七年高考（2011-2017）高考物理試題分項(xiàng)精析 專題33 交變電流的產(chǎn)生以及描述

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1、 專題33 交變電流的產(chǎn)生以及描述 一、單項(xiàng)選擇題 1．【2011·安徽卷】如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。電阻為R、半徑為L(zhǎng)、圓心角為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(dòng)（O軸位于磁場(chǎng)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． 【答案】D 【考點(diǎn)定位】交流電的有效值， 2．【2011·天津卷】在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖2所示，則 A．t =0.005s時(shí)線框的磁通量變化率為零 B．t

2、=0.01s時(shí)線框平面與中性面重合 C．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311V D．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的頻率為100Hz 【答案】B 【解析】由圖2可知，該交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為。當(dāng)t=0.005s時(shí)，瞬時(shí)值e=311V，此時(shí)磁通量變化率最大，A錯(cuò)；同理當(dāng)t=0.01s時(shí)，e=0V，此時(shí)線框處于中性面位置，磁通量最大，磁通量的變化率為零，B正確；對(duì)于正弦交變電流其有效值為Emax/ ，題給電動(dòng)勢(shì)的有效值為220V，C錯(cuò)；交變電流的頻率為f=1/T=ω/2π=50Hz，D錯(cuò)。 【考點(diǎn)定位】交流電的產(chǎn)生，交流電圖像 3．【2012·北京卷】一個(gè)小型電熱器若接在輸出電壓為10V的直流

3、電源上，消耗電功率為P；若把它接在某個(gè)正弦交流電源上，其消耗的電功率為．如果電熱器電阻不變，則此交流電源輸出電壓的最大值為 A．5V B．5V C．10V D．10V 【答案】C 【考點(diǎn)定位】本題考查了交變電流的有效值 4．【2013·海南卷】如圖所示，水平桌面上固定有一半徑為R的金屬細(xì)圓環(huán)，環(huán)面水平，圓環(huán)每單位長(zhǎng)度的電阻為r，空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向豎直向下；一長(zhǎng)度為2R、電阻可忽略的導(dǎo)體棒置于圓環(huán)左側(cè)并與環(huán)相切，切點(diǎn)為棒的中點(diǎn)。棒在拉力的作用下以恒定加速度a從靜止開始向右運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中棒與圓環(huán)接觸良好。下列說(shuō)法正確的是

4、A．拉力的大小在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持不變 B．棒通過(guò)整個(gè)圓環(huán)所用的時(shí)間為 C．棒經(jīng)過(guò)環(huán)心時(shí)流過(guò)棒的電流為 D．棒經(jīng)過(guò)環(huán)心時(shí)所受安培力的大小為 【答案】D 【解析】導(dǎo)體棒做勻加速運(yùn)動(dòng)，合外力恒定，由于受到的安培力隨速度變化而變化，故拉力一直在變，A錯(cuò)誤；設(shè)棒通過(guò)整個(gè)圓環(huán)所用時(shí)間為t，由勻速直線運(yùn)動(dòng)的基本關(guān)系式可知，，解得運(yùn)動(dòng)時(shí)間：，B錯(cuò)誤；由可知，棒經(jīng)過(guò)圓心時(shí)的速度，此時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而金屬環(huán)的兩部分并聯(lián)，等效電阻，故棒經(jīng)過(guò)環(huán)心時(shí)的電流強(qiáng)度，C錯(cuò)誤，此時(shí)棒受到的安培力的大小，D正確 【考點(diǎn)定位】考查電磁感應(yīng)、電路問(wèn)題牛頓運(yùn)動(dòng)定委玎結(jié)合問(wèn)題。 5．【2013·福建卷】如圖，實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)手搖交

5、流發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻r=1.0Ω，外接R=9.0Ω的電阻。閉合開關(guān)S，當(dāng)發(fā)動(dòng)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(shì)e=（V），則（ ） A．該交變電流的頻率為10Hz B．該電動(dòng)勢(shì)的有效值為V C．外接電阻R所消耗的電功率為10W D．電路中理想交流電流表的示數(shù)為1.0A 【答案】D 【考點(diǎn)定位】考查了交變電流的有關(guān)知識(shí)、焦耳定律、閉合電路歐姆定律的應(yīng)用問(wèn)題，難度中等。 6．【2015·全國(guó)新課標(biāo)Ⅱ·15】如圖，直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向平行于ab邊向上。當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、

6、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua、Ub、Uc。已知bc邊的長(zhǎng)度為l。下列判斷正確的是 A．Ua> Uc，金屬框中無(wú)電流 B．Ub >Uc，金屬框中電流方向沿a-b-c-a C．Ubc=-Bl2ω，金屬框中無(wú)電流 D．Ubc=Bl2ω，金屬框中電流方向沿a-c-b-a 【答案】C 【考點(diǎn)定位】導(dǎo)體切割磁感線 【方法技巧】本題主要是理解感應(yīng)電流產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)，有感應(yīng)電流一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定有電流的。本題有兩根導(dǎo)體棒切割磁感線，但穿過(guò)閉合線圈的磁通理沒(méi)變。 7．【2015·四川·4】小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共N匝，每匝可簡(jiǎn)化為矩形線圈abcd，磁極間的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，

