高考物理专题冲刺 专题22 交变电流的产生与描述（含解析）

为深入贯彻落实党的十九大精神和习近平总书记的重要指示精神，保障人民安居乐业、社会安定有序、国家长治久安、进一步巩固党的执政基础，束城镇深入贯彻全市扫黑除恶会议精神，强化措施，深入扎实开展扫黑除恶专项斗争专题22 交变电流的产生与描述第I卷一、选择题（本题共10小题，在每小题给出的四个选项中，至少有一项符合题目要求）1. 如图所示，一边长为L的正方形均匀线圈，以AB边所在直线为轴在匀强磁场B中做匀速转动，线圈转动的角速度为，若以图示位置为零时刻，则下列选项反映四条边上的电势差随时间的变化正确的有() 【答案】AD【题型】多选题【难度】较易2在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则()At0.005 s时线圈平面与磁场方向平行Bt0.010 s时线圈的磁通量变化率最大C线圈产生的交变电动势频率为50 HzD线圈产生的交变电动势有效值为311 V【答案】AC【题型】多选题【难度】较易3. 用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图象如图所示，则 ()A变压器输入功率约为3.9 WB输出电压的最大值是110 VC变压器原、副线圈匝数比是12D负载电流的函数表达式i0.05sin(100t) A【答案】A【解析】由负载电流图象知，负载电流I2 A，变压器的输出功率P2I2U2110 W3.9 W，输入功率P1P23.9 W，A正确；输出电压的最大值为U2m110 V，B错误；变压器原、副线圈的匝数比是21，C错误；由图象知，负载电流的函数表达式i0.05sin 100t(A)，D错误【题型】选择题【难度】一般4. 如图所示，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现使线框M、N在t0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()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TC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【题型】多选题【难度】一般5. 利用实验室的手摇发电机产生的正弦交流电给灯泡L供电，其电路如图所示。当线圈以角速度匀速转动时，电压表示数为U，灯泡正常发光。已知发电机线圈的电阻为r，灯泡正常发光时的电阻为R，电表均为理想电表，导线电阻可忽略，则()A.图中电流表示数为B.灯泡的额定功率为C.发电机的线圈中产生的电动势的最大值为U(1)D.从线圈转到中性面开始计时，灯泡两端电压的瞬时值表达式为uUsin t【答案】D【解析】由欧姆定律可知，图中电流表示数为I，选项A错误；灯泡的额定功率为PUI，选项B错误；设发电机的线圈中产生的电动势的最大值为Em，有效值为E，由闭合电路欧姆定律得EUIr，I，联立解得EmU(1)，选项C错误；从线圈转到中性面开始计时，发电机产生的正弦交变电流的电流表达式为iIsin t，灯泡两端电压的瞬时值表达式为uUsin t，选项D正确。【题型】选择题【难度】一般6. 小型发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，bc边长度为L1，磁极间的磁场可视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈以角速度绕OO匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，下列说法正确的是()A.ab边长度为LB.产生的交变电流的周期是2C.若从中性面开始计时，则发电机的感应电动势的瞬时值表达式为e2Ne0sin tD.发电机线圈从垂直中性面位置转动90的过程中，产生的感应电动势的平均值是【答案】AC【题型】多选题【难度】一般7. 如图所示是某兴趣小组用实验室的手摇发电机给小灯泡供电的装置示意图.在某次匀速转动手柄的过程中，他们发现小灯泡周期性的闪亮.以下判断正确的是()A.图示位置线框中产生的感应电动势最大B.若增大手摇发电机的转速，灯泡亮度将不变C.若增大手摇发电机的转速，灯泡闪亮的频率将变大D.小灯泡周期性闪亮的主要原因是电路接触不良【答案】C【题型】选择题【难度】一般8如图甲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()A电流表的示数为10 AB线圈转动的角速度为50 rad/sC0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左【答案】AC【解析】由题图乙知Im10 A，I10 A，A正确T2102 s，100 rad/s，B错误t0.01 s时，iIm，此时线圈平面与磁场方向平行，C正确由右手定则判定0.02 s时电阻R中电流方向自左向右，D错误【题型】多选题【难度】一般9. 如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦式电流的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦式电流的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦式电流的说法正确的是()A.在图中t0时刻穿过线圈的磁通量均为零B.线圈先后两次转速之比为32C.正弦式电流a的瞬时值为u10sin 5t VD.正弦式电流b的最大值为 V【答案】BCD【题型】多选题【难度】一般10. 如图所示是小型交流发电机的示意图，线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动，角速度为，线圈匝数为n、电阻为r，外接电阻为R，交流电流表.线圈从图示位置(线圈平面平行于磁场方向)开始转过时的感应电流为I.下列说法中正确的是()A.电流表的读数为2IB.转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为C.从图示位置开始转过的过程中，通过电阻R的电荷量为D.线圈转动一周的过程中，电阻R产生的热量为【答案】BCD【题型】多选题【难度】较难第卷二、非选择题（本题共4个小题。写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）11如图甲所示，长、宽分别为L1、L2的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n，总电阻为r，可绕其竖直中心轴O1O2转动线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起，并通过电刷和定值电阻R相连线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场，磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示，其中B0、B1和t1均为已知在0t1时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度匀速转动求：(1)0t1时间内通过电阻R的电流大小；(2)线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量；(3)线框匀速转动后，从图甲所示位置转过90的过程中，通过电阻R的电荷量. 【答案】(1) (2) R()2 (3)【解析】(1)在0t1时间内，金属线框中的感应电动势为E1n根据闭合电路欧姆定律，通过电阻R的电流I1. (3)线框从图甲所示位置转过90的过程中平均感应电动势n平均感应电流通过电阻R的电荷量qt.【题型】计算题【难度】一般12图1是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的OO轴转动，由线圈引起的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO转动的金属圈环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路。图2是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示。已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度逆时针转动。（只考虑单匝线圈）（1）线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1 的表达式；（2）线圈平面处于与中性面成0夹角位置时开始计时，如图3所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；（3）若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。（其他电阻均不计）【答案】（1） （2） （3）【解析】（1）矩形线圈abcd转动过程中，只有ab和cd切割磁感线，设ab和cd的转动速度为v，则 在t时刻，导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为 E1= 由图