2020年物理高考大一輪復(fù)習(xí) 第11章 交變電流 傳感器 第31講 交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律練習(xí)（含解析）

第31講 交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律解密考綱理解交變電流的產(chǎn)生過(guò)程，能正確推出交變電流的表達(dá)式；理解描述交變電流的幾個(gè)物理量，會(huì)計(jì)算交變電流的有效值1如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí)()A線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流B線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)C線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是abcdaD線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力A解析 閉合線圈繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)就能產(chǎn)生正弦式交流電，產(chǎn)生的交流電與線圈的形狀、軸的位置無(wú)關(guān)，由圖示位置開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交流電的電動(dòng)勢(shì)enBS·cos ，它只跟線圈的匝數(shù)n、線圈的面積S、轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度及磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，由題可知，不管繞P1還是P2軸轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交流電完全相同，選項(xiàng)A正確，B、D錯(cuò)誤由右手定則可知，電流方向都是adcba，選項(xiàng)C錯(cuò)誤2(2019·石門一中模擬)(多選)如圖所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，其在同一磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示下列關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說(shuō)法正確的是()A在圖中t0時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量均為零B線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為32C交流電a的瞬時(shí)值為u10sin 5t(V)D交流電b電壓的最大值為 VBCD解析 由題圖可知，t0時(shí)刻線圈均在中性面，穿過(guò)線圈的磁通量最大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由圖象可知TaTb23，故nanb32，選項(xiàng)B正確；由圖象可知，交流電a的最大值為10 V，角速度為 rad/s5 rad/s，所以交流電a的瞬時(shí)值為u10sin 5t (V)，選項(xiàng)C正確；交流電最大值UmnBS，故UmaUmb32，故UmbUma V，選項(xiàng)D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n5 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()Aisin5t(A) Bisin10t(A)Ci1.41sin5t(A) Di1.41sin10t(A)D解析 小燈泡正常發(fā)光，所以電流的有效值為I1 A，由于金屬線圈產(chǎn)生的是正弦交流電，所以電流的最大值ImI A1.41 A，轉(zhuǎn)速n5 r/s，所以角速度2n10 rad/s，由以上條件可知，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式iImsin t1.41sin10t(A)，選項(xiàng)D正確4(2019·涼山診斷)如圖甲所示為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)示意圖，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化如圖乙所示已知發(fā)電機(jī)線圈的匝數(shù)為100匝，電阻r2 ，外電路的小燈泡電阻恒為R6 ，電壓表、電流表均為理想電表下列說(shuō)法正確的是()A電壓表的讀數(shù)為4 VB電流表的讀數(shù)為0.5 AC1 s內(nèi)流過(guò)小燈泡的電流方向改變25次D線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，磁通量最大為 WbB解析 由圖乙可知，交流電的最大值為Em4 V，有效值為E4 V，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知UR×6 V3 V，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電流表的示數(shù)為I A0.5 A，選項(xiàng)B正確；由圖乙可知，T4×102 s，f25 Hz，一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變2次，所以1 s內(nèi)流過(guò)小燈泡的電流方向改變50次，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)EmnBS可知mBS Wb Wb，選項(xiàng)D錯(cuò)誤5如圖所示，矩形線圈abcd與可變電容器C、理想電流表A組成閉合電路線圈在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的bc邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度100 rad/s.