【物理】2020届一轮复习人教版交变电流的产生和描述课时作业

【物理】2020届一轮复习人教版交变电流的产生和描述课时作业

‎2020届一轮复习人教版 交变电流的产生和描述 课时作业 ‎1.(2018·东台创新学校月考)关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是(　　)‎ A.线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，感应电动势的方向不变 B.线圈每转动一周，感应电流的方向改变一次 C.线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都改变一次 D.线圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都改变一次 答案　C 解析　线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都改变一次，选项A错误，C正确；线圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都改变两次，选项B、D错误.‎ ‎‎ ‎2.(2018·东台创新学校月考)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图8所示.此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是(　　 )‎ 图8‎ A.交变电流的周期为0.125 s B.交变电流的频率为8 Hz C.交变电流的有效值为 A D.交变电流的最大值为4 A 答案　C 解析　由题图可知，交变电流的周期T＝0.250 s，则交变电流的频率为f＝＝4 Hz，故A、B错误；交变电流的最大电压Em＝20 V，所以交变电流的最大值为Im＝＝ A＝2 A，则交变电流的有效值为I＝＝ A，故C正确，D错误.‎ ‎3.(多选)在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图9所示正弦规律变化.设线圈总电阻为 2 Ω，则(　　)‎ 图9‎ A.t＝0时，线圈平面平行于磁感线 B.t＝1 s时，线圈中的电流改变方向 C.t＝1.5 s时，线圈中的感应电动势最大 D.一个周期内，线圈产生的热量为8π2 J 答案　AD 解析　t＝0时，穿过线圈的磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故A正确；每经过一次中性面(线圈平面垂直于磁感线，磁通量有最大值)电流的方向改变一次，t＝1 s时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故B错误；t＝1.5 s时，磁通量有最大值，但磁通量的变化率为零，根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零，故C错误；感应电动势最大值Em＝NBSω＝N·Φm·＝4π V，有效值E＝＝2π V，一个周期内线圈产生的热量Q＝ T＝8π2 J，故D正确.‎ ‎4.(2018·丹阳中学模拟)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图10甲所示，产生的交变电动势随时间变化规律的图象如图乙所示，已知发电机线圈内阻为1 Ω，外接一只电阻为9 Ω的灯泡，则(　　)‎ 图10‎ A.理想交流电压表V的示数为20 V B.电路中的电流方向每秒改变5次 C.灯泡实际消耗的功率为36 W D.电动势随时间变化的瞬时值表达式为e＝20cos 5πt (V)‎ 答案　C 解析　由题图乙知电动势的最大值为Em＝20 V，周期为T＝0.2 s，所以有效值为E＝20 V，角速度ω＝＝10π rad/s.电压表测的是路端电压U＝·R＝×9 V＝18 V，A错误；交变电流的频率为f＝＝5 Hz，每一周期电流方向改变两次，所以每秒改变10次，B错误；灯泡实际消耗的功率为P＝＝ W＝36 W，C正确；电动势随时间变化的瞬时值表达式为e＝20cos 10πt (V)，D错误.‎ ‎5.(2018·南京市、盐城市一模)旋转磁极式发电机通过磁极的旋转使不动的线圈切割磁感线而产生感应电流，其原理示意图可简化为图11所示，固定不动的单匝矩形线圈abcd 的电阻为r，外电阻为R，磁场绕垂直于磁场的转轴OO′匀速转动，角速度为ω.图中的电压表为理想电表，示数为U.求：‎ 图11‎ ‎(1)发电机线圈内阻消耗的功率；‎ ‎(2)从图示位置开始计时，t＝0时，通过外电阻 R 的电流大小及方向；‎ ‎(3)从图示位置开始计时，t＝时，穿过矩形线圈abcd的磁通量.‎ 答案　(1)r　(2)　方向自左向右　(3) 解析　(1)线圈内阻消耗的功率Pr＝()2r＝r ‎(2)此时电路中的电动势Umax＝U 通过外电阻R的电流大小I＝，方向自左向右 ‎(3)最大感应电动势Emax＝ωBS Φ＝BS Emax＝(R＋r)‎ 则Φ＝.