2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)51 交變電流的產(chǎn)生與描述

2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)51 交變電流的產(chǎn)生與描述 1．(2018·河北保定定州期末)(多選)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢如圖所示，則(　　) A．t1時(shí)刻線圈中磁通量為零 B．t2時(shí)刻線圈中磁通量變化率最大 C．t3時(shí)刻線圈中磁通量最大 D．t4時(shí)刻線圈平面與磁場方向垂直 答案：BC　解析：t1時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢為零，磁通量最大，此時(shí)線圈位于中性面，故A錯(cuò)誤；t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢最大，線圈平面與中性面垂直，故磁通量的變化率最大，故B正確；t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢為零，線圈通過中性面，磁通量最大，故C正確；t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最大，磁通量變化率最大，線圈平面與中性面垂直，與磁感線平行，故D錯(cuò)誤． 2．(2018·四川遂寧射洪月考)如圖所示為一交流電電流隨時(shí)間變化的圖象，其中電流的正值為正弦曲線的正半周，其最大值為Im；電流的負(fù)值的強(qiáng)度為Im，則該交變電流的有效值為(　　) A.Im B. C.Im D.Im 答案：C　解析：設(shè)電流的有效值為I，取一個(gè)周期時(shí)間，由電流的熱效應(yīng)得：2R×(1×10－2 s)＋I(xiàn)R×(1×10－2 s)＝I2R×2×10－2，解得：I＝Im，故選C. 3．(2018·黑龍江哈六中模擬)兩個(gè)完全相同的電熱器，分別通以圖甲、乙所示的峰值相等的矩形交變電流和正弦式交變電流，則這兩個(gè)電熱器的電功率之比P甲∶P乙等于(　　) 甲 　　 乙 A.∶1 B．2∶1 C．4∶1 D．1∶1 答案：B　解析：矩形交變電流的有效值I1＝Im，正弦式交變電流的有效值I2＝，根據(jù)電功率公式P＝I2R得P甲∶P乙＝I∶I＝I∶2＝2∶1，故選項(xiàng)B正確． 4．如圖所示，實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)手搖交流發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的電阻．閉合開關(guān)S，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢e＝10sin 10πt(V)，則(　　) A．該交變電流的頻率為10 Hz B．該電動(dòng)勢的有效值為10 V C．外接電阻R所消耗的電功率為10 W D．電路中理想交流電流表的示數(shù)為 A 答案：B　解析：根據(jù)題意知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝10π rad/s，又ω＝2πf，則該交變電流的頻率f＝5 Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該交變電流電動(dòng)勢的最大值Em＝10 V，則有效值E＝＝10 V，選項(xiàng)B正確；根據(jù)歐姆定律可得，電路中電流有效值I＝＝1.0 A，即電流表的示數(shù)為1.0 A，電阻R所消耗的電功率P＝I2R＝9.0 W，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤． 5．(2018·河南開封一模)如圖所示，甲為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)構(gòu)造示意圖，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律如圖乙所示．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1 Ω，外接燈泡的電阻為9 Ω恒定不變，則下列說法中正確的是(　　) A．電壓表的示數(shù)為6 V B．發(fā)電機(jī)的輸出功率為4 W C．在1.0×10－2 s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量最大 D．在1.0×10－2 s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量變化率最大 答案：C　解析：由圖象可知，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電壓的最大值為6 V，電壓的有效值是6 V，電壓表測量的是燈泡兩端的電壓，所以電壓表示數(shù)為×6 V＝5.4 V，所以A錯(cuò)誤．由P＝知，P＝ W＝3.24 W，所以B錯(cuò)誤．在t＝1×10－2 s時(shí)刻，由圖象可知此時(shí)的電動(dòng)勢為零，那么此時(shí)的磁通量應(yīng)該最大，所以C正確．感應(yīng)電動(dòng)勢與磁通量的變化率成正比，該時(shí)刻磁通量的變化率為零，所以D錯(cuò)誤． 6．如圖所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象如圖線b所示．以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說法中正確的是(　　) A．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為1∶2 B．交流電a的電壓瞬時(shí)值u＝10sin 0.4πt(V) C．交流電b的電壓最大值為 V D．在圖中t＝0時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零 答案：C　解析：產(chǎn)生的正弦交流電的周期之比為2∶3，線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；交流電a的周期為0.4 s，交流電a的電壓瞬時(shí)值u＝10sin 5πt(V)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由最大值nBSω可知，二者最大值之比為3∶2，交流電b的電壓最大值為 V，選項(xiàng)C正確；在t＝0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢為零，穿過線圈的磁通量最大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 7．(2018·河南洛陽尖子生全市第二次聯(lián)考)(多選)如圖所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R，下列判斷正確的是(　　) A．電壓表的讀數(shù)為 B．當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過30°的過程中，通過電阻R的電荷量為 C．在線圈轉(zhuǎn)過一周的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為 D．當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過30°時(shí)通過電阻R的電流為 答案：AD　解析：電動(dòng)勢的最大值Em＝NBSω，有效值E＝＝，電壓表的示數(shù)為路端電壓的有效值，解得U＝E＝，A正確；線圈轉(zhuǎn)過30°的過程中，通過電阻R的電荷量q＝＝＝，B錯(cuò)誤；在線圈轉(zhuǎn)過一周的時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q＝·＝，C錯(cuò)誤；電流的最大值為Im＝＝，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝Imsin ωt，從圖示位置轉(zhuǎn)過30°時(shí)，ωt＝，此時(shí)的電流為i＝＝，D正確． 8．