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2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十章 第1講 交變電流的產(chǎn)生及描述練習(xí) 選擇題(每題6分,共30分) 1.(xx天津十二區(qū)縣重點學(xué)校聯(lián)考)(多選)如圖所示,單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強度為B的水平勻強磁場中,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)動軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,線框轉(zhuǎn)過時的感應(yīng)電流為I,下列說法正確的是(　　) A.線框中感應(yīng)電流的有效值為2I B.線框轉(zhuǎn)動過程中穿過線框的磁通量的最大值為 C.從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中,通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為 D.線框轉(zhuǎn)一周的過程中,產(chǎn)生的熱量為 2.(xx河北衡水調(diào)研)(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)強度為B的勻強磁場中繞OO軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,外電路電阻為R,當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60的過程中,下列判斷正確的是(　　) A.電壓表的讀數(shù)為 B.通過電阻R的電荷量為q= C.電阻R所產(chǎn)生的焦耳熱為Q= D.當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60時的電流為 3.(xx廣東肇慶一模)(多選)一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動,它產(chǎn)生的交流電動勢為e=220 sin 100πt(V)。關(guān)于這個交變電流,下列說法中正確的是(　　) A.交變電流的頻率為100 Hz B.該電動勢的有效值為220 V C.線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω=50π rad/s D.t=0時,線圈平面處于中性面 4.(xx東北地區(qū)名校第二次聯(lián)考)(多選)如圖所示,圖甲和圖乙分別表示正弦脈沖波和方波式的交變電流與時間的變化關(guān)系。若使這兩種電流分別通過兩個完全相同的電阻,經(jīng)過1 min的時間,則(　　) A.圖甲所示交變電流的有效值為 A B.圖乙所示交變電流的有效值為 A C.兩電阻消耗的電功之比為1∶3 D.兩電阻消耗的電功之比為3∶1 5.(xx浙江五校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示,將一根絕緣硬金屬導(dǎo)線彎曲成—個完整的正弦曲線形狀,它通過兩個小金屬環(huán)a、b與長直金屬桿導(dǎo)通,在外力F作用下,正弦形金屬線可以在桿上無摩擦滑動。桿的電阻不計,導(dǎo)線電阻為R,ab間距離為2L,導(dǎo)線彎曲成的正弦圖形頂部或底部到桿的距離都是L/2。在導(dǎo)線和桿平面內(nèi)有一有界勻強磁場區(qū)域,磁場的寬度為L,磁感應(yīng)強度為B。現(xiàn)在外力F作用下導(dǎo)線沿桿以恒定的速度v向右運動,在運動過程中導(dǎo)線和桿組成的平面始終與磁場垂直。t=0 時刻導(dǎo)線從O點進(jìn)入磁場,直到全部穿過磁場,外力F所做功為(　　) A. B. C. D. B組　xx年模擬提升題組 時間:50分鐘　　分值:65分 一、選擇題(每題6分,共18分) 1.(xx河南八校聯(lián)考)(多選)在勻強磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲所示,金屬線框的總電阻為R,金屬線框產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖乙所示,則(　　) A.t=0.005 s時線框的磁通量變化率為零 B.t=0.01 s時線框平面與中性面重合 C.線框中產(chǎn)生的電功率為P= D.線框中產(chǎn)生的交變電動勢的頻率為50 Hz 2.(xx廣東調(diào)研)(多選)如圖所示,矩形線圈abcd繞軸OO勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電,在圖示位置開始計時,則下列說法正確的是　(　　) A.t=0時穿過線圈的磁通量最大,產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大 B.t=(T為周期)時感應(yīng)電流沿abcda方向 C.若轉(zhuǎn)速增大為原來的2倍,則交變電流的頻率是原來的2倍 D.若轉(zhuǎn)速增大為原來的2倍,則產(chǎn)生的電流有效值為原來的4倍 3.(xx浙江重點中學(xué)協(xié)作體調(diào)研)如圖所示,導(dǎo)體棒ab兩個端點分別接在兩個豎直放置、電阻不計、半徑相等的金屬圓環(huán)上,圓環(huán)通過電刷與導(dǎo)線c、d相接。