2020版高考物理总复习第十一章第1节交变电流的产生和描述练习（含解析）.docx

第1节交变电流的产生和描述1.(2019安徽合肥模拟)一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动.在转动过程中,线框中的最大磁通量为m,最大感应电动势为Em,下列说法中正确的是(D)A.当磁通量为零时,感应电动势也为零B.当磁通量减小时,感应电动势也减小C.当磁通量等于0.5m时,感应电动势等于0.5EmD.角速度等于解析:根据正弦式交变电流的产生及其变化规律,当磁通量最大时,感应电动势为零;当磁通量减小时,感应电动势在增大,磁通量减为零时,感应电动势最大,由此可知A,B项错误;设从线框位于中性面开始计时,则有e=Emsin t,式中Em=BS,因m=BS,故角速度=,D项正确;设e=0.5Em,则解出t=,此时=BScos =BS=m,所以C项错误.2.(2019甘肃天水模拟)如图所示,实验室一台手摇交流发电机,内阻r=1.0 ,外接R=9.0 的电阻.闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10sin 10 t(V)则(D)A.该电动势的有效值为10 VB.该交变电流的频率为10 HzC.外接电阻R所消耗的电功率为10 WD.电路中理想交流电流表的示数为1.0 A解析:交变电流的频率f= Hz=5 Hz,故B错误;该电动势的最大值为10 V,有效值是10 V,选项A错误;外接电阻R消耗的功率P= W= W,故C错误;电路中电流为I= A=1 A,则理想交流电流表的示数为1.0 A,故D正确.3.(2019北京清华附中高三模拟)有A,B两个完全相同的电热器,A通以图(甲)所示的交变电流,B通以图(乙)所示的交变电流,则两电热器的电功率之比PAPB等于(A)A.21 B.11 C.1 D.12解析:(甲)是交变电流,但其有效值为I0,因为它的前半个周期与后半个周期的电流都是等大的;(乙)是正弦交变电流,它的有效值为,则PAPB=(I0)2R()2R=21,故选项A正确.4.(2019江西南昌高三模拟)两矩形线圈分别在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化关系分别如图中甲、乙所示,则下列说法正确的是(C)A.两交变电流的频率之比f甲f乙=12B.两交变电流电动势的有效值之比E甲E乙=31C.t=1 s时,两线圈中的磁通量的变化率均为零D.t=1 s时,两线圈均处在与中性面垂直的位置上解析:由题图可见T乙=2T甲,则f甲f乙=21,A错误.E甲E乙=E甲mE乙m=13,B错误.e,t=1 s时e=0,故=0,C正确.e=0说明线圈处在中性面的位置上,D错误.5.(2019陕西黄陵高三考前模拟)如图(甲)所示,匝数n=100,边长L=0.1 m的正方形线框置于匀强磁场中,现让线框垂直磁场方向的轴匀速转动,如图(乙)为计时开始后,通过线框的磁通量随时间变化的图像,则(A)A.线框中感应电动势有效值为10 VB.线框两端电压瞬时值为u=20 sin50t VC.匀强磁场的磁感应强度为410-3 TD.t=0时刻线框恰好位于中性面处解析:由m=BS,得410-3=B0.10.1,故B=0.4 T,选项C错误.线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴转动时产生正弦式交变电流,电动势最大值Em=nBS=n=100410-3 V=20 V,有效值为E=10 V,故A正确;如题图所示,线圈应是从垂直于中性面位置开始计时,故电压瞬时值应为u=20 cos 50t,B,D错误.6.(2018广东广州华南师大附中三模)将硬导线中间一段折成不封闭的半圆形,其半径为l.它在磁感应强度为B、方向如图的匀强磁场中匀速转动,转速为n,导线在a,b两处通过电刷与外电路连接,外电路有额定功率为P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,灯泡的电阻应为(A)A. B.C. D.解析:根据最大感应电动势Em=NBS可得,最大感应电动势为Em=Bl22n=B2l2n,所以电动势有效值为E=B2l2n,灯泡两端电压U=E,由P=可得,灯泡的电阻R=,所以A正确.7.(2018辽宁沈阳高三第三次模拟)如图所示,磁感应强度分别为B和2B的匀强磁场区域是紧邻的,磁场方向垂直于纸面向里,单匝矩形线圈的ab边刚好位于两个磁场的分界处,线圈以ab边为转轴按图示方向匀速转动.已知线圈转动的角速度为,ab边长为l1,ad边长为l2,则线圈中产生的感应电动势的有效值为(B)A.Bl1l2 B.Bl1l2C.Bl1l2 D.Bl1l2解析:从图示位置开始,线圈在磁场中转动过程中产生交变电流的电压随时间变化的图像如图所示,两部分最大瞬时电压分别为Em1=Bl1l2,Em2=2Bl1l2,根据有效值定义可知:+=T,解得U=Bl1l2,B正确.8.(2018四川成都树德中学高三下学期适应性考试)(多选)如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T,边长L=10 cm的正方形线圈共100匝,线圈总电阻r=1 ,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,角速度=2 rad/s,外电路中的电阻R=4 ,取3.14,则(AC)A.