高考物理一輪復(fù)習(xí)重要題型精講之交變電流 交變電流的產(chǎn)生和描述

第十章 交變電流 傳感器第1講 交變電流的產(chǎn)生圖101121如圖10112所示，矩形線框置于豎直向下的磁場(chǎng)中，通過(guò)導(dǎo)線與靈敏電流表相連，線框在磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圖中線框平面處于豎直面內(nèi)下述說(shuō)法正確的是()A因?yàn)榫€框中產(chǎn)生的是交變電流，所以電流表示數(shù)始終為零B線框通過(guò)圖中位置瞬間，穿過(guò)線框的磁通量最大C線框通過(guò)圖中位置瞬間，通過(guò)電流表的電流瞬時(shí)值最大D若使線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大一倍，那么通過(guò)電流表電流的有效值也增大一倍解析：本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象，基礎(chǔ)題線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在中性面即線框與磁感線垂直時(shí)，磁通量最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，而在題中圖示位置線框與磁感應(yīng)線平行時(shí)，磁通量最小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，A、B項(xiàng)錯(cuò)C項(xiàng)對(duì)；電流的有效值I，現(xiàn)在其余的量都不變，角速度增大一倍后，電流也增大一倍，D正確答案：CD圖101132如圖10113所示，矩形線圈abcd，面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為R，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)，(P1以ab邊為軸，P2以ad邊中點(diǎn)為軸)當(dāng)線圈平面從與磁場(chǎng)方向平行開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中，繞P1及P2軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電的電流大小，電量及焦耳熱分別為I1，q1，Q1及I2，q2，Q2，則下面判斷正確的是()A.線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是abcdBq1>q2NBS/2RCI1I2(NBS)/RDQ1<Q2(NBS)2/2R解析：本題考查電磁感應(yīng)中電量、熱量、電流的計(jì)算和感應(yīng)電流方向的判斷.繞P、P轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，但電流的方向?yàn)閍dcba，A錯(cuò)；電量q，與繞哪個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系，B項(xiàng)錯(cuò)；線圈繞兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相同，所以電流相同，發(fā)熱也相同，C對(duì)，D錯(cuò)答案：C圖101143如圖10114所示，在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一單匝矩形導(dǎo)線框可繞垂直于磁場(chǎng)方向的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)在線框由水平位置以角速勻速轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量為q，已知導(dǎo)線框的電阻為R，則下列說(shuō)法中正確的是()A導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時(shí)電流的方向?qū)l(fā)生改變B導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時(shí)電流的方向?yàn)閎adcC以圖中位置作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，該導(dǎo)線框產(chǎn)生的交流電瞬時(shí)值表達(dá)式為eqRsin tD題述過(guò)程中導(dǎo)線框上產(chǎn)生的焦耳熱Q解析：導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到中性面時(shí)電流方向發(fā)生改變，而圖中表示的不是中性面，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)右手定則或楞次定律判斷導(dǎo)線框中電流的方向?yàn)閍bcd，B項(xiàng)錯(cuò)誤；該導(dǎo)線框產(chǎn)生的交流電瞬時(shí)值表達(dá)式為eBScos t，由q可得該導(dǎo)線框產(chǎn)生的交流電瞬時(shí)值表達(dá)式為eqRcos t，C項(xiàng)錯(cuò)誤；題述過(guò)程中U有效qR/，時(shí)間t，Qt，D正確答案：D圖101154如圖10115所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)0.2 m的正方形線圈abcd，其匝數(shù)為n10、總電阻為r2 ，外電路的電阻為R8 ，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B1 T，若線圈從圖示位置開(kāi)始，以角速度2 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則以下判斷中正確的是()A在t時(shí)刻，磁場(chǎng)穿過(guò)線圈的磁通量為零，但此時(shí)磁通量隨時(shí)間變化最快B閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式e0.8 sin 2tC從t0時(shí)刻到t時(shí)刻，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q3.2×104 JD從t0時(shí)刻到t時(shí)刻，通過(guò)R的電荷量q0.02 C解析：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，EmnBS0.4 V，B項(xiàng)錯(cuò)；當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)磁通量變化最快，A正確；QRI2Rt2Rt1.6×103 J，C錯(cuò)；qn0.02 C，D正確答案：AD圖101165在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)面積為S的矩形線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的交流電電壓隨時(shí)間變化的波形如圖10116所示，線圈與一阻值R9 的電阻串聯(lián)在一起，線圈的電阻為1 .