2023版高三一轮总复习物理（新教材新高考）课时分层作业29交变电流的产生及描述

1、 课时分层作业(二十九)1(多选)一台教学用手摇式交流发电机如图所示。若已知大皮带轮的半径为0.2 m，小皮带轮的半径为0.02 m，摇动手柄以每分钟60圈匀速转动，且摇动过程中皮带不打滑，则下列说法中正确的是()A发电机产生的交变电流的频率为10 HzB大皮带轮与小皮带轮转动的角速度之比为101C若手摇手柄的转速减半，产生交流电的最大值不变D若手摇手柄的转速减半，产生交流电的有效值也减半AD摇动手柄以每分钟60圈的转速匀速转动，即n60 r/min1 r/s，角速度大2n2 rad/s，大轮与小轮通过皮带相连，与皮带接触的点线速度大小相等，由vr，可知eq f(大,小)eq f(r小,r大)

2、eq f(1,10)，则小轮转动的角速度小10大20 rad/s，故产生交流电的频率f10 Hz，A项正确，B项错误；若手摇手柄的转速减半，小轮的角速度减半，由EmNBS知，产生交流电的最大值减半，根据Eeq f(Em,r(2)可知，有效值减半，C项错误，D项正确。2如图甲所示电路，已知电阻R1R2R，和R1并联的D是理想二极管(正向电阻可视为零，反向电阻为无穷大)，在A、B之间加一个如图乙所示的交变电压(电压为正值时，UAB0)。由此可知()甲乙A在A、B之间所加的交变电压的周期为2 sB在A、B之间所加的交变电压的瞬时值表达式为u20eq r(2)sin 50t(V)C加在R1上电压的有效

3、值为10 VD加在R2上电压的有效值为5eq r(10) VD由题图乙可知交变电压的周期T0.02 s，故A错误；电压的最大值为Um20eq r(2) V，交变电压的瞬时值表达式为uUmsin t20eq r(2)sin 100t(V)，故B错误；因为是交变电压，所以应该分两种情况考虑，当A点电势高于B点电势时，二极管导通，即R1被短路，R2两端的电压为A、B之间所加交变电压的有效值eq f(20r(2),r(2) V20 V；当B点电势高于A点电势时，二极管截止，R1、R2串联分压，此时R1、R2两端电压均为10 V，即对R1有eq f(Uoal( 2,1),R1)Teq f(10 V2,R

4、1)eq f(T,2)，解得U15eq r(2) V，对R2有eq f(Uoal( 2,2),R2)Teq f(20 V2,R2)eq f(T,2)eq f(10 V2,R2)eq f(T,2)，解得U25eq r(10) V，故C错误，D正确。3(多选)如图1所示，标有“220 V40 W”的电灯和标有“20 F300 V”的电容器并联接到交流电源上，为交流电压表。交流电源的输出电压如图2所示，闭合开关S，下列判断正确的是()图1图2Ateq f(T,2)时刻，电压表的示数为零B电灯恰正常发光C电容器有可能被击穿D一个周期内流过电灯的电荷量一定为0BCD交流电压表的示数应是电压的有效值220

5、 V，A项错误；电压的有效值恰等于电灯的额定电压，电灯正常发光，B项正确；电压的峰值为Um220eq r(2) V311 V，大于电容器的耐压值，故电容器有可能被击穿，C项正确；在一个周期内，电压的平均值为0，流过电灯的电荷量为0，D项正确。4(2020海南省等级考)图1、2分别表示两种电流的波形，其中图2所示电流按正弦规律变化，分别用I1和I2表示1和2两电流的有效值，则()图1图2AI1I221 BI1I212CI1I21eq r(2) DI1I2eq r(2)1D对图1的交流电分析，可知一个周期内交流电的电流方向变化，而电流的大小不变，故图1的电流有效值为I1I0；对图2的交流电分析可知

