（通用版）2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 課后限時(shí)集訓(xùn)32 交變電流的產(chǎn)生及描述

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1、課后限時(shí)集訓(xùn)32 交變電流的產(chǎn)生及描述 建議用時(shí)：45分鐘 1．(2019·廣西桂林市、賀州市期末聯(lián)考)一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)與計(jì)算機(jī)相連接，計(jì)算機(jī)能將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象記錄下來(lái)，如圖甲所示，讓線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以不同的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)記錄了兩次不同轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖乙所示。則關(guān)于發(fā)電機(jī)先后兩次的轉(zhuǎn)速之比na∶nb，交流電b的最大值正確的是(　　) 甲　　　　　　　　乙 A．3∶2， V B．3∶2， V C．2∶3， V D．2∶3， V B　[由題圖可知，a的周期為0.4 s，b的周期為0.6 s，則由n＝可知，轉(zhuǎn)速與周期成反比，故曲線a、b對(duì)應(yīng)

2、的線圈轉(zhuǎn)速之比為3∶2；曲線a表示的交變電動(dòng)勢(shì)最大值是10 V，根據(jù)Em＝nBSω得曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)最大值是 V，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。] 2．如圖所示，一半徑為L(zhǎng)的導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心。環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓心角為90°且關(guān)于O中心對(duì)稱的扇形區(qū)域內(nèi)分布有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反且均與紙面垂直。導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，M端通過(guò)滑動(dòng)觸點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸，在圓心和圓環(huán)間連有電阻R，不計(jì)圓環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻，當(dāng)桿OM以恒定角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，理想電流表A的示數(shù)為(　　) A． B． C． D． A　[OM切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E＝，OM切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)

3、電流I＝，設(shè)電流的有效值為I有效，則IRT＝2I2R·T，解得I有效＝，選項(xiàng)A正確。] 3．小型交流發(fā)電機(jī)的矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系是正弦函數(shù)。將發(fā)電機(jī)與一個(gè)標(biāo)有“6 V　6 W”的小燈泡連接形成閉合回路，不計(jì)電路的其他電阻。當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速為n＝5 r/s時(shí)，小燈泡恰好正常發(fā)光，則電路中電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為(　　) A．i＝sin 5t(A) B．i＝sin 10πt(A) C．i＝1.41sin 5t(A) D．i＝1.41sin 10πt(A) D　[因?yàn)樾襞菡０l(fā)光，所以電路中電流的有效值為I＝＝1 A，則電流的最大值為Im＝ A≈1.41

4、A。因?yàn)檗D(zhuǎn)速n＝5 r/s，且ω＝2nπ，所以ω＝10π rad/s，故電路中電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為t＝1.41·sin 10πt(A)，選項(xiàng)D正確。] 4．(2019·資陽(yáng)模擬)如圖甲所示，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化曲線如圖乙所示。若外接電阻的阻值R＝9 Ω，線圈的電阻r＝1 Ω，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 甲　　　　　　　　　　　乙　　　　 A．線圈轉(zhuǎn)速為100 π rad/s B．0.01 s末穿過(guò)線圈的磁通量最大 C．通過(guò)線圈的最大電流為10 A D．電壓表的示數(shù)為90 V C　[由乙圖可知，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期

5、T＝0.04 s，線圈轉(zhuǎn)速n數(shù)值上等于頻率，而f＝＝25 Hz，因此線圈轉(zhuǎn)速為n＝25 r/s，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；0.01 s末，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，此時(shí)線圈處于與中性面垂直位置，穿過(guò)線圈的磁通量最小為零，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知Im＝＝ A＝10 A，故C項(xiàng)正確；電壓表測(cè)量的是有效值，故U＝R＝45 V，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。] 5．一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦式交變電流，其電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律如圖甲所示，若把某個(gè)物理量變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，其產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律變?yōu)槿鐖D乙所示，則變化的這個(gè)物理量是(　　) 甲　　　　　　　乙 A．線圈的匝數(shù) B．線圈的面積

6、 C．線圈的角速度 D．線圈的周期 D　[因?yàn)榫匦尉€圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的正弦式交變電流的表達(dá)式為e＝NBSωsin ωt，將線圈的匝數(shù)或面積增加為原來(lái)的2倍后，交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值將變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，交變電流的周期不變，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；將線圈的角速度增加為原來(lái)的2倍后，則其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值將變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，交變電流的周期將變?yōu)樵瓉?lái)的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；將線圈的周期增加為原來(lái)的2倍后，根據(jù)ω＝可知其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值將變?yōu)樵瓉?lái)的，交變電流的周期變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，選項(xiàng)D正確。] 6．交變電流電壓的有效值為6 V，它和電阻R1，R2及電容器C、電壓表一

