2021版高考物理一轮复习课时规范练34交变电流的产生及其描述含解析

2021版高考物理一轮复习课时规范练34交变电流的产生及其描述含解析

课时规范练34　交变电流的产生及其描述 ‎1.(交变电流的产生及变化规律)(2019·四川资阳模拟)如图甲所示,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO'匀速转动,产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示。若外接电阻的阻值R=9 Ω,线圈的电阻r=1 Ω,则下列说法正确的是(　　)‎ A.线圈角速度为100π rad/s B.0.01 s末穿过线圈的磁通量最大 C.通过线圈的最大电流为10 A D.电压表的示数为90 V ‎2.(交变电流的产生及变化规律)(2019·江西上饶期中)如图甲所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO'以恒定的角速度ω转动。当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化,则在t=π‎2ω时刻(　　)‎ A.线圈中的电流最大 B.穿过线圈的磁通量为零 C.线圈所受的安培力为零 D.穿过线圈磁通量的变化率最大 10‎ ‎3.(有效值)(2019·云南玉溪模拟)如图所示的交变电流由正弦式电流的一半和反向脉冲电流组合而成,其有效值为(　　)‎ A.2 A B.‎30‎‎3‎ A ‎ C.‎2‎ A D.‎10‎‎3‎ A ‎4.(有效值)一个电阻分别通过四种不同形式的电流,电流随时间变化的情况如下图所示,在相同时间内电阻产生热量最大的是(　　)‎ ‎5.‎ ‎(多选)(“四值”问题)(2019·福建马尾区模拟)如图所示,在匀强磁场中转动的单匝线圈电阻为1 Ω,外接电阻R=9 Ω,线圈匀速转动的周期为T=0.2 s,从线圈中性面开始计时,理想交流电流表的读数为2 A,那么(　　)‎ A.穿过线圈的最大磁通量为‎2‎‎2‎π Wb 10‎ B.任意时刻线圈中的感应电动势为e=20‎2‎sin 20πt(V)‎ C.在线圈转过90°的过程中,外接电阻产生的焦耳热为1.8 J D.在线圈转动90°的过程中,通过电阻R的电荷量为2‎2‎π C ‎6.‎ ‎(“四值”问题)(2019·福建福州期中)如图所示,单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,以恒定的角速度ω绕ab边转动,磁场方向垂直于纸面向里,线圈所围面积为S,线圈导线的总电阻为R,t=0时刻线圈平面与磁场垂直。则(　　)‎ A.线圈中感应电动势瞬时值表达式为e=BSωcos ωt B.线圈中电流的有效值为I=‎BSωR C.线圈转过180°通过的电荷量为零 D.线圈消耗的电功率为P=‎‎(BSω‎)‎‎2‎‎2R 素养综合练 ‎7.‎ ‎(2019·广东汕头模拟)交流发电机线圈电阻r=1 Ω,用电器电阻R=9 Ω,电压表示数为9 V,如图所示,那么该交流发电机(　　)‎ A.电动势的峰值为10 V B.电动势的有效值为9 V 10‎ C.交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10‎2‎ V D.交流发电机线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为‎20‎‎2‎π V ‎8.(2019·广东赵秀区一模)如图所示,两根间距为20‎2‎ cm的无限长光滑金属导轨,电阻不计,其左端连接一阻值为10 Ω的定值电阻,两导轨之间存在着磁感应强度为1 T的匀强磁场,磁场边界虚线为正弦曲线的一部分,一阻值为10 Ω的光滑导体棒,在外力作用下以10 m/s的速度匀速向右运动(接触电阻不计),交流电压表和交流电流表均为理想电表,则(　　)‎ A.回路中产生的是正弦式交变电流 B.电压表的示数是2 V C.导体棒运动到图示虚线位置时,电流表示数为零 D.导体棒上消耗的热功率为0.2 W ‎9.