2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 課后分級(jí)演練31 交變電流的產(chǎn)生及描述

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 課后分級(jí)演練31 交變電流的產(chǎn)生及描述 【A級(jí)——基礎(chǔ)練】 1．圖中閉合線圈都在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，不能產(chǎn)生正弦式交變電流的是(　　) 解析：C　選項(xiàng)C情況下，穿過(guò)線圈的磁通量始終為零，不能產(chǎn)生正弦式交變電流，而A、B、D情況均可產(chǎn)生，故選C. 2.如圖所示的空間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶?，磁?chǎng)的右邊界為MN，在MN右側(cè)有一矩形金屬線圈abcd，ab邊與MN重合．現(xiàn)使線圈以ab邊為軸按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(從上往下看為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng))，將a、b兩端連到示波器的輸入端，若ab邊中電流從a到b為正，則從示波

2、器觀察到的ab中電流隨時(shí)間變化的圖形是(　　) 解析：D　本題可將右側(cè)磁場(chǎng)補(bǔ)全，即矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生正弦式交流電，由楞次定律可知：從中性面開始，電流從0開始，沿負(fù)向，可畫出完整電流隨時(shí)間變化的圖形，在此基礎(chǔ)上，去掉右側(cè)磁場(chǎng)，故電流僅在左側(cè)磁場(chǎng)中切割磁感線而產(chǎn)生電流，故選項(xiàng)D正確． 3.(多選)(2017·天津理綜)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＝1.5 s時(shí)

3、，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8π2 J 解析：AD　本題考查正弦交流電的產(chǎn)生、有效值，焦耳熱．由Φ－t圖可知，t＝0時(shí)，Φ＝0，則線圈平面平行于磁感線，選項(xiàng)A正確；t＝1 s時(shí)Φ＝0，此時(shí)電動(dòng)勢(shì)最大，t＝0.5 s和t＝1.5 s時(shí)，Φ最大，此時(shí)電動(dòng)勢(shì)為0，電流改變方向，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；交流電電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBSω＝nΦm＝4π V，有效值E＝Em＝2π V，一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量Q＝·T＝8π2 J，D正確． 4．(多選)(2017·山西五校四聯(lián))如圖甲所示，一臺(tái)線圈內(nèi)阻為2 Ω的小型發(fā)電機(jī)外接一只電阻為10 Ω的燈泡，發(fā)電機(jī)內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

4、為 T，線圈的面積為0.01 m2，發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)燈泡的電流i隨時(shí)間t變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．t＝0.05 s時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為零 B．t＝0.05 s時(shí)，理想交流電壓表的示數(shù)為30 V C．發(fā)電機(jī)內(nèi)線圈的匝數(shù)為240 D．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為9 J 解析：AB　由圖乙可知t＝0.05 s時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出電流為最大值，此時(shí)線圈平面與中性面垂直，磁通量為零，A正確．由圖乙可知電流的有效值I＝3 A，理想交流電壓表的示數(shù)U＝3×10 V＝30 V，B項(xiàng)正確．由圖乙可知，電流最大值為3 A，則發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝nB

5、Sω＝(2 Ω＋10 Ω)×3 A＝36 V，又B＝ T，S＝0.01 m2，ω＝＝10π rad/s，得n＝360，C項(xiàng)錯(cuò)誤．Q＝32×2×1 J＝18 J，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 5.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. 解析：D　線框進(jìn)入磁場(chǎng)和穿出磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為E＝BωL2，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的時(shí)間均為，由一個(gè)周期產(chǎn)生的電熱Q＝()2R××2＝I2RT，解得I＝，選D. 6．如圖甲所示，一矩形線

6、圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過(guò)ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．若以線圈平面與磁場(chǎng)夾角θ＝45°時(shí)(如圖乙)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎畡t下列四幅圖中正確的是(　　) 解析：D　解法一：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電流按正弦規(guī)律變化，由于t＝0時(shí)，線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖乙，由右手定則判斷可得，此時(shí)ad中電流方向?yàn)橛蒩到d，線圈中電流方向?yàn)閍→d→c→b→a，與規(guī)定的電流正方向相反，電流為負(fù)值．又因?yàn)榇藭r(shí)ad、bc兩邊的切割速度方向與磁場(chǎng)方向成45°夾角，由E＝2Blv⊥，可得E＝2·Blv＝Em，即此時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為最大