7、方向垂直于線圈中心軸OO′，線圈繞OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示。矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為e0，不計(jì)線圈電阻，則發(fā)電機(jī)輸出電壓 A．峰值是e0 B．峰值是2e0 C．有效值是 D．有效值是 【答案】D 【解析】由題意可知，線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為e0，因此對(duì)單匝矩形線圈總電動(dòng)勢(shì)最大值為2e0，又因?yàn)榘l(fā)電機(jī)線圈共N匝，所以發(fā)電機(jī)線圈中總電動(dòng)勢(shì)最大值為2Ne0，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，在不計(jì)線圈內(nèi)阻時(shí)，輸出電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，即其峰值為2Ne0，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；又由題意可知，若從圖示位置開始計(jì)

8、時(shí)，發(fā)電機(jī)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為正弦式交變電流，由其有效值與峰值的關(guān)系可知，U＝，即U＝，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；選項(xiàng)D正確。 【考點(diǎn)定位】對(duì)正弦式交變電流的產(chǎn)生原理的理解，以及其四值運(yùn)算、閉合電路歐姆定律的應(yīng)用。 8．【2013·海南卷】通過(guò)一阻值R=100Ω的電阻的交變電流如圖所示，其周期為1s。電阻兩端電壓的有效值為 A．12V B．4V C．15V D．8V 【答案】 B 【考點(diǎn)定位】考查交流電的有效值和歐姆定律。 二、多項(xiàng)選擇題 1．【2011·四川卷】如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形線

9、圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場(chǎng)方向，線圈電阻為2Ω。從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過(guò)60o時(shí)的感應(yīng)電流為1A。那么 A．線圈消耗的電功率為4W B．線圈中感應(yīng)電流的有效值為2A C．任意時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=4cos D．任意時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為ф=sin 【答案】AC 【考點(diǎn)定位】正弦式電流的最大值和有效值、周期和頻率；交流的峰值、有效值以及它們的關(guān)系． 2．【2012·廣東卷】某小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)為，對(duì)此電動(dòng)勢(shì)，下列表述正確的有 A．最大值是 B．頻率是100Hz C．有效值是 D．周

10、期是0.02s 【答案】CD 【解析】由電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式可知，最大值為，而有效值為：，A錯(cuò)誤C正確；，故，周期，B錯(cuò)誤D正確。故選CD 【考點(diǎn)定位】本題考查了交變電流的表達(dá)式以及有效值等相關(guān)知識(shí) 3．【2015·全國(guó)新課標(biāo)Ⅰ·19】1824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”。實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但略有滯后。下列說(shuō)法正確的是 A．圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) B．圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng) C．在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，

11、磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)圓盤的磁通量發(fā)生了變化 D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng) 【答案】AB 【考點(diǎn)定位】 電磁感應(yīng) 【規(guī)律總結(jié)】把握磁通量的變化才是關(guān)鍵，根據(jù)對(duì)稱性，圓盤磁通量始終等于零，無(wú)磁通量變化。 4．【2014·天津卷】如圖1所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)圖象如圖2中曲線a、b所示，則 A．兩次t=0是時(shí)刻線圈平面均與中性面重合 B．曲線a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2：3 C．曲線a表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為25Hz D．曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為10

12、V 【答案】AC 【解析】線圈位于中性面時(shí)，磁通量最大、電動(dòng)勢(shì)為零，所以選項(xiàng)A正確；轉(zhuǎn)速之比等于周期的反比，故該比值為3:2，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；頻率為周期的倒數(shù)，即，a的周期為0.04s，頻率為25Hz，所以選項(xiàng)C正確；正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為，已知，且，故可知，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 【考點(diǎn)定位】交流電的產(chǎn)生、交流電的有效值 5．【2017·天津卷】在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)該線圈的磁通量隨時(shí)間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2 Ω，則 A．t=0時(shí)，線圈平面平行于磁感線 B．t=1 s時(shí)，線圈中的電流改變方向 C．t=1.

13、5 s時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 D．一個(gè)周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為 【答案】AD 【考點(diǎn)定位】交變電流的規(guī)律和“四值問(wèn)題” 【名師點(diǎn)睛】本題要正確理解正弦交變電流的規(guī)律和法拉第電磁感應(yīng)定律。 三、非選擇題 1．【2012·安徽卷】圖1是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖。在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一矩形線圖abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO’轉(zhuǎn)動(dòng)，由線圈引起的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞OO’轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圈環(huán)相連接，金屬圈環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電話電阻形成閉合電路。圖2是線圈的住視圖，導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來(lái)表示

14、。已知ab長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，bc長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，線圈以恒定角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。（只考慮單匝線圈） （1）線圈平面處于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1的表達(dá)式； （2）線圈平面處于與中性面成φ0夾角位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，如圖3所示，試寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2的表達(dá)式； （3）若線圈電阻為r，求線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。（其它電阻均不計(jì)） 【答案】（1）；（2）；（3） 【考點(diǎn)定位】此題考查交變電流的相關(guān)知識(shí) 2．【2012·江蘇卷】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(chǎng)區(qū)域的圓心角琢均為49仔，磁場(chǎng)均沿半徑方向. 匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長(zhǎng)ab =cd =、bc =ad=2. 線圈以角速度棕繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，bc和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng). 在磁場(chǎng)中，兩條邊所經(jīng)過(guò)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(shì)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） （2）（3） 【考點(diǎn)定位】本題考查電磁感應(yīng)、交流電及其相關(guān)知識(shí) 10