‎ ‎(2019·山东潍坊模拟)如图所示为某小型交流发电机的示意图,其矩形线圈abcd的面积为S=0.03 m2,共有10匝,线圈总电阻为r=1 Ω,线圈处于磁感应强度大小为‎2‎‎2‎π T的匀强磁场中,可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO'转动,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路电阻R=9 Ω的连接。在外力作用下线圈以10π rad/s绕轴OO'匀速转动时,下列说法中正确的是(　　)‎ A.电阻R的发热功率是3.6 W B.交流电流表的示数是0.6 A C.用该交流发电机给电磁打点计时器供电时,打点的时间间隔一定为0.02 s 10‎ D.如果将电阻R换成标有“6 V　3 W”字样的小灯泡,小灯泡能正常工作 ‎10.无线充电技术的发展给用户带来了极大的方便,可应用于手机、电脑、智能穿戴、智能家居、医疗设备、电动汽车等充电,如图甲所示为手机无线充电工作原理的示意图,由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为n=50匝,电阻r=1.0 Ω,在它的c、d两端接一阻值R=9.0 Ω的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场,其磁通量随时间按图乙所示,可在受电线圈中产生电动势最大值为20 V的正弦交流电,设t=0时磁场竖直向上。求:‎ ‎(1)在t=π×10-3 s时,受电线圈中产生电流的大小;c、d两端哪端电势高?‎ ‎(2)在一个周期内,电阻R上产生的热量;‎ ‎(3)从t1到t2时间内,通过电阻R的电荷量。‎ 10‎ ‎11.‎ ‎(2019·河南开封模拟)如图所示,一个半径为r的半圆形线圈,以直径ab为轴匀速转动,转速为n,ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场,磁感应强度为B。M和N是两个集流环,负载电阻为R,线圈、电流表和连接导线的电阻不计,求:‎ ‎(1)感应电动势的最大值;‎ ‎(2)从图示位置起转过‎1‎‎4‎周期的时间内负载电阻R上产生的热量;‎ ‎(3)从图示位置起转过‎1‎‎4‎周期的时间内通过负载电阻R的电荷量;‎ ‎(4)电流表的示数。‎ 参考答案 10‎ 课时规范练34　交变电流的产生及其描述 ‎1.C　由乙图可知,线圈转动的周期T=0.04s,故ω=‎2πT=50πrad/s,故A项错误;0.01s末,线圈产生的感应电动势最大,此时线圈处于与中性面垂直位置,穿过线圈的磁通量为零,最小,故B项错误;根据闭合电路的欧姆定律可知Im=EmR+r‎=‎‎100‎‎9+1‎A=10A,故C项正确;电压表测量的是有效值,故U=Im‎2‎R=45‎2‎V,故D项错误。‎ ‎2.C　该交变电流的周期为T=‎2πω,在t=π‎2ω时刻,即t=T‎4‎时刻,由线圈中产生的交变电流图象可知,感应电流大小为零,故A错误;在t=π‎2ω时刻,感应电流大小为零,则知感应电动势为零,由法拉第电磁感应定律知磁通量变化率也为零,线圈与磁场垂直,磁通量为最大,故B、D错误;在t=π‎2ω时刻,感应电流大小为零,由公式F=BIL知线圈所受的安培力为零,故C正确;故选C。‎ ‎3.B　设交变电流的有效值为I,周期为T,电阻为R。则根据有效值的定义可得I2RT=‎2‎‎2‎2R·‎1‎‎3‎T+22R·‎2‎‎3‎T,解得I=‎30‎‎3‎A。‎ ‎4.D　选项A、B中交变电流的有效值都为‎2‎A,选项C中恒定电流的大小为1.5A,选项D中交变电流的有效值为2A,根据热量的表达式Q=I2Rt得出选项D正确。‎ ‎5.AC　电流表的读数2A为有效值,则电流的最大值为Im=‎2‎I有效=2‎2‎A,Em=Im(R+r)=20‎2‎V,又Em=Φmω,ω=‎2πT,所以Φm=‎2‎‎2‎πWb,故选项A正确;任意时刻线圈中的感应电动势为e=20‎2‎sin10πt(V),故选项B错误;线圈转过90°时,外接电阻产生的焦耳热为Q=I有效‎2‎Rt=1.8J,故选项C正确;从中性面开始计时,转动90°的过程中,感应电动势的平均值为E‎=ΔΦt,I=‎ER+r,q=It=‎2‎‎5πC,故选项D错误。