6、，其为正弦式交流电，故其有效值为I2eq f(I0,r(2)，故I1I2eq r(2)1，D项正确。5在同一匀强磁场中，两个相同的矩形金属线圈a、b分别绕线圈平面内且与磁场垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的图像如图所示，则()A线圈a的转速是b的eq f(2,3)Bt0.01 s时，线圈a恰好经过中性面C将一只交流电流表接在线圈b两端，电表的示数为10 VD将电阻值相同的两个电阻分别与线圈a、b串联，在6 s内两电阻上产生的热量之比为eq f(9,4)D由图可知，a的周期Ta0.04 s，b的周期Tb0.06 s，根据neq f(1,T)可知a、b的转速之比为32，A项错误；t0.01

7、 s时，线圈产生的感应电动势最大，此时线圈a恰好处于与中性面垂直位置，B项错误；根据eq f(2,T)可知，a、b的角速度之比为32，a产生的感应电动势的最大值Ema15 V，根据EmNBS可知，b产生的电动势最大值Embeq f(2,3)Ema10 V，而电流表的示数为交流电的有效值，为eq f(Emb,r(2)5eq r(2) V，C项错误；在一个周期内，与线圈a所接电阻上产生的热量Qaeq f(Eoal( 2,a),R)Taeq blc(rc)(avs4alco1(f(15,r(2)eq sup12(2)eq f(0.04,R)eq f(4.5,R)；在一个周期内，与线圈b所接电阻上产生

8、的热量Qbeq f(Eoal( 2,b),R)Tbeq blc(rc)(avs4alco1(f(10,r(2)eq sup12(2)eq f(0.06,R)eq f(3,R)；6 s内，线圈a经过了150个周期，线圈b经过了100个周期，因此两电阻上产生的热量之比为eq f(150Qa,100Qb)eq f(9,4)，D项正确。6(多选)(2021山东滨州市统考)如图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B0.5 T的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO以角速度eq r(2) rad/s匀速转动，线圈的面积S0.1 m2，匝数为n100，线圈总电阻为r1 ，线圈的两

9、侧经集流环和电刷与阻值为9 的电阻R连接。与电阻R并联的交流电压表为理想电表。在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行(如图所示)，则下列说法正确的是()A交流发电机产生的感应电动势最大值为5eq r(2) VB交流电压表的示数为4.5 VC线圈从t0时刻开始转过90的过程中，通过电阻的电荷量为0.5 CD线圈从t0时刻开始转过90的过程中，电阻产生的热量为eq f(r(2),2) JABC交流发电机产生的感应电动势最大值EmnBS1000.50.1eq r(2) V5eq r(2) V，选项A正确；交流发电机产生的感应电动势有效值为Eeq f(Em,r(2)5 V，由闭合电路欧姆定律，Ieq f(

10、E,Rr)0.5 A，外电阻两端电压UIR4.5 V，即电压表读数为4.5 V，选项B正确；线圈从t0时刻开始转过90的过程中，线圈中磁通量变化BS，产生的平均感应电动势E平eq f(n,t)，感应电流的平均值I平eq f(E平,Rr)，通过电阻的电荷量qI平teq f(nBS,Rr)0.5 C，选项C正确；线圈从t0时刻开始转过90的过程中，teq f(T,4)eq f(,2)eq f(,2r(2) s，电阻产生的热量QI2Rt0.529eq f(,2r(2) Jeq f(9r(2),16) J，选项D错误。7(多选)(2020山东威海市质检)如图甲所示为手机无线充电工作原理的示意图，由送电

11、线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为n50匝，电阻r1.0 ，在它的c、d两端接一阻值R9.0 的电阻。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的规律变化，可在受电线圈中产生电动势最大值为20 V的正弦交流电，磁场竖直向上为正，则()甲乙A在t103 s时，受电线圈中产生感应电流的大小为2.0 AB在t103 s时，c端电势低于d端电势C在一个周期内，电阻R上产生的热量约为5.7103 JD从t1到t2时间内，通过电阻R的电荷量为2103AD由图像可知，t103 s时受电线圈中产生的感应电动势最大，为Em20 V，受电线圈中产生感应电流的大小为Imeq f(Em,Rr