c、d兩個端點接在匝數(shù)比為n1∶n2=10∶1的變壓器原線圈兩端,變壓器副線圈接一個滑動變阻器,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,方向豎直向下,導(dǎo)體棒ab長為L(電阻不計),繞與ab平行的水平軸(也是兩圓環(huán)的中心軸)OO以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。如果變阻器的阻值為R時,電流表的讀數(shù)為I,則(　　) A.變阻器上消耗的功率為P=10I2R B.變壓器原線圈兩端的電壓U1=10IR C.取ab在環(huán)的最低點時t=0,則棒ab中感應(yīng)電流的表達(dá)式是i=I sin ωt D.ab沿環(huán)轉(zhuǎn)動過程中受到的最大安培力F=BIL 二、非選擇題(共47分) 4.(xx河南鄭州模擬)(16分)如圖甲所示是某同學(xué)設(shè)計的一種振動發(fā)電裝置的示意圖,一個半徑r=0.10 m、匝數(shù)n=20的線圈套在永久磁鐵槽中,磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示)。在線圈所在位置磁感應(yīng)強度B的大小均為B=0.20 T,線圈的電阻為R1=0.50 Ω,它的引出線接有R2=9.5 Ω的小電珠L。外力推動線圈框架的P端,使線圈沿軸線做往復(fù)運動,便有電流通過電珠。當(dāng)線圈向右的位移x隨時間t變化的規(guī)律如圖丙所示時(x取向右為正)。求: (1)線圈運動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大小; (2)線圈運動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流I的大小; (3)每一次推動線圈運動過程中作用力F的大小; (4)該發(fā)電機的輸出功率P。 5.(xx北京東城一模)(16分)如圖所示,一個半徑為r的半圓形線圈,以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)速為n,ab的左側(cè)有垂直于紙面向里(與ab垂直)的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B。M和N是兩個集流環(huán),負(fù)載電阻為R,線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻不計,求: (1)感應(yīng)電動勢的最大值; (2)從圖示位置起轉(zhuǎn)過1/4轉(zhuǎn)的時間內(nèi)負(fù)載電阻R上產(chǎn)生的熱量; (3)從圖示位置起轉(zhuǎn)過1/4轉(zhuǎn)的時間內(nèi)通過負(fù)載電阻R的電荷量; (4)電流表的示數(shù)。 6.(xx北京海淀質(zhì)檢)(15分)如圖甲所示,長、寬分別為L1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi),其匝數(shù)為n,總電阻為r,可繞其豎直中心軸O1O2轉(zhuǎn)動。線框的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起,并通過電刷和定值電阻R相連。線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場,磁感應(yīng)強度B的大小隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示,其中B0、B1和t1均為已知量。在0~t1的時間內(nèi),線框保持靜止,且線框平面和磁場垂直;t1時刻后線框在外力的驅(qū)動下開始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。求: (1)0~t1時間內(nèi)通過電阻R的電流大小; (2)線框勻速轉(zhuǎn)動后,在轉(zhuǎn)動一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量; (3)線框勻速轉(zhuǎn)動后,從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90的過程中,通過電阻R的電荷量。 第1講　交變電流的產(chǎn)生及描述 A組　xx年模擬基礎(chǔ)題組 選擇題 1.BC　根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得感應(yīng)電動勢:e=BSω sin ωt,電流i== sin ωt,線框轉(zhuǎn)過時的感應(yīng)電流為I=,電流的有效值I=,故A錯誤;線框轉(zhuǎn)動過程中穿過線框的磁通量的最大值為BS,又I=,解得BS=,所以B正確;從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中,通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為q==,故C正確;轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的熱量Q=I2RT代入解得:Q=R=,故D錯誤。 2.AB　線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了正弦式交流電,其電動勢的最大值Em=NBSω,電動勢的有效值E=,電壓表的讀數(shù)等于交流電源路端電壓,且為有效值,則U=,A正確;求通過電阻R的電荷量要用交流電的平均電流,則q=Δt===,故B正確;電阻R上產(chǎn)生的熱量應(yīng)該用有效值來計算,則電阻R所產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=R=,故C錯誤;線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60時的電流為瞬時值,則i= sin ωt= sin =,故D錯誤。 