2020版高考物理一轮复习第十一章 微专题77交变电流的产生及描述

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2020版高考物理一轮复习第十一章 微专题77交变电流的产生及描述

交变电流的产生及描述 ‎[方法点拨] 交变电流的产生往往与交变电流图象结合出题,要能将交变电流的图象与线圈的转动过程一一对应起来,分析电流、电动势、磁通量的变化规律.‎ ‎1.(2018·山东省青岛二中模拟)如图1甲所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一匝数为n,面积为S,总电阻为r的矩形线圈abcd绕轴OO′以角速度ω匀速转动,矩形线圈在转动中可以保持和外电路电阻R形成闭合电路,回路中接有一理想交流电流表.图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图象,则下列说法中正确的是(  )‎ 图1‎ A.从t1到t3这段时间穿过线圈的磁通量的变化量为2nBS B.从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量为 C.t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为nBSω D.电流表的示数为 ‎2.(2018·湖北省天门市期中)如图2所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角为零时(图示位置)为计时起点,并规定当电流自a流向b时,电流的方向为正.则下列四幅图中正确的是(  )‎ 图2‎ ‎3.调光灯、调速电风扇以前是用变压器来实现的,该技术的缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速.现在的调光灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的.如图3为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压.那么现在电灯上的电压为(  )‎ 图3‎ A.UmB.C.D. ‎4.(多选)(2019·河南省南阳一中模拟)如图4所示,光滑绝缘水平桌面上直立一个单匝正方形导线框ABCD,线框的边长为L=0.3m、总电阻为R=2Ω,在直角坐标系xOy中,有界匀强磁场区域的下边界与x轴重合,上边界满足曲线方程y=0.3sinx (m),磁感应强度大小B=1T.线框在沿x轴正方向的拉力F作用下,以速度v=10m/s水平向右做匀速直线运动,直到AD边穿出磁场.下列说法正确的是(  )‎ 图4‎ A.当BC边运动到磁场的中心线时,B、C两端电压为3V B.感应电动势的有效值为V C.力F是恒力 D.整个过程中产生的是正弦交变电流 ‎5.如图5为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动.磁场的磁感应强度B=×10-2T,线圈的面积S=0.02m2,匝数N=400,线圈总电阻r=2Ω,线圈的两端经集流环和电刷与电阻R=8Ω连接,与电阻R并联的交流电压表为理想电表,线圈的转速n=r/s.在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,则下列说法正确的是(  )‎ 图5‎ A.交流发电机产生电动势随时间的变化关系是e=8sin100t (V)‎ B.交流电压表的示数为8V C.从t=0时刻开始线圈平面转过30°的过程中,通过电阻的电荷量约为5.7×10-3C D.电阻R上的热功率为6.4W ‎6.(2018·山东省泰安市模拟)将硬导线中间一段折成半圆形,使其半径为R,让它在磁感应强度为B,方向如图6所示的匀强磁场中绕轴MN匀速转动.导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P、电阻为r的小灯泡并正常发光.电路中除灯泡外,其余部分的电阻不计,则下列说法正确的是(  )‎ 图6‎ A.半圆形硬导线的转速为 B.半圆形硬导线的转速为 C.半圆形硬导线从图示位置转90°的过程中通过小灯泡的电荷量为 D.半圆形硬导线从图示位置转90°的过程中通过小灯泡的电荷量为零 答案精析 ‎1.D [从t1到t3的过程,穿过线圈的磁通量变化量为零,选项A错误;从t3到t4的过程,穿过线圈的磁通量变化量为BS,故通过电阻R的电荷量q=n=,选项B错误;t3时刻产生的电动势大小为E0,由法拉第电磁感应定律可得E0=n=nBSω,可得=BSω,选项C错误;线圈产生的交流电的电动势有效值为E=,由闭合电路欧姆定律可得,电流表的示数I==,选项D正确.]‎ ‎2.D [从题图可看出线圈从垂直于中性面开始旋转,由楞次定律可判断,初始时刻电流方向由b到a,故瞬时电流的表达式为i=-imcosωt,故D正确.]‎ ‎3.C [电灯上的电压值如没有特殊说明一般指电压的有效值,设加在电灯上电压的有效值为U,取一个周期,由电流的热效应得T=·+·,所以可得U=,故选项C正确.]‎ ‎4.BD [感应电动势E=BLv=0.3Bvsinx (V),当BC边运动到磁场的中心线,即x=0.15m时,E=3V,感应电动势是3V,B、C两端电压是路端电压,小于感应电动势3V,故A错误;由A可知感应电动势最大值Em=3V,有效值E==V,故B正确;安培力FB=BIy=,y=0.3sinx (m),则安培力是变力,线框做匀速直线运动,处于平衡状态,拉力等于安培力,则拉力F是变力,故C错误;感应电动势E=BLv=0.3Bv·sinx (V)=3sinπx (V),是正弦交变电流,故D正确.]‎ ‎5.C [磁场的磁感应强度B=×10-2T,线圈面积S=0.02m2,匝数N=400,线圈总电阻r=2Ω,线圈的转速n=r/s,故ω=100rad/s,交流发电机产生电动势随时间的变化关系是e=NBSωcosωt=8cos100t(V),A项错误;交流电压表显示出的是路端电压有效值,故示数为=6.4V,B项错误;从t=0时刻转过30°的过程中,通过电阻的电荷量为q==‎ C=4×10-3C≈5.7×10-3C,C项正确;电阻R 上的热功率P=I2R=2·R=5.12W,D项错误.]‎ ‎6.A [设灯泡的额定电压为U,则P=.由于除灯泡外,其余部分电阻不计,则U=Em,而Em=BSω=2πBSn=2πB×πR2n,故有n=,故A正确,B错误;从题图所示位置旋转90°的过程中,穿过半圆形硬导线平面的磁通量的变化量为ΔΦ=πR2B,故通过小灯泡的电荷量为q==,故C、D错误.]‎
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