‎ ‎1.(多选)某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin 100πt (V)，对此电动势，下列表述正确的有(　　)‎ A.最大值是50 V B.频率是100 Hz C.有效值是25 V D.周期是0.02 s 答案　CD 解析　电动势的最大值Em＝50 V，A错误；频率f＝ Hz＝50 Hz，B错误；有效值E＝ V＝25 V，C正确；周期T＝ s＝0.02 s，D正确.‎ ‎2.(2018·江苏百校12月大联考)某一电子设备所加正弦交流电的电压随时间的变化规律如图1所示，则(　　)‎ 图1‎ A.交流电的频率为50 Hz B.交流电压的有效值为100 V C.交流电压瞬时值表达式为u＝100cos 25t (V)‎ D.此交流电压不可以直接加在耐压值为80 V的电容器两端 答案　D ‎3.(多选)(2018·锦屏中学模拟)一个单匝矩形线框的面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动，从线框平面与磁场垂直的位置开始计时，转速为n转/秒，则(　　)‎ A.交变电动势的最大值为nπBS B.交变电动势的有效值为nπBS C.从开始转动经过周期，线框中的平均感应电动势为2nBS D.感应电动势瞬时值表达式为e＝2nπBSsin 2nπt 答案　BD ‎4.一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图2所示，由图可知(　　)‎ 图2‎ A.该交变电流的电压的瞬时值表达式为u＝100sin 25πt (V)‎ B.该交变电流的频率为4 Hz C.该交变电流的电压的有效值为100 V D.若将该交变电压加在阻值为R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W 答案　D 解析　由题图可知，该交变电压的周期T＝4×10－2 s，则频率f＝＝25 Hz，电压的最大值Um＝100 V，则有效值U＝＝50 V，瞬时值表达式u＝Umsin t＝100sin 50πt (V)，选项A、B、C错误；将该交变电压加在R＝100 Ω的电阻两端时，电阻消耗的功率P＝＝50 W，选项D正确.‎ ‎5.(多选)如图3甲所示是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为理想交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示.以下判断正确的是(　　)‎ 图3‎ A.电流表的示数为10 A B.线圈转动的角速度为50π rad/s C.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左 答案　AC ‎6.如图4甲所示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，线圈的两端经集流环和电刷与R＝10 Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V.图乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间t变化的图象，则(　　)‎ 图4‎ A.电阻R上的电功率为20 W B.t＝0.02 s时，R两端的电压瞬时值为零 C.R两端的电压u随时间t变化的规律是 u＝14.1cos 100πt (V)‎ D.通过R的电流i随时间t变化的规律是 i＝14.1cos 50πt (A)‎ 答案　C 解析　电阻R上的电功率为P＝＝10 W，选项A错误；由题图乙知t＝0.02 s时磁通量变化率最大，R两端电压瞬时值为最大值Um＝U≈14.1 V，选项B错误；线圈从垂直于中性面开始转动，R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝14.1cos 100πt (V)，选项C正确；通过R的电流i随时间t变化的规律是i＝＝1.41cos 100πt (A)，选项D错误.‎ ‎7.(多选)(2018·高邮中学阶段检测)如图5所示，甲、乙为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压波形是正弦函数图象的一部分.下列说法正确的是(　　)‎ 图5‎ A.图甲、图乙均表示交变电流 B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝20sin 100πt (V)‎ C.图乙所示电压的有效值为20 V D.图乙所示电压的有效值为10 V 答案　ABD 解析　根据交变电流的定义，题图甲、题图乙均表示交变电流，选项A正确；题图甲中电压的最大值为Um＝20 V，周期为T＝0.02 s，则电压的瞬时值表达式为u＝Umsin t＝20sin 100πt (V)，选项B正确；根据有效值的定义有·＝T，解得题图乙中电压的有效值为U＝10 V，选项C错误，D正确.