3.BD　由2πf=100π知,該交變電流的頻率為50 Hz,A錯;電動勢有效值E==220 V,B對;ω=100π rad/s,C錯;t=0時,e=0,此時線圈平面處于中性面,D對。 4.AC　設(shè)題圖甲、乙所示交變電流的有效值分別為I1、 I2,則()2R21+0+()2 R21=R61,解得I1= A,而 I2=1 A,故選項A正確, B錯誤;由W=I2Rt得W1∶W2　=∶=1∶3,故選項C正確,D錯誤。 5.C　根據(jù)功能關(guān)系,外力F所做功等于克服安培力所做的功,也等于導(dǎo)線與桿組成的閉合回路中消耗的電能。整個過程,導(dǎo)線運動了3L,第1個L和第3個L,導(dǎo)線切割磁感線的長度為L sin ωt,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為e=BLv sin ωt,相當(dāng)于正弦交流電,該過程運動的時間t1=,消耗的電能Q1=t1=;第2個L,導(dǎo)線切割磁感線的長度為L sin ωt,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為e=BLv sin ωt,相當(dāng)于正弦交流電,該過程運動的時間t2=,消耗的電能Q2=t2=;所以外力F所做功W=Q1+Q2=,選項C正確。 B組　xx年模擬提升題組 一、選擇題 1.BCD　由題圖乙可知在t=0.005 s時,電動勢最大,那么線框的磁通量的變化率應(yīng)為最大,A項錯誤;在t=0.01 s時,e=0,線框位于中性面位置,B項正確;線框中產(chǎn)生的電功率為P==/R=,C項正確;交變電動勢的頻率f== Hz=50 Hz,D項正確。 2.BC　t=0時刻,穿過線圈的磁通量最大,但ab、cd邊切割磁感線的有效速率為零,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零,A錯誤;根據(jù)線圈的轉(zhuǎn)動方向,確定時線圈的位置,用右手定則可以確定線圈中的感應(yīng)電流方向沿abcda方向,B正確;根據(jù)轉(zhuǎn)速和頻率的定義可知C正確;根據(jù)ω=2πf,Em=nBSω,E=,I=可知電流有效值變?yōu)樵瓉淼?倍,D錯誤。 3.D　根據(jù)變壓器原副線圈匝數(shù)比可知,副線圈(變阻器)中的電流為10I,副線圈兩端的電壓為10IR,故變阻器的功率為100I2R,故A錯誤。原線圈兩端的電壓為100IR,B錯誤。當(dāng)ab棒在環(huán)的最低點時有效切割的速度最大,感應(yīng)電動勢(電流)最大,電流表達(dá)式應(yīng)為i=I cos ωt,C錯誤。ab棒上最大電流為I,所以最大安培力為BIL,D正確。 二、非選擇題 4.答案　(1)2 V　(2)0.2 A　(3)0.5 N　(4)0.38 W 解析　(1)由x-t圖,可得線圈的切割速度大小 v==0.8 m/s 線圈做切割磁感線運動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E=n2πrBv=2023.140.100.200.8 V=2 V (2)由閉合電路的歐姆定律,得感應(yīng)電流 I== A=0.2 A (3)由于線圈每次運動都是勻速直線運動,由平衡條件 F推=F安,即F推=nBI2πr=200.200.223.140.10 N=0.5 N。 (4)發(fā)電機的輸出功率即小電珠的電功率P=I2R2=0.229.5 W=0.38 W。 5.答案　(1)π2Bnr2　(2)　(3)　(4) 解析　(1)線圈繞軸勻速轉(zhuǎn)動時,在電路中產(chǎn)生如圖所示的交變電流。此交變電動勢的最大值為 Em=BSω=B2πn=π2Bnr2。 (2)在線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過1/4轉(zhuǎn)的時間內(nèi),電動勢的有效值為E== 電阻R上產(chǎn)生的熱量Q=R=。 (3)在線圈從題中圖示位置轉(zhuǎn)過1/4轉(zhuǎn)的時間內(nèi),電動勢的平均值為=,通過R的電荷量q=Δt=Δt==。 (4)設(shè)此交變電動勢在一個周期內(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==。 6.答案　(1)　(2)πRω (3) 解析　(1)0~t1時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電動勢 E=n= 根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,通過電阻R的電流 I== (2)線框產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值Em=nB1L1L2ω 感應(yīng)電動勢的有效值E=nB1L1L2ω 通過電阻R的電流的有效值I= 線框轉(zhuǎn)動一周所需的時間t= 此過程中,電阻R產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=πRω (3)線框從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90的過程中, 平均感應(yīng)電動勢=n= 平均感應(yīng)電流= 通過電阻R的電荷量q=Δt=