線圈的匝數(shù)N100匝，邊長(zhǎng)ab0.2 m、ad0.4 m，電阻不計(jì)磁場(chǎng)只分布在bc邊的左側(cè)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B T電容器放電時(shí)間不計(jì)下列說(shuō)法正確的是()A該線圈產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)峰值為50 VB該線圈產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)有效值為25 VC電容器的耐壓值至少為50 VD電容器的電容C變大時(shí)，電流表的示數(shù)變小B解析 該線圈產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)峰值EmNBS50 V，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；因?yàn)樵摼€圈產(chǎn)生的交流電不是完整的正弦式交流電，只有一半，所以根據(jù)有效值的定義× T，E，聯(lián)立解得電動(dòng)勢(shì)有效值E25 V，選項(xiàng)B正確；電容器的耐壓值至少為50 V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電容器的電容C變大時(shí)，容抗變小，電容器的充放電電流增大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤6如圖所示為發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中N、S是永久磁鐵的兩個(gè)磁極，其表面呈半圓柱面狀M是圓柱形鐵芯，它與磁極柱面共軸，鐵芯上繞有矩形線框，可繞與鐵芯共軸的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)磁極與鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布從圖示位置開始計(jì)時(shí)，當(dāng)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下圖中能正確反映線框感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化規(guī)律的是()D解析 矩形線框在均勻輻向磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，v始終與B垂直，由EBlv知E大小不變，方向周期性變化，故選項(xiàng)D正確7(2019·恩施一中模擬)一電阻接在10 V直流電源上，電熱功率為P；當(dāng)它接到電壓u10sin t(V)上時(shí)功率為()A0.25P B0.5P CP D2PB解析 電阻接在10 V直流電源上，電熱功率為P，則P；當(dāng)它接到電壓u10sin t(V)上時(shí)功率為P0.5P，故選項(xiàng)B正確8(2018·全國(guó)卷)一電阻接到方波交流電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦交變電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正該電阻上電壓的峰值為u0，周期為T，如圖所示則Q方： Q正等于()A1 B.1 C12 D21D解析 根據(jù)題述，正弦交變電流的電壓有效值為，而方波交流電的有效值為u0，根據(jù)焦耳定律和歐姆定律QI2RTT，可知在一個(gè)周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量與電壓有效值的二次方成正比，Q方Q正u()221，選項(xiàng)D正確9(2019·陜西高三聯(lián)考)(多選)如圖所示，由導(dǎo)體材料制成的閉合線框，曲線部分PNQ滿足函數(shù)y0.5sin(0.5x)，其中x、y單位為m，x滿足0 x 2，曲線部分電阻不計(jì)，直線部分PMQ的電阻為R10 .將線框從圖示的位置開始(t0)，以v2 m/s的速度勻速通過(guò)寬度為d2 m、磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T的勻強(qiáng)有界磁場(chǎng)，在線框穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A線框穿越磁場(chǎng)的時(shí)間為4 sB線框穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中，PQ兩點(diǎn)間的最大電壓為1 VC線框穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中，線框中產(chǎn)生的焦耳熱為0.1 JD線框穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中，感應(yīng)電流為i0.1sin(0.5t)BC解析 線框穿越磁場(chǎng)的時(shí)間為t s2 s，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)y最大時(shí)，PQ兩點(diǎn)間的電壓最大，最大值為UmEmBymv1×0.5×2 V1 V，選項(xiàng)B正確；線框通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生正弦交流電，最大值為Em1 V，則有效值為U V V，產(chǎn)生的熱量為Qt×2 J0.1 J，選項(xiàng)C正確；因Im A0.1 A，xvt2t，則線框穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中，感應(yīng)電流變化規(guī)律為i0.1sin (t)A，選項(xiàng)D錯(cuò)誤10(多選)如圖所示，M為半圓形導(dǎo)線框，圓心為OM.N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框，圓心為ON.兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi)，兩圓弧半徑相等過(guò)直線OM ON的水平面上方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面現(xiàn)使線框M、N在t0時(shí)從圖示位置開始，分別繞垂直于紙面、且過(guò)OM和ON的軸，以相同的周期T逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則() A兩導(dǎo)線框中均會(huì)產(chǎn)生正弦交流電B兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于TC在t時(shí)，兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等D兩導(dǎo)線框的電阻相等時(shí)，兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等BC解析 