‎ ‎6.D　线圈中感应电动势瞬时值表达式为:e=BSωsinωt,故A错误;线圈中电流的最大值为:Im=BSωR,有效值为:I=Im‎2‎‎=‎BSω‎2‎R,故B错误;线圈转过180°感应电动势的平均值为:E‎=ΔΦt=‎‎2BSt,通过的电荷量为:q=It=ERt=ΔΦR‎=‎‎2BSR,故C错误;P=I2R=BSω‎2‎R2R=‎(BSω‎)‎‎2‎‎2R,故D正确。‎ 10‎ ‎7.D　用电器电阻R=9Ω,电压表示数为9V,则电路中的电流I=UR‎=‎‎9‎‎9‎A=1A,所以,电路中的电动势E=I(R+r)=1×(1+9)V=10V。电压表的读数是交流电的有效值,所以10V是电路中电动势的有效值,其最大值Em=‎2‎E=10‎2‎V,故A、B项错误;由交流电的产生与变化的规律可知,当线圈处于中性面时,线圈中的瞬时值电动势为零,故C项错误;线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为E‎=ΔΦΔt=BSπ‎2ω=‎‎20‎‎2‎πV,故D正确。‎ ‎8.A　由磁场边界虚线为正弦曲线的一部分,可知导体棒切割磁感线产生正弦式交变电流,故选项A正确;感应电动势最大值Em=BLmv=2‎2‎V,电压表测得的是有效值,即为U=RR+rE=1V,故选项B错误;电流表测得的是有效值,所以导体棒运动到图示虚线位置时,电流表示数恒定,不为0,故选项C错误;导体棒上消耗的热功率为P=Ur‎2‎r‎=‎‎1‎‎2‎‎10‎W=0.1W,故选项D错误。‎ ‎9.B　感应电动势最大值Em=nBωS=10×‎2‎‎2‎π×10π×0.03V=6‎2‎V,电动势有效值E=Em‎2‎=6V;电路中的电流有效值I=ER+r‎=‎‎6‎‎9+1‎A=0.6A,则交流电流表的示数是0.6A,选项B正确;电阻R的发热功率是PR=I2R=3.24W,选项A错误;交流电的周期T=‎2πω‎=‎‎2π‎10πs=0.2s,则用该交流发电机给电磁打点计时器供电时,打点的时间间隔一定为0.2s,选项C错误;如果将电阻R换成标有“6V　3W”字样的小灯泡,灯泡的电阻RL=U‎2‎P‎=‎‎36‎‎3‎Ω=12Ω,灯泡两端的电压UL=ERL‎+rRL=‎6‎‎12+1‎×12V=5.54V,故小灯泡不能正常工作,选项D错误。‎ ‎10.答案 (1)2.0 A　c端电势高　(2)5.7×10-2 J　(3)2×10-3 C 解析 (1)由图乙知t=π×10-3s时受电线圈中产生的电动势最大,为Em=20V 线圈中产生感应电流的大小为It=Im=EmR+r=2.0A 由楞次定律可以得到此时c端电势高 ‎(2)通过电阻电流的有效值为I=Im‎2‎‎=‎‎2‎A 电阻在一个周期内产生的热量Q=I2RT=5.7×10-2J 10‎ ‎(3)线圈中感应电动势的平均值E=nΔΦΔt 通过电阻电流的平均值为I‎=‎ER+r 通过电阻的电荷量q=I·Δt 由题图乙知,在T‎4‎‎~‎‎3T‎4‎的时间内,ΔΦ=4×10-4Wb 解得q=nΔΦR+r=2×10-3C ‎11.答案 (1)π2Bnr2　(2)π‎4‎B‎2‎nr‎4‎‎8R　(3)πBr‎2‎‎2R　(4)‎π‎2‎r‎2‎nB‎2R 解析 (1)线圈绕轴转动时,在电路中产生如图所示的交变电流。‎ 此交变电流的最大值为 Em=BSω=Bπr‎2‎‎2‎2πn=π2Bnr2。‎ ‎(2)在转过‎1‎‎4‎周期的时间内,线圈一直切割磁感线,则产生的热量Q=‎(Em‎2‎)‎‎ ‎‎2‎R‎·T‎4‎=‎π‎4‎B‎2‎nr‎4‎‎8R。‎ ‎(3)在转过‎1‎‎4‎周期的时间内,电动势的平均值E‎=‎ΔΦΔt 通过R的电荷量q=IΔt=ERΔt=ΔΦR‎=‎πBr‎2‎‎2R。‎ ‎(4)根据电流的热效应,在一个周期内 Q=I2RT=‎‎(Em‎2‎)‎‎ ‎‎2‎R‎·‎T‎2‎ 故电流表的示数为I=π‎2‎r‎2‎nB‎2R。‎ 10‎ 10‎