(2018·吉林長春質(zhì)檢)邊長為a的N匝正方形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線且與線圈在同一平面內(nèi)的對(duì)稱軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，線圈所圍面積內(nèi)的磁通量Φ隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示，圖象中Φ0為已知．則下列說法正確的是(　　) A．t1時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最大 B．t2時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流為零 C．勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 D．線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式為e＝2NπΦ0ncos 2πnt 答案：D　解析：t1時(shí)刻線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為0，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知此時(shí)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢為0，A項(xiàng)錯(cuò)誤；t2時(shí)刻線圈的磁通量為零，但磁通量的變化率最大，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知此時(shí)線圈中感應(yīng)電流為最大值，B項(xiàng)錯(cuò)誤；磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)，根據(jù)磁通量的定義可得Φ0＝Ba2，B＝，C項(xiàng)錯(cuò)誤；線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式為e＝NBSωcos ωt＝2NπΦ0ncos 2πnt，D項(xiàng)正確． [能力提升] 9．(2018·安徽池州期末)一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示．已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0 Ω，現(xiàn)外接一只電阻為95.0 Ω的燈泡，如圖乙所示，則(　　) 甲 　 乙 A．電壓表V的示數(shù)為220 V B．電路中的電流方向每秒鐘改變50次 C．燈泡實(shí)際消耗的功率為484 W D．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的電熱為24.2 J 答案：D　解析：產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢有效值為220 V，通過燈泡中的電流I＝＝2.2 A，電壓表示數(shù)為U＝IR＝2.2×95 V＝209 V，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；交變電流頻率為50 Hz，電路中的電流方向每秒鐘改變100次，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；燈泡實(shí)際消耗的功率為P＝UI＝209×2.2 W＝459.8 W，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的電熱為Q＝I2rt＝2.22×5×1 J＝24.2 J，選項(xiàng)D正確． 10．(2018·山東濰坊實(shí)驗(yàn)中學(xué)三測)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(duì)稱軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(dòng)，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(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“6 V　3 W”字樣的小燈泡，小燈泡能正常工作 答案：B　解析：感應(yīng)電動(dòng)勢最大值：Em＝nBωS＝10××10π×0.03 V＝6 V，電動(dòng)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(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，小燈泡的電阻RL＝＝ Ω＝12 Ω，小燈泡兩端的電壓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．(2018·福建廈門一中月考)如圖甲所示的電路，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(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 答案：D　解析：由題圖乙可得交流電的周期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；當(dāng)電壓為正值時(shí)A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位，二極管導(dǎo)通即R1被短路，R2兩端電壓為電源電壓 V＝20 V，電壓為負(fù)值時(shí)B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位，二極管截止，R1、R2串聯(lián)分壓，設(shè)R1兩端的電壓有效值為U1，根據(jù)有效值的定義，一個(gè)周期內(nèi)R1的電熱為·＝T，解得U1＝5 V，同理可得R2兩端的電壓有效值U2，T＝·＋·，解得U2＝5 V，故C錯(cuò)誤，D正確． 12．如圖所示，矩形線圈的匝數(shù)為N，面積為S，內(nèi)阻為r，繞OO′軸以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．在它從如圖所示的位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，下列說法正確的是(　　) A．通過電阻的電荷量為 B．通過電阻的電荷量為 C．外力所做的功為 D．外力所做的功為 答案：D　解析：流過電阻的電流平均值I＝N，磁通量的變化量為ΔΦ＝BS，通過電阻的電量為Q＝It，聯(lián)立解得Q＝，故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；產(chǎn)生交流電的電壓有效值為U＝＝，根據(jù)功能關(guān)系 可知，外力做功和整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱相等，所以有W＝t＝，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確． 13．某興趣小組設(shè)計(jì)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(dòng)，bc和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場．在磁場中，兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)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(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小Em； (2)線圈切割磁感線時(shí)，bc邊所受安培力的大小F； (3)外接電阻上電流的有效值I. 答案：(1)2NBl2ω　(2)　(3) 解析：(1)bc、ad邊的運(yùn)動(dòng)速度v＝ω， 感應(yīng)電動(dòng)勢Em＝4NBlv. 解得Em＝2NBl2ω. (2)由電流Im＝，安培力Fm＝2NBIml 解得F＝. (3)一個(gè)周期內(nèi)，通電時(shí)間為t＝T R上消耗的電能W＝IRt且W＝I2RT 解得I＝.