與磁場方向平行時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最大，設(shè)ab邊的線速度為v，該邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E1＝BLabv。 與此同時，線圈的cd邊也在切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E2＝BLcdv。 線圈產(chǎn)生的總感應(yīng)電動勢為： Em＝n(E1＋E2) 因為Lab＝Lcd， 所以，Em＝2nBLabv。 線速度v＝ω·Lbc， 所以Em＝nBLabLbcω，而S＝LabLbc(S表示線圈的面積)。 所以Em＝nBSω。 (2)設(shè)小燈泡正常發(fā)光時的電流為I，則 I＝

13、＝0.60 A，設(shè)燈泡正常發(fā)光時的電阻為R， R＝＝5.0 Ω。 根據(jù)閉合電路歐姆定律得：E＝I(R＋r)＝3.6 V。 發(fā)電機感應(yīng)電動勢最大值為Em＝E，Em＝nBSω。 解得ω＝＝1.8 rad/s＝2.55 rad/s。 (3)發(fā)電機產(chǎn)生的電能為Q＝IEt，t＝100T＝100· 。 解得Q＝5.33×102 J。 答案：(1)見解析　(2)2.55 rad/s　(3)Q＝5.33×102 J 考點綜合訓(xùn)練 11.(2019·泰州模擬)某研究性學(xué)習(xí)小組進行地磁發(fā)電實驗，匝數(shù)為n、面積為S的矩形金屬線框可繞東西方向的水平軸轉(zhuǎn)動，金屬線框與微電流傳感器組成一個回路，回路的總

14、電阻為R。使線框繞軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，數(shù)字實驗系統(tǒng)實時顯示回路中的電流i隨時間t變化的關(guān)系如圖所示。當(dāng)線圈平面和豎直方向的夾角為θ時，電流達到最大值Im。求： (1)該處地磁場的磁感應(yīng)強度大小B及地磁場方向與水平面間的夾角； (2)線框轉(zhuǎn)動一周時間內(nèi)回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q； (3)線框轉(zhuǎn)動時穿過線框的磁通量變化率的最大值m；線框從磁通量變化率最大位置開始轉(zhuǎn)過60°的過程中，通過導(dǎo)線的電荷量q。 解析：(1)根據(jù)歐姆定律：Im＝ 交流電電動勢的最大值表達式為：Em＝nBSω 則：B＝ 線圈平面與磁場方向平行時，感應(yīng)電流最大，所以地磁場方向與水平面夾角為－θ。 (2)根據(jù)焦耳定律：

15、Q＝I2RT I＝ T＝ 聯(lián)立得：Q＝。 (3)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：E＝n m＝ 根據(jù)：E＝n，I＝ ，q＝IΔt，ΔΦ＝Φmsin θ，Φm＝ ＝ 聯(lián)立得線框從磁通量變化率最大位置開始轉(zhuǎn)過60°的過程中，通過導(dǎo)線的電荷量：q＝n＝。 答案：(1) B＝；地磁場方向與水平面夾角為－θ (2)Q＝　(3)m＝q＝ 12．(2019·蘇錫常鎮(zhèn)一模)一個圓形線圈，共有n＝10匝，其總電阻r＝4.0 Ω，線圈與阻值R0＝16 Ω的外電阻連成閉合回路，如圖甲所示。線圈內(nèi)部存在著一個邊長l＝0.20 m的正方形區(qū)域，其中有分布均勻但強弱隨時間變化的磁場，圖乙顯示了一個周期內(nèi)磁場的變

16、化情況，周期T＝1.0×10－2 s，磁場方向以垂直線圈平面向外為正方向。求： (1)t＝T時刻，電阻R0上的電流大小和方向； (2)0～時間內(nèi)，流過電阻R0的電量； (3)一個周期內(nèi)電阻R0的發(fā)熱量。 解析：(1)0 ～內(nèi)，感應(yīng)電動勢大小E1＝n＝，可得E1＝8 V 電流大小I1＝，可得I1＝0.4 A 電流方向b到a。 (2)同(1)可得～內(nèi)，感應(yīng)電流大小I2＝0.2 A 流過電路的電量q＝I1＋I2 得q＝1.5×10－3 C。 (3)Q＝I12R0＋I22R0 得Q＝1.6×10－2 J。 答案：(1)0.4 A；電流方向b到a　(2)1.5×10－3 C (3)1.6×10－2 J 內(nèi)容總結(jié) （1）發(fā)電機感應(yīng)電動勢最大值為Em＝eq \r(2)E，Em＝nBSω （2）答案：(1)0.4 A