則()A通過(guò)電阻R的電流瞬時(shí)值表達(dá)式為i10sin 200t(A)B電阻R兩端的電壓有效值為90 VC1 s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為450 JD圖中t1×102 s時(shí)，線圈位于中性面解析：通過(guò)電阻R的電流最大值為Im10 A，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 rad/s100 rad/s，故電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i10sin 100t(A)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電阻R兩端的電壓有效值為U有效R×9 V45 V，B項(xiàng)錯(cuò)誤；1 s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Qt450 J，C項(xiàng)正確；t1.0×102 s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，此時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量最大，線圈位于中性面，D項(xiàng)正確答案：CD圖101171如圖10117甲所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的交變電流按照?qǐng)D乙所示的余弦規(guī)律變化，在t時(shí)刻()A線圈中的電流最大 B穿過(guò)線圈的磁通量為零C線圈所受的安培力為零 D穿過(guò)線圈磁通量的變化率最大解析：注意線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)兩個(gè)特殊位置(平行于磁感線和垂直于磁感線)時(shí)的特點(diǎn)；磁通量、磁通量的變化、磁通量的變化率不同；t，線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°，本題應(yīng)選C項(xiàng)答案：C2一個(gè)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)，周期為T.從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)tT時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為2 V，則此交變電動(dòng)勢(shì)的有效值為()A2 V B2 V C. V D. V解析：根據(jù)交流電電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsin t，當(dāng)t時(shí)，Em4 V，則E有Em.答案：A圖101183如圖10118所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的閉合正方形線框共有n匝，總電阻為R.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞中心軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中心軸OO與磁場(chǎng)方向垂直，線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，從線框平面平行于磁感線的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則()線框中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為nBL2cos tt0時(shí)，線框中感應(yīng)電流值為nBL2/R線框中電流的有效值為nBL2cos t線框中電流的頻率為ABCD答案：A圖101194如圖10119所示，單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，穿過(guò)線框的最大磁通量為m，線框中的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em，下列說(shuō)法中正確的是()A在穿過(guò)線框的磁通量為的時(shí)刻，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為B在穿過(guò)線框的磁通量為的時(shí)刻，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為C線框每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，線框中的感應(yīng)電流方向改變一次D線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為解析：閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，穿過(guò)線框的磁通量按余弦規(guī)律變化，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化，在穿過(guò)線框的磁通量為m/2的時(shí)刻，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于Em/2，A錯(cuò)誤；在穿過(guò)線框的磁通量為m/的時(shí)刻，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于Em/，B項(xiàng)正確；線框每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，線框中感應(yīng)電流的方向改變兩次，C錯(cuò)誤；由EmBSm解得線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為Em/m，D正確答案：BD5.圖10120如圖10120所示，面積為S、匝數(shù)為N、電阻為r的線圈固定在圖示位置，線圈與阻值為R的電阻構(gòu)成閉合電路，理想交流電壓表并聯(lián)在電阻R的兩端；U形磁鐵以線圈的中心軸線OO為軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，已知U形磁鐵兩極間的磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，取磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示位置的時(shí)刻t0.則()A在t0時(shí)刻，線圈處于中性面，流過(guò)電阻R的電流為0B1 s內(nèi)流過(guò)電阻R的電流方向改變次C線圈匝數(shù)減少為原來(lái)的一半，磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)角速度增大到原來(lái)2倍，電壓表讀數(shù)不變D在電阻R的兩端再并聯(lián)一只阻值為R的電阻后，電壓表的讀數(shù)不變解析：在t0時(shí)刻，線圈中的磁通量最小，線圈處于垂直于中性面的位置，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，流過(guò)電阻R的電流為最大值，A錯(cuò)；由于一個(gè)周期內(nèi)電流的方向改變兩次，1 s內(nèi)流過(guò)電阻R的電流方向改變的次數(shù)為n2f，B正確；線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmNBS，線圈匝數(shù)減少為原來(lái)的一半，磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)角速度增大到原來(lái)2倍，Em不變，由于產(chǎn)生的交變電流為正弦交變電流，因此其有效值為E也不變，因匝數(shù)減半，內(nèi)阻也減半，外電阻不變所以路端電壓增加，即電壓讀數(shù)變大，所以C不正確當(dāng)并聯(lián)一個(gè)電阻R后，外電阻內(nèi)電阻不變，所以路端電壓減小，即電壓讀數(shù)減小，所以D錯(cuò)答案：B圖101216某交流發(fā)電機(jī)給燈泡供電，產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象如圖10121所示，下列說(shuō)法中正確的是()A交變電流的頻率為0.02 HzB交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i5cos 