12、)2.0 A，故A正确；由楞次定律可知，此时c端电势高于d端电势，故B错误；通过电阻R的感应电流的有效值为Ieq f(Im,r(2)eq r(2) A，电阻R在一个周期内产生的热量QI2RT5.7102 J，故C错误；线圈中感应电动势的平均值eq o(E,sup6()neq f(,t)，通过电阻R的电流的平均值为eq o(I,sup6()eq f(o(E,sup6(),Rr)，通过电阻R的电荷量qeq o(I,sup6()t，由图像可知，在eq f(T,4)eq f(3T,4)的时间内，|4104 Wb，解得qneq f(|,Rr)2103 C，故D正确。8(多选)如图所示，面积为S的矩形线圈

13、共N匝，线圈总电阻为R，在磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中绕竖直轴OO以角速度匀速转动，图示位置C与纸面共面，位置A与位置C成45角。线圈从位置A转过90到达位置B的过程中(位置A穿过线圈的磁通量为正)，下列说法正确的是()A穿过线圈的磁通量的变化量为eq r(2)BSB通过线圈某一截面的电荷量qeq f(r(2),R)NBSC为保证线圈匀速转动，外界须向线圈输入的能量为eq f(N2B2S2,4R)D平均电动势为eq f(r(2),2)NBSAB该过程初、末位置穿过线圈的磁通量大小不变，但方向相反，故磁通量的变化量|2BScos 45eq r(2)BS，A正确；通过线圈某一截面

14、的电荷量qeq f(o(E,sup6(),R)teq f(N|,R)eq f(r(2)NBS,R)，B正确；在转动过程中，外界对线圈做的总功等于线圈中产生的热量，线圈从位置C或从与位置C垂直的位置匀速转动eq f(1,4)周期的过程中，电压的有效值为Eeq f(r(2),2)NBS，用有效值计算得到电热为Qeq f(E2,R)t，teq f(f(,2),)，解得Qeq f(N2B2S2,4R)，但线圈从位置A转过90到达位置B的过程中，A与B并不对应中性面或与中性面垂直的这样的特殊位置，该eq f(T,4)内线圈的电压有效值不是E，故电流做功产生的热量不等于Q，C错误；eq o(E,sup6(

15、)Neq f(|,t)eq f(Nr(2)BS,f(f(,2),)eq f(2r(2)NBS,)，D错误。9空间内存在范围足够大、竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场，在其间竖直固定两个相同的、彼此正对的金属细圆环a、b，圆环a在前、圆环b在后，圆环直径均为d，两环间距为L，现用导线把阻值为R的外电阻与圆环相连，如图所示。一根细金属棒保持水平、贴在两圆环内侧做角速度为的逆时针匀速圆周运动，金属棒电阻为r。棒与两圆环始终接触良好，圆环电阻不计。则下列说法正确的是()A金属棒在最低点时回路电流最小B金属棒在圆环的上半部分运动时(不包括最左和最右点)，a环电势低于b环电势C从最高点开始计时，回路电流的

16、瞬时值为ieq f(r(2)BLd,4Rr)cos tD电阻R两端电压的有效值为Ueq f(r(2)BLdR,4Rr)D金属棒在磁场中运动时，产生正弦式交流电，而且在最高点和最低点，由于速度方向与磁场方向垂直，产生的感应电动势最大，感应电流也最大，A错误；金属棒相当于电源，根据右手定则，在上半部分运动时，电流从b流向a，a相当于电源的正极，因此，a环电势高于b环电势，B错误；金属棒运动的速度veq f(d,2)，在最高点时电动势瞬时值EmBLveq f(BLd,2)，因此从最高点开始计时，回路电流的瞬时值为ieq f(Em,Rr)cos teq f(BLd,2Rr)cos t，C错误；回路中电

