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

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.]‎