7、起連接成如圖所示的電路，圖中電壓表的讀數(shù)為U1，為了保證電容器C不被擊穿，電容器的耐壓值為U2，電容器在電路中正常工作，則(　　) A．U1＝6 V　U2＝6 V B．U1＝6 V　U2＝3 V C．U1＝6 V　U2≥6 V D．U1＝6 V　U2≥6 V D　[交流電源的有效電壓是6 V，而電壓表測(cè)量的是交流電的有效值，則電壓表的示數(shù)為U1＝6 V；因正弦式交流電的最大值是有效值的倍，則知電壓的最大值為6 V，所以電容器要能正常工作，其耐壓值必須不低于6 V，即U2≥6 V。故D項(xiàng)正確，A、B、C項(xiàng)錯(cuò)誤。] 7．目前磁卡已有廣泛的應(yīng)用，如圖甲所示，當(dāng)記錄磁性信息的磁卡以速度v

8、在刷卡器插槽里勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)刷卡器內(nèi)線圈的磁通量按Φ＝Φ0sin kvt的規(guī)律變化，刷卡器內(nèi)的等效電路如圖乙所示，已知線圈的匝數(shù)為n，電阻為r，外接電路的等效電阻為R。則在任意一段Δt＝的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)等效電阻R的電荷量的最大值為(　　) 甲　　　　　　　　乙 A．qm＝ B．qm＝ C．qm＝ D．無(wú)法求解 C　[在任意一段Δt＝的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)等效電阻R的電荷量為q＝·Δt，根據(jù)閉合電路歐姆定律可求得平均電流為＝，而由法拉第電磁感應(yīng)定律可知Δt內(nèi)線圈產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為＝n，由上述各式整理得q＝n＝n＝n，可知在任意一段Δt的時(shí)間內(nèi)通過(guò)等效電阻R的電荷量的最大值為qm＝。]

9、8.(多選)(2019·河北省衡水金卷模擬一)如圖所示，線圈ABCD匝數(shù)n＝10，面積S＝0.4 m2，邊界MN(與線圈的AB邊重合)右側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝ T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，若線圈從圖示位置開始繞AB邊以ω＝10π rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。則以下說(shuō)法正確的是(　　) A．線圈產(chǎn)生的是正弦交流電 B．線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為80 V C．線圈轉(zhuǎn)動(dòng) s時(shí)瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為40 V D．線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為40 V BD　[線圈在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中將產(chǎn)生正弦半波脈動(dòng)電流，故A錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝nBSω＝80 V，故B正確；線圈轉(zhuǎn)動(dòng) s、轉(zhuǎn)過(guò)角度，瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

10、為e＝Emsin ＝40 V，故C錯(cuò)誤；在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，只有半個(gè)周期產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)有效值的定義有R·＝RT，可得電動(dòng)勢(shì)有效值E＝＝40 V，故D正確。] 9.(多選)如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形單匝線圈abcd，電阻為r，外電路的電阻為R，ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線OO′恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線上，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若線圈從圖示位置開始，以角速度ω繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則以下判斷正確的是(　　) A．圖示位置線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大為Em＝BL2ω B．從圖示位置開始計(jì)時(shí)，閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝BL2ωsin ωt C．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180°的過(guò)程

11、中，流過(guò)電阻R的電荷量為q＝ D．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q＝ BD　[題圖位置線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，為零，A錯(cuò)誤；若線圈從題圖位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝BL2ωsin ωt，B正確；線圈從題圖位置轉(zhuǎn)過(guò)180°的過(guò)程中，流過(guò)電阻R的電荷量為q＝·Δt＝＝，C錯(cuò)誤；Em＝BL2ω，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q＝·R·＝，D正確。] 10.(多選)如圖所示，空間中有范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向豎直向下，在其間豎直放置兩彼此正對(duì)的相同金屬圓環(huán)，兩環(huán)相距L，用導(dǎo)線將環(huán)與外電阻相連?，F(xiàn)用外力使金屬桿沿兩環(huán)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若已知磁感應(yīng)強(qiáng)

12、度大小為B，圓環(huán)半徑為R，桿轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω，金屬桿和電阻的阻值均為r，其他電阻不計(jì)，則(　　) A．當(dāng)金屬桿從圓環(huán)最高點(diǎn)向最低點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，流過(guò)外電阻的電流先變大后變小 B．當(dāng)金屬桿從圓環(huán)最高點(diǎn)向最低點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，流過(guò)外電阻的電流先變小后變大 C．流過(guò)外電阻電流的有效值為 D．流過(guò)外電阻電流的有效值為 BC　[金屬桿從圓環(huán)最高點(diǎn)向最低點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，垂直磁場(chǎng)方向的分速度先減小再增大，因而流過(guò)外電阻的電流先減小再增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；金屬桿沿圓環(huán)的勻速率運(yùn)動(dòng)等效為以兩環(huán)圓心連線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸、長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為R的矩形線框的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此產(chǎn)生正弦交流電，遵守I＝的關(guān)系，電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em