兩導(dǎo)線框未完全進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)切割產(chǎn)生恒定感應(yīng)電流，當(dāng)導(dǎo)線框N完全進(jìn)入磁場(chǎng)后，通過(guò)線框的磁通量將不變，故無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，因此它不會(huì)產(chǎn)生正弦交流電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；導(dǎo)線框每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的變化為一個(gè)周期，選項(xiàng)B正確；在t時(shí)，導(dǎo)線框轉(zhuǎn)過(guò)角度為45°，切割磁感線的有效長(zhǎng)度相同，均為繞圓心的轉(zhuǎn)動(dòng)切割形式，設(shè)圓弧半徑為R，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為EBR·BR··BR2，選項(xiàng)C正確；導(dǎo)線框N轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，有半個(gè)周期無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，所以兩導(dǎo)線框的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值并不相同，由閉合電路歐姆定律可知，兩導(dǎo)線框的電阻相等時(shí)，感應(yīng)電流的有效值一定不相同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤11(多選)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 ，則()At0時(shí)，線圈平面平行于磁感線Bt1 s時(shí)，線圈中的電流改變方向Ct1.5 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82 JAD解析 由題圖可知，t0時(shí)刻穿過(guò)該線圈的磁通量為零，線圈平面與磁感線平行，選項(xiàng)A正確；線圈中電流為零時(shí)，方向才發(fā)生改變，而t1 s時(shí)，由題圖可知電流最大，電流方向不改變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；t1.5 s時(shí)，穿過(guò)該線圈的磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由 rad/s，EmnBSnm4 V，可得電壓的有效值為U V2 V，一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量為QT82 J，選項(xiàng)D正確12(2019·蘭州高三診斷)(多選)理想電壓表和理想電流表與兩個(gè)相同的燈泡連成如圖甲所示的電路，接在正弦交變電源上，每個(gè)燈泡的電阻R110 .如圖乙所示是交變電源輸出電壓u隨時(shí)間t變化的圖象，則下列選項(xiàng)正確的是()A電流表讀數(shù)是1 AB電壓表讀數(shù)是311 VC每個(gè)燈泡兩端的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律是以u(píng)R311cos 100t (V)D通過(guò)每個(gè)燈泡的電流隨時(shí)間變化的規(guī)律是icos100t(A)AD解析 由題圖乙可知，輸出電壓最大值為311 V，則有效值為220 V，故電壓表示數(shù)應(yīng)為220 V，電流IA1 A，即電流表示數(shù)為1 A，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；燈泡電阻相同，故其電壓相等，為輸出電壓的一半，而每只燈泡電壓的變化周期與輸出電壓相同，所以燈泡兩端電壓隨時(shí)間變化規(guī)律為UR155.5cos 100t V，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)i得，電路最大電流為imax A A，故電流icos 100t A，故選項(xiàng)D正確13(2019·大冶一中模擬)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是匝數(shù)n100、邊長(zhǎng)L20 cm的正方形線圈，其置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞著垂直磁場(chǎng)方向的軸以100 rad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)開始計(jì)時(shí)線圈的電阻r1 ，外電路電阻R99 .試求：(1)寫出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)外電阻上消耗的功率；(3)從計(jì)時(shí)開始，線圈轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中，通過(guò)外電阻的電荷量是多少？解析 (1)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmnBL2628 V，根據(jù)閉合電路歐姆定律得Im6.28 A，故交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式i6.28sin 100t(A)(2)電流的有效值IIm，由PI2R得外電阻上的消耗功率 P2R1.95×103 W.(3)從計(jì)時(shí)開始到線圈轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中，平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由En得nn·，平均電流，通過(guò)外電阻的電荷量q·t1×102 C.答案(1)i6.28 sin 100t(A)(2)1.95×103 W (3)1×102 C14(2019·江蘇兩市高三聯(lián)考)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)通過(guò)磁極的旋轉(zhuǎn)使不動(dòng)的線圈切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，其原理示意圖可簡(jiǎn)化為如圖所示，固定不動(dòng)的單匝矩形線圈abcd 的電阻為r，外電阻為R，磁場(chǎng)繞轉(zhuǎn)軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為.圖中的電壓表為理想電表，示數(shù)為U.求：(1)發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻消耗的功率；(2)從圖示位置開始計(jì)時(shí)，t0時(shí)，通過(guò)外電阻R的電流大小及方向；(3)從圖示位置開始計(jì)時(shí)，t時(shí)，穿過(guò)矩形線圈abcd 的磁通量解析 (1)根據(jù)熱功率公式可知，Pr2r.(2)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生正弦式交變電流，根據(jù)正弦式交變電流的最大值與有效值的關(guān)系可知，UmaxU，所以電流I，根據(jù)“楞次定律”可知，電流方向?yàn)樽宰笙蛴?3)從圖示位置開始計(jì)時(shí)經(jīng)過(guò)，線圈磁通量最大，處于中性面位置，所以有EmaxBS，磁通量BS，由以上各式可解得 .答案 (1)Pr2r (2)I方向自左向右(3) 8