‎ ‎8.如图6所示为一交流电压随时间变化的图象.每个周期的前三分之一周期内电压按正弦规律变化，后三分之二周期内电压恒定.根据图中数据可得，此交流电压的有效值为(　　)‎ 图6‎ A.7.5 V B.8 V C.2 V D.3 V 答案　C ‎9.(2018·盐城中学阶段性测试)如图7所示，N匝矩形导线框以角速度ω绕对称轴OO′匀速转动，线框面积为S，线框电阻、电感均不计，在OO′左侧有磁感应强度为B的匀强磁场，外电路接有电阻R和理想交流电流表，那么可以确定的是(　　)‎ 图7‎ A.从图示时刻起，线框产生的瞬时电动势为e＝NBωSsin ωt B.电流表的示数I＝NBS C.R两端电压的有效值U＝NBS D.一个周期内R上产生的热量Q＝ 答案　B 解析　线框中产生的感应电动势的最大值Em＝NBSω，从题图所示时刻起，线框产生的瞬时电动势为e＝sin ωt，A错误.R两端电压的有效值为U＝＝NBS，电流表示数I＝＝NBS，故C错误，B正确.一个周期(T＝)内R上产生的热量Q＝T＝，D错误.‎ ‎10.(多选)如图8，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内，两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里.现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则(　　)‎ 图8‎ A.两导线框中均会产生正弦交流电 B.两导线框中感应电流的周期都等于T C.在t＝时，两导线框中产生的感应电动势相等 D.两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等 答案　BC 解析　两导线框进入磁场过程中，匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变，选项A 错误；导线框的转动周期为T，则感应电流的周期也为T，选项B正确；在t＝时，切割磁感线的有效长度相同，两导线框中产生的感应电动势相等，选项C正确；在一个周期内，M导线框中一直有感应电流，N导线框中只有一半时间内有感应电流，所以两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值不相等，选项D错误.‎ ‎11.(2018·泰州中学等综合评估)某研究性学习小组进行地磁发电实验，匝数为n、面积为S的矩形金属线框可绕东西方向的水平轴转动，金属线框与微电流传感器组成一个回路，回路的总电阻为R.使线框绕轴以角速度ω匀速转动，数字实验系统实时显示回路中的电流i随时间t变化的关系，如图9所示.当线框平面和竖直方向的夹角为θ时，电流达到最大值Im.求：‎ 图9‎ ‎(1)该处地磁场的磁感应强度大小B及地磁场方向与水平面间的夹角α；‎ ‎(2)线框转动一周时间内回路中产生的焦耳热Q；‎ ‎(3)线框转动时穿过线框的磁通量变化率的最大值()m；线框从磁通量变化率最大位置开始转过60°的过程中，通过导线的电荷量q.‎ 答案　(1)　－θ　(2)　(3)　 解析　(1)线框转动时产生的感应电动势的最大值Em＝nBSω 由闭合电路欧姆定律得Em＝ImR 解得B＝ 感应电动势最大时地磁场方向平行于线框平面，此时线框平面和竖直方向的夹角为θ，因此地磁场方向与水平面间的夹角α＝－θ.‎ ‎(2)感应电流的有效值I＝Im，转动一周的时间T＝，‎ 由焦耳定律有Q＝I2RT，解得Q＝.‎ ‎(3)由法拉第电磁感应定律有Em＝n()m 解得()m＝＝ 在此过程中线框产生的感应电动势的平均值＝n 其中ΔΦ＝BSsin 60°‎ 通过导线的电荷量q＝·Δt 解得q＝.‎ ‎12.(2018·南通市等七市三模)如图10所示，水平导体棒ab质量为m、长为L、电阻为R0，其两个端点分别搭接在竖直平行放置的两光滑金属圆环上，两圆环半径均为r、电阻不计.阻值为R的电阻用导线与圆环相连接，理想交流电压表V接在电阻两端.整个空间有磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场，导体棒ab在外力F作用下以角速度ω绕两圆环的中心轴OO′匀速转动，产生正弦交流电.已知重力加速度为g.求：‎ 图10‎ ‎(1)导体棒ab沿圆环运动过程中受到的安培力最大值Fm；‎ ‎(2)电压表的示数U和导体棒从环的最低点运动到与环心等高处过程中通过电阻R的电荷量q；‎ ‎(3)导体棒ab从环的最低点运动半周到最高点的过程中外力F做的功W.‎ 答案　见解析 解析　(1)导体棒ab产生的最大感应电动势 Em＝BLv＝BLωr 受到的安培力最大值Fm＝LBIm＝ 解得Fm＝ ‎(2)通过电阻R的电流的有效值I＝ 电压表的示数U＝IR 解得U＝ 导体棒从环的最低点运动到与环心等高处过程中产生的平均感应电动势 ＝ 磁通量的变化量ΔΦ＝BLr 通过电阻R的电荷量q＝·Δt＝·Δt 解得q＝ ‎(3)此过程安培力做的功W安＝－I2(R＋R0)· 由动能定理有W＋W安－mg·2r＝0‎ 解得W＝2mgr＋.‎