线圈转动一周产生的总热量为0.99 JB.感应电动势的最大值为31.4 VC.由图示位置转过60的过程中产生的平均感应电动势为2.6 VD.从图示位置开始的周期内通过R的电荷量为0.87 C解析:感应电动势的最大值为Em=NBS=1000.50.122 V= V,故B错误;周期为T=1 s,线圈转动一周产生的总热量为Q=T=1 J= J=0.99 J,故A正确;由图示位置转过60,产生的平均感应电动势E=n= V= V2.6 V,故C正确;从图示位置开始的周期内,平均电动势=n,则平均电流=,则通过电阻R的电荷量q=t= ,而=BSsin ,代入数据得q=0.086 6 C,故选项D错误.9.一个交流电动机的内电阻r=2 ,与R=8 的电阻串联接在线圈上,如图所示.已知线圈面积为 m2,共100匝,线圈的电阻为2 ,线圈在B= T的匀强磁场中绕OO以转速n=600 r/min匀速转动时,在合上开关S后电动机正常工作时,电压表的示数为100 V,求:(1)感应电动势的最大值.(2)电动机正常工作时的输出功率.解析:(1)线圈转动时产生的电动势的最大值为Em=NBS=1002 V=200 V.(2)因为是正弦交变电流,故有效值为E=200 V.设线圈的电阻为r,则电路中的电流I为I=10 A电动机正常工作时的输出功率为P=UI-I2r=800 W.答案:(1)200 V(2)800 W10.(多选)如图(甲)所示,两根间距L=0.4 m的平行金属导轨水平放置,导轨的电阻忽略不计,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B= T,导轨右端非磁场区域连接一个电路,电表均为理想电表,一根导体棒ab置于导轨上,导体棒电阻r=10 ,始终与导轨良好接触.若导体棒沿平行于导轨的方向在PQ和MN之间运动,其速度图像如图(乙)的正弦曲线所示,电阻R=10 ,则下列判断正确的有(AB)A.导体棒产生的感应电动势最大值为4 VB.交流电压表读数为2 V,交流电流表示数为0.2 AC.电阻R在1分钟内产生的热量为42 JD.增大导体棒运动的频率,其他条件不变,电压表示数将变大解析:由(乙)图得速度随时间表达式v=10sin t=10sin t=10sin 10t,导体棒产生的感应电动势瞬时值表达式:e=BLv=0.410sin 10t (V)=4sin 10t (V).感应电动势最大值为Em=4 V,有效值为E=4 V.根据闭合电路欧姆定律得I=0.2 A,则交流电流表示数为I2= A=0.2 A.由于电阻R为10 ,则其两端电压U= 2 V,即交流电压表读数为2 V,故A,B正确.电阻R在1分钟内产生的热量为Q=I2Rt=0.221060 J=24 J,故C错误.增大导体棒运动的频率,导体棒产生的感应电动势最大值不变,有效值不变,则电压表示数不变,故D错误.11.(2018湖北黄冈中学第三次模拟)(多选)如图所示,电阻为r的矩形线圈面积为S,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动.匀强磁场的磁感应强度为B,t=0时刻线圈平面与磁场垂直,各电表均为理想交流电表,则(ACD)A.滑片P下滑时,电压表的读数变大B.图示位置线圈中的感应电动势最大C.线圈从图示位置转过180的过程中,电阻R上产生的焦耳热为D.1 s内流过R的电流方向改变次解析:P下滑时外电阻变大,电流变小,内电压变小,外电压变大,则电压表的读数变大,A正确;图示位置为中性面,电动势为0,故B错误;电动势最大值Em=BS,则由图示位置转过180电阻R上产生的焦耳热为Q=2R=,故C正确.1 s所完成的周期数是=,每个周期电流方向改变2次,1 s内流过R的电流方向改变次,故D正确.12.(2018福建厦门外国语学校高三5月考试)(多选)如图所示,在同一水平面内有两根足够长的光滑水平金属导轨,间距为20 cm,电阻不计,其左端连接一阻值为10 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,磁场边界虚线由多个正弦曲线的半周期衔接而成,磁场方向如图所示.一接入电阻阻值为10 的导体棒AB在外力作用下以10 m/s的速度匀速向右运动,交流电压表和交流电流表均为理想电表,则(AD)A.电压表的示数是1 VB.电流表的示数是 AC.导体棒运动到图示虚线CD位置时,电流表示数为零D.导体棒上消耗的热功率为0.1 W解析:回路中产生的是正弦交变电流,故感应电动势的最大值为Em=BLv=12010-210 V=2 V,则电动势的有效值E=2 V,电压表测量R两端的电压,则U=E=1 V,电流表的示数为有效值,I= A=0.1 A,故A正确,B错误;电流表示数为有效值,一直为0.1 A,故C错误;导体棒上消耗的热功率P=I2R= 0.0110 W=0.1 W,故D正确.13.如图所示,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作用下以角速度绕两圆环的中心轴OO匀速转动,产生正弦交变电流,已知重力加速度为g.求:(1)导体棒ab沿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.解析:当导体棒经过最低点和最高点时,此时导体棒垂直切割磁感线,产生的感应电动势最大,而求出安培力最大值.(1)导体棒ab产生的最大感应电动势Em=BLv=BLr根据欧姆定律可得I=受到的安培力最大值Fm=BIL解得Fm=.(2)根据题意,导体棒