7、值的倍，電流當(dāng)然也是最大值的倍，由圖乙還能觀察到，線圈在接下來(lái)45°的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，ad、bc兩邊的切割速度越來(lái)越小，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)減小，感應(yīng)電流應(yīng)減小故D正確，A、B、C錯(cuò)誤． 解法二：還可以用排除法解題．因計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)θ＝45°，即t＝0時(shí)，線圈中感應(yīng)電流不為零，也不是最大，故A、B錯(cuò)誤；當(dāng)線圈再轉(zhuǎn)過(guò)45°時(shí)，線圈處于中性面位置，即此時(shí)感應(yīng)電流為零，故D正確，C錯(cuò)誤． 7.如圖所示電路，電阻R1與電阻R2串聯(lián)接在交變電源上，且R1＝R2＝10 Ω，正弦交流電的表達(dá)式為u＝20sin 100πt(V)，R1和理想二極管D(正向電阻可看做零，反向電阻可看做無(wú)窮大)并聯(lián)，則R2上的電功率

8、為(　　) A．10 W B．15 W C．25 W D．30 W 解析：C　由圖可知，當(dāng)A端輸出電流為正時(shí)，R1被短路，則此時(shí)R2上電壓有效值為：U2＝＝20 V，當(dāng)B端輸出電流為正時(shí)，R1、R2串聯(lián)，則R2兩端電壓有效值為U2′＝＝10 V，則在一個(gè)周期內(nèi)的電壓有效值為：×＋×＝×T解得：U＝5 V則有：P2＝＝ W＝25 W. 8．(多選)如圖所示，某電路上接有保險(xiǎn)絲、交流電壓表、“220 V　900 W”的電飯鍋及“220 V　200 W”的抽油煙機(jī)．現(xiàn)接入μ＝311sin 100πt(V)的交流電，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．交流電壓表的示數(shù)為311 V B．1 s

9、內(nèi)流過(guò)保險(xiǎn)絲的電流方向改變100次 C．電飯鍋的熱功率是抽油煙機(jī)熱功率的4.5倍 D．為保證電路正常工作，保險(xiǎn)絲的額定電流不能小于5 A 解析：BD　由u＝311sin 100πt(V)知，電壓最大值Um＝311 V，f＝ Hz＝50 Hz,1 s內(nèi)電流方向改變100次，電壓有效值為U＝＝220 V，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；電飯鍋的功率為抽油煙機(jī)功率的4.5倍，但抽油煙機(jī)不是純電阻元件，其熱功率小于200 W，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電路正常工作時(shí)的總功率P＝1 100 W，有I＝＝ A＝5 A，故選項(xiàng)D正確． 9．如圖甲所示，N匝矩形線框以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)

10、動(dòng)，線框面積為S，線框的電阻不計(jì)，外電路接有開關(guān)、理想電壓表、電阻為R的燈泡L和電容器C，線框轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示，則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．圖乙是在線框與磁場(chǎng)方向平行位置開始計(jì)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象 B．根據(jù)題設(shè)條件可知Um＝NBSω，且t＝時(shí)刻，電壓表的示數(shù)為零 C．當(dāng)電容器的耐壓值等于峰值時(shí)，電容器一定會(huì)被擊穿 D．當(dāng)電壓表的示數(shù)恒為時(shí)，燈泡上消耗的功率為 解析：D　線框與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁通量為0，但磁通量的變化率不為0，而t＝0時(shí)，U＝0，故題圖乙中的圖象不是以線框與磁場(chǎng)方向平行時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的輸出電壓隨時(shí)間變化的圖象，故A錯(cuò)誤；電壓表測(cè)

11、的是交流電的有效值，故t＝時(shí)刻，電壓表的示數(shù)不為零，B錯(cuò)誤；當(dāng)電容器的耐壓值大于峰值Um＝NBSω時(shí)，電容器才一定不會(huì)被擊穿，C錯(cuò)誤；電壓表的示數(shù)恒為，故燈泡上消耗的功率為P＝＝，D正確． 10．如圖甲所示，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場(chǎng)．已知線圈的匝數(shù)n＝100 匝，總電阻r＝1.0 Ω，所圍成矩形的面積S＝0.040 m2，小燈泡的電阻R＝9.0 Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按如圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝nBmScos t，其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T為磁場(chǎng)變化的周期，不計(jì)燈絲電阻

12、隨溫度的變化，求： (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的0～時(shí)間內(nèi)，通過(guò)小燈泡的電荷量． 解析：(1)由圖象知，線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T＝3.14×10－2 s，所以Em＝nBmSω＝＝8.0 V. (2)電流的最大值Im＝＝0.80 A，有效值I＝＝ A，小燈泡消耗的電功率P＝I2R＝2.88 W. (3)在0～時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)勢(shì)的平均值＝， 平均電流＝＝， 流過(guò)燈泡的電荷量Q＝Δt＝＝4.0×10－3C. 答案：(1)8.0 V　(2)2.88 W　(4)4.0×10－3 C 【B級(jí)——提升練】 11．一個(gè)U形