13、＝BLωR，Im＝，I＝＝，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。] 11．(多選)(2019·天津高考)單匝閉合矩形線框電阻為R，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線框的磁通量Φ與時(shí)間t的關(guān)系圖象如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．時(shí)刻線框平面與中性面垂直 B．線框的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為 C．線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為 D．從t＝0到t＝過(guò)程中線框的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 BC　[中性面的特點(diǎn)是與磁場(chǎng)垂直，穿過(guò)的磁通量最大，磁通量變化率最小，則時(shí)刻線框在中性面上，A錯(cuò)；電動(dòng)勢(shì)最大值為Em＝Φmω＝Φm，對(duì)正弦交流電，E有＝＝，B對(duì)；由功能關(guān)系知，線框轉(zhuǎn)一周外力做的功等于產(chǎn)生的電能，W＝E

14、電＝·T＝，C對(duì)；由法拉第電磁感應(yīng)定律知，＝＝＝，D錯(cuò)。] 12．(多選)(2019·石家莊模擬)如圖所示的正方形線框abcd邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，每邊電阻均為r，在垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞cd軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，c、d兩點(diǎn)與一阻值為r的電阻相連，各表均可視為理想表，導(dǎo)線電阻不計(jì)，則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．線框abcd產(chǎn)生的電流為交變電流 B．當(dāng)S斷開時(shí)，電壓表的示數(shù)為零 C．當(dāng)S斷開時(shí)，電壓表的示數(shù)為BωL2 D．當(dāng)S閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為 ACD　[線框abcd繞著垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，故產(chǎn)生的電流為交變電流，故A項(xiàng)正確；產(chǎn)生的交流電的電動(dòng)勢(shì)最大值為E

15、m＝BL2ω，有效值為E＝，當(dāng)S斷開時(shí)，電壓表測(cè)量的電壓為cd間的電壓，故U＝E＝BL2ω，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；S閉合時(shí)，電路總電阻為3r＋，ab中電流為I＝＝BωL2，電流表讀數(shù)為＝BωL2，故D項(xiàng)正確。] 13．(多選) 如圖所示，電阻為r的單匝矩形線圈面積為S，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，t＝0時(shí)刻線圈平面與磁場(chǎng)垂直，各電表均為理想交流電表，則(　　) A．滑片P下滑時(shí)，電壓表的讀數(shù)不變 B．圖示位置線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 C．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180°的過(guò)程中，流過(guò)電阻R的電荷量為 D．1 s內(nèi)流過(guò)R的電流方向改變次 CD

16、　[滑片P下滑時(shí)，外電阻增大，電壓表的讀數(shù)變大，A錯(cuò)誤；圖示位置穿過(guò)線圈的磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，B錯(cuò)誤；線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180°的過(guò)程中，流過(guò)電阻R的電荷量q＝＝，C正確；一個(gè)周期內(nèi)線圈2次通過(guò)中性面，電流方向改變2次，交流電的頻率為，所以1 s內(nèi)流過(guò)R的電流方向改變次，D正確。] 14．(多選)如圖甲所示，將阻值為R＝5 Ω的電阻接到內(nèi)阻不計(jì)的正弦交變電源上，電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，理想交流電流表串聯(lián)在電路中測(cè)量電流的大小。對(duì)此，下列說(shuō)法正確的是(　　) 甲　　　　　　　　乙 丙　　　　　　　　丁 A．電阻R兩端電壓變化規(guī)律的函數(shù)表達(dá)式為u＝2.5sin (2

17、00πt) V B．電阻R消耗的電功率為1.25 W C．如圖丙所示，若此交變電流由一矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電流表的示數(shù)為1 A D．這一交變電流與圖丁所示電流比較，其有效值之比為1∶ AD　[題圖乙所示電流的最大值為Im＝0.5 A，周期為T＝0.01 s，其角速度為ω＝＝200π rad/s，由歐姆定律得Um＝ImR＝2.5 V。所以電阻R兩端電壓的表達(dá)式為u＝2.5sin (200πt) V，選項(xiàng)A正確；該電流的有效值為I＝，電阻R消耗的電功率為P＝I2R，解得P＝0.625 W，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；電流表的示數(shù)為有效值，若該交變電流由題圖丙所示矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，當(dāng)轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBSω變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，電路中電流的有效值也是原來(lái)的2倍，為2× A≠1 A，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；題圖乙中的正弦交變電流的有效值為 A，題圖丁所示的交變電流雖然方向發(fā)生變化，但大小恒為0.5 A，選項(xiàng)D正確。] 9