17、动势的有效值Eeq f(Em,r(2)eq f(r(2)BLd,4)，因此电阻R两端电压的有效值为Ueq f(ER,Rr)eq f(r(2)BLdR,4Rr)，D正确。10(多选)如图所示，足够长的两平行光滑金属导轨MN、PQ水平放置，间距l1 m，导轨中间分布有磁感应强度为1 T的匀强磁场，磁场边界为正弦曲线。一粗细均匀的导体棒以v010 m/s的速度向右匀速滑动，定值电阻R的阻值为1 ，导体棒接入电路的电阻r也为1 ，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，导轨电阻不计，下列说法正确的是()A电压表的示数为2.5 VB导体棒运动到图示位置时，有电流流过电阻RC流经电阻R的最大电流为5 AD导

18、体棒上的热功率为6.25 WACD导体棒切割磁感线产生的感应电动势的最大值EmBlv010 V，流经电阻R的最大电流Imeq f(Em,Rr)5 A，产生的是正弦式交变电流，则感应电动势的有效值Eeq f(Em,r(2)5eq r(2) V，当a端电势低于b端电势时，二极管截止，故由电流的热效应可得eq f(E2,Rr)Teq f(5r(2)2,Rr)eq f(T,2)，解得E5 V，由闭合电路欧姆定律得，电压表的示数为2.5 V，故A、C正确；导体棒运动到图示位置时，由右手定则可知导体棒中产生的电流方向由ab，b端电势高，由于二极管具有单向导通特性，可知此时无电流流过电阻R，故B错误；导体棒

19、上的电流的有效值为Ieq f(E,Rr)2.5 A，所以导体棒上的热功率为PI2r2.521 W6.25 W，故D正确。11如图1所示，一个半径为r的半圆形线框，以直径ab为轴匀速转动，周期为T，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度大小为B。M和N是两个集流环，负载电阻为R，线框电阻为R0，摩擦和其他部分的电阻均不计，从图示位置开始计时。图1图2(1)在图2中画出线框产生的电动势随时间变化的图像(至少画两个周期)；(2)求线框转过eq f(T,4)时间内通过负载电阻R的电荷量；(3)求线框转过eq f(T,4)时间内外力做的功；(4)求电压表的示数。解析(1)根据题意

20、得，最大电动势Emeq f(1,2)Br2eq f(2,T)eq f(B2r2,T)电动势随时间变化的图像如图所示。(2)从图示位置起转过eq f(1,4)圈的时间内，穿过线框平面的磁通量的变化量为eq f(1,2)Br2又eq o(E,sup6()eq f(,t)，则通过负载电阻R的电荷量为qeq o(I,sup6()teq f(o(E,sup6(),RR0)teq f(|,RR0)eq f(Br2,2RR0)。(3)线框转过eq f(T,4)时间内外力做的功Weq f(U2,RR0)teq f(blc(rc)(avs4alco1(f(Em,r(2)eq sup12(2),RR0)eq f(

21、T,4)eq f(B24r4,8RR0T)。(4)根据电流的热效应得eq f(E2,RR0)Teq f(blc(rc)(avs4alco1(f(Em,r(2)eq sup12(2),RR0)eq f(1,2)T解得电动势有效值Eeq f(Em,2)eq f(B2r2,2T)则电压表的示数为Ueq f(E,RR0)Req f(B2r2R,2RR0T)。答案(1)见解析图(2)eq f(Br2,2RR0)(3)eq f(B24r4,8RR0T)(4)eq f(B2r2R,2RR0T)12如图甲所示，边长分别为l和L的矩形线框aa、bb互相垂直，彼此绝缘，可绕中心轴O1O2转动，将两线框的始端并在一起接到滑环C，末端并在一起接到滑环D，C、D彼此绝缘，阻值为eq f(r