13、金屬線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)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(chǎng)，乙圖中整個(gè)空間均有磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)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：A　題圖甲中的磁場(chǎng)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(cè)得是有效值，所以I＝.題圖乙中的磁場(chǎng)布滿整個(gè)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． 12.(多選)如圖所示，N匝矩形導(dǎo)線框以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框面

14、積為S，線框的電阻、電感均不計(jì)，外電路接有電阻R、理想交流電流表?和二極管D.二極管D具有單向?qū)щ娦?，即正向電阻為零，反向電阻無(wú)窮大．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．交流電流表的示數(shù)I＝NBS B．一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)R的電荷量q＝ C．R兩端電壓的有效值U＝NBS D．圖示位置電流表的示數(shù)為0 解析：AB　設(shè)回路中電流的有效值為I，由電流的熱效應(yīng)可知，()2RT＝I2RT，I＝，A正確，D錯(cuò)誤．電阻R兩端電壓U＝IR＝，C錯(cuò)．一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)R的電荷量q＝＝，B正確． 13．(多選)如圖甲所示是一種振動(dòng)發(fā)電裝置的示意圖，一個(gè)半徑r＝0.10 m、匝數(shù)n＝20匝的線圈套在永久磁鐵槽中，槽中磁

15、場(chǎng)的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右側(cè)視圖如圖乙所示)，線圈所在位置磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小均為B＝ T，線圖的電阻R1＝0.50 Ω，它的引出線接有R2＝－9.50 Ω的小電珠L(zhǎng)，A為理想交流電流表．當(dāng)線圈框架的P端在外力作用下沿軸線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便有電流通過(guò)電珠．若線圈往復(fù)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律如圖丙所示(v取向右為正)，則下列判斷正確的是(　　) A．電流表的示數(shù)為0.24 A B．0.01 s時(shí)回路中的電流最大 C．回路中交流電的頻率為50 Hz D．0.015 s時(shí)電珠L(zhǎng)中電流的方向?yàn)閺腄→L→C 解析：C　由E＝BLv及v－t圖象可知，線圈往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流為正弦式交流電，則

16、Em＝nB×2πrvm＝2.4 V，電流的有效值I＝＝ A，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由圖象可知T＝0.02 s，f＝50 Hz，選項(xiàng)C正確；t＝0.01 s時(shí)，v＝0，所以I＝0，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；t＝0.015 s時(shí)，由右手定則可知，電流方向?yàn)镃→L→D，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 14.如圖所示，一個(gè)半徑為r的半圓形線圈，以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，ab的左側(cè)有垂直于紙面向里(與ab乖直)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.M和N是兩個(gè)集流環(huán)，負(fù)載電阻為R，線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻不計(jì)．求： (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值； (2)從圖示位置起轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)的時(shí)間內(nèi)，負(fù)載電阻R上產(chǎn)生的熱量； (3)從圖示位置起轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)的時(shí)間內(nèi)

17、，通過(guò)負(fù)載電阻R的電荷量； (4)電流表的示數(shù)． 解析：(1)線圈繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在電路中產(chǎn)生如圖所示的交變電流． 此交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為 Em＝BSω＝B··2πn ＝π2Bnr2 (2)在線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)的時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)勢(shì)的有效值為E＝＝ 電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q＝()2R·＝ (3)在線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)的時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)勢(shì)的平均值為＝ 通過(guò)R的電荷量q＝·Δt＝·Δt＝＝ (4)設(shè)此交變電動(dòng)勢(shì)在一個(gè)周期內(nèi)的有效值為E′，由有效值的定義得·＝T，解得E′＝ 故電流表的示數(shù)為I＝＝. 答案：(1)π2Bnr2　(2)　(3)　(4) 15．某興趣小組設(shè)計(jì)了一種發(fā)電

18、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α均為π，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＝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(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. 解析：(1)bc、ad邊的運(yùn)動(dòng)速度v＝ω， 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Em＝4NBlv 解得Em＝2NBl2ω. (2)電流Im＝，安培力F＝2NBIml 解得F＝. (3)一個(gè)周期內(nèi)，通電時(shí)間t＝T R上消耗的電能W＝IRt　且W＝I2RT 解得I＝. 答案：(1)2NBl2ω　(2)　(3)