50t(A)C在t0.01 s時(shí)，穿過(guò)交流發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大D若發(fā)電機(jī)線圈電阻為0.4 ，則其產(chǎn)生的熱功率為5 W解析：由圖象知，交流電的周期為0.02 s，故頻率為50 Hz，A項(xiàng)錯(cuò)；轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度100，故電流瞬時(shí)表達(dá)式為i5cos 100t(A)，B錯(cuò)；t0.01 s時(shí)，電流最大，此時(shí)線圈磁通量應(yīng)為0，C錯(cuò)；交流電電流的有效值I A，故PI2R2×0.4 W5 W，故D正確答案：D圖101227如圖10122所示，在兩平行金屬板中央有一個(gè)靜止的電子(不計(jì)重力)，當(dāng)兩板間加上交變電壓后，能使電子有可能做往返運(yùn)動(dòng)的電壓是()解析：對(duì)A圖象可知，電子先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)刻速度最大，由T到T做加速度增加的減速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)刻速度為零從T到T電子反向做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)刻速度最大，由T到T做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)刻速度為零，回到原位置，即電子能做往復(fù)運(yùn)動(dòng)同樣的方法可得B、C也對(duì)答案：ABC甲乙圖101238正弦交變電源與電阻R、交流電壓表、交流電流表按照?qǐng)D10123甲所示的方式連接，R200 .圖乙是交變電源輸出電壓u隨時(shí)間t變化的圖象則()A交流電壓表的讀數(shù)是311 VB交流電流表的讀數(shù)是1.1 ACR兩端電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律是uR311cos t VDR兩端電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律是uR311cos 100t V解析：由圖乙可知，電源輸出電壓峰值為311 V，有效值為220 V，所以電壓表示數(shù)為有效值220 V，電流表讀數(shù)為電流的有效值I1.1 A，A錯(cuò)，B對(duì)，由圖乙可知T2×102 s，100，所以R兩端電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律為UR311cos 100t V，C錯(cuò)，D對(duì)答案：BD圖101249(2009·重慶，18)某實(shí)物投影機(jī)有10個(gè)相同的強(qiáng)光燈L1L10(24 V、200 W)和10個(gè)相同的指示燈X1X10(220 V、2 W)，將其連接在220 V交流電源上，電路如圖10124.若工作一段時(shí)間后L2燈絲燒斷，則()AX1的功率減小，L1的功率增大BX1的功率增大，L1的功率增大CX2的功率增大，其他指示燈的功率減小DX2的功率減小，其他指示燈的功率增大解析：L2燈絲燒斷，則電路中的總電阻變大，由歐姆定律知，總電流減小，則除L2支路外，其他支路兩端的電壓減小，強(qiáng)光燈和指示燈的功率都要減小其他支路電壓減小，則L2兩端電壓升高，其功率增大答案：C圖1012510(2009·天津，9)如圖10125所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框面積為S，電阻為R.線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電流的有效值I_.線框從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量q_.解析：由題意可知EmaxBS，則回路中電流的有效值為I；當(dāng)線圈從中性面轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，由E，I及qIt可求得q.答案：圖1012611如圖10126所示，一臺(tái)模型發(fā)電機(jī)的電樞是矩形導(dǎo)線框abcd，其ab和cd邊長(zhǎng)l10.4 m，ad和bc邊長(zhǎng)l20.2 m，匝數(shù)n100匝，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞通過(guò)線框?qū)ΨQ中心線且垂直于磁場(chǎng)方向的軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電壓表的示數(shù)為10 V，開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，外電路上標(biāo)有“10 V、10 W”的燈泡恰好正常發(fā)光，求：(1)導(dǎo)線框abcd在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度？(2)S閉合后，當(dāng)導(dǎo)線框從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的過(guò)程中通過(guò)燈泡的電荷量？解析：(1)E10 VEm20 VnBS rad/s12.5 rad/s.(2)S閉合后UL10 V，PL10 W，I1 A，所以R總10 ，qn100×100× C C.答案：(1)12.5 rad/s(2) C圖1012712如圖10127甲所示是某同學(xué)設(shè)計(jì)的一種振動(dòng)發(fā)電裝置的示意圖，它的結(jié)構(gòu)是一個(gè)套在輻向形永久磁鐵槽中的半徑為r0.10 m、匝數(shù)n20匝的線圈，磁場(chǎng)的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖10127乙所示)在線圈所在位置磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小均為B T，線圈的電阻為R10.50 ，它的引出線接有R29.5 的小電珠L(zhǎng).外力推動(dòng)線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，便有電流通過(guò)小電珠當(dāng)線圈運(yùn)動(dòng)速度v隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖10127丙所示時(shí)(摩擦等損耗不計(jì))求：(1)小電珠中電流的最大值；(2)電壓表的示數(shù)；(3)t0.1 s時(shí)外力F的大小；(4)在不改變發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)的條件下，要使小電珠的功率提高雙倍，可采取什么辦法(至少說(shuō)出兩種方法)?解析：(1)由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律知道，由于線圈在磁場(chǎng)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小符合正弦曲線變化規(guī)律，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為：EmnBlvnB2rvm，電路總電阻為：R1R2，那么小電珠中電流的最大值為Im0.16 A.(2)電壓表示數(shù)為有效值UImR2×0.16×9.5 V0.76 V1.07 V.(3)當(dāng)t0.1 s也就是T/4時(shí)，外力F的大小為FnB2rImvm0.128 N.(4)提高vm用變壓器答案：(1)0.16 A(2)1.07 V(3)0.128 N(4)提高vm用變壓器內(nèi)容總結(jié)