2022高考物理微專題79交變電流的產(chǎn)生和描述

1、第十二章交變電流微專題79交變電流的產(chǎn)生和描述1交變電流的產(chǎn)生往往與交變電流圖像結(jié)合出題，要能將交變電流的圖像與線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，分析電流、電動(dòng)勢(shì)、磁通量的變化規(guī)律.2.交流電氣設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值、交流電壓表和電流表的測(cè)量值都是交變電流的有效值，只有正弦式交變電流的峰值才是有效值的倍1.(2020百師聯(lián)盟模擬四)某發(fā)電機(jī)的原理簡(jiǎn)圖如圖1所示，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)以下說(shuō)法正確的是()圖1A線圈經(jīng)過(guò)圖示位置時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量為零，磁通量的變化率為零B線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90后，小燈泡中的電流方向發(fā)生變化，電流逐漸變大C線圈轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，電流的方向改變2次D從線圈經(jīng)過(guò)圖示位置開始計(jì)時(shí)，則

2、電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律為eEsin t答案B解析線圈位于題圖位置時(shí)，與中性面垂直，穿過(guò)線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大，A錯(cuò)誤；線圈垂直于題圖位置時(shí)，處于中性面，電流的方向要發(fā)生改變，電流的大小從零開始逐漸變大，B正確；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈，電流的方向改變4次，故C錯(cuò)誤；線圈從題圖位置開始計(jì)時(shí)，即從垂直中性面位置開始計(jì)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律為eEcos t，D錯(cuò)誤2(多選)(2020廣東廣州市階段檢測(cè))在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩個(gè)相同的矩形金屬線圈a、b分別繞線圈平面內(nèi)且與磁場(chǎng)垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像如圖2所示，則()圖2A線圈a的轉(zhuǎn)速是b的3倍B線圈b產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值為

3、10 VCt0.01 s時(shí)，線圈a恰好經(jīng)過(guò)中性面Dt0.03 s時(shí)，線圈b恰好經(jīng)過(guò)中性面答案BD解析由題圖可知，則線圈a、b的轉(zhuǎn)速之比為32，故A錯(cuò)誤；由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為EmNBSNBS2n，則，由題圖可知，a線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為15 V，則b線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為10 V，故B正確；由題圖可知，t0.01 s時(shí)，線圈a中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，則此時(shí)線圈a位于垂直中性面的位置，故C錯(cuò)誤；t0.03 s時(shí)，線圈b中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，則此時(shí)線圈b恰好經(jīng)過(guò)中性面，故D正確3(2020百師聯(lián)盟模擬四)如圖3所示為一個(gè)單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的正弦式交變電流的

4、波形圖，若只將線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則()圖3A峰值變?yōu)?0 AB周期變?yōu)?.4 sC轉(zhuǎn)速變?yōu)?00 r/sD提高轉(zhuǎn)速前，在t0.05 s到t0.1 s時(shí)間內(nèi)，穿過(guò)線圈的磁通量逐漸增大答案A解析由題圖可知電流的瞬時(shí)表達(dá)式可表示為icos t，則峰值為10 A，周期為0.2 s，轉(zhuǎn)速n5 r/s，當(dāng)轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉?lái)的2倍時(shí)，則角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，周期變?yōu)樵瓉?lái)的一半，峰值變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，即峰值變?yōu)?0 A，A正確；周期變?yōu)?.1 s，B錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)速變?yōu)?0 r/s，C錯(cuò)誤；提高轉(zhuǎn)速前，t0.05 s到t0.1 s時(shí)間內(nèi)，電流逐漸增大，穿過(guò)線圈的磁通量逐漸減小，但變化率變大，D錯(cuò)誤4.(2020甘肅

5、威武市三診)如圖4所示，矩形線圈處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈通過(guò)電刷與定值電阻R及理想電流表相連接，線圈繞中心軸線OO以恒定的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，t0時(shí)刻線圈位于與磁場(chǎng)平行的位置已知線圈的匝數(shù)為n，面積為S，阻值為r.則下列說(shuō)法正確的是()圖4At0時(shí)刻流過(guò)電阻R的電流方向向左B線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為enBSsin tC線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，電阻R兩端的電壓為D從t0時(shí)刻起，線圈轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)電阻R兩端的電壓為答案D解析t0時(shí)刻線圈與磁場(chǎng)方向平行，即線框的速度與磁場(chǎng)方向垂直，由右手定則可知，流過(guò)電阻R的電流方向向右，故A錯(cuò)誤；從線圈與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨

6、時(shí)間按正弦規(guī)律變化，且最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EmnBS，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為enBScos t，故B錯(cuò)誤；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EmnBS，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為EnBS，因此電阻R兩端的電壓為U，故C錯(cuò)誤；線圈從t0開始轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)，電阻R兩端的電壓為UR，故D正確5(多選)(2020安徽十校聯(lián)盟檢測(cè))如圖5甲所示，小型交流發(fā)電機(jī)的單匝矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈與一個(gè)阻值為R9 的電阻構(gòu)成閉合電路，線圈的電阻r1 .從中性面開始計(jì)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化(如圖乙所示)，則下列說(shuō)法正確的是()圖5A線圈的轉(zhuǎn)速為2.5 r/minB

7、電壓表的示數(shù)為9 VC通過(guò)線圈的最大磁通量為 WbD從中性面轉(zhuǎn)過(guò)90通過(guò)電阻R的電荷量為 C答案BC解析線圈的轉(zhuǎn)速n r/s2.5 r/s，故A錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)的峰值Em20 V，其有效值E10 V，電壓表的示數(shù)為U9 V，故B正確；電動(dòng)勢(shì)峰值表達(dá)式EmNmNm，解得m Wb Wb，故C正確；根據(jù)電磁感應(yīng)電荷量的推論公式得q C，故D錯(cuò)誤6.(2020山東日照市校際聯(lián)考)電阻為R的單匝閉合金屬線框，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞著與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖像如圖6所示下列判斷正確的是()圖6A.時(shí)刻線框平面與中性面平行B穿過(guò)線框的磁通量最大為C線框轉(zhuǎn)一周外力做的功為D從t到t的過(guò)程中，線框的平

8、均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為答案B解析由題圖知時(shí)e最大，磁通量為零，線框平面垂直于中性面，A錯(cuò)誤；由，最大電動(dòng)勢(shì)E0nBS，故mBS，故B正確；轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力做功WQT，而E，解得WT，故C錯(cuò)誤；從到T，平均電動(dòng)勢(shì)，故D錯(cuò)誤7.(多選)如圖7所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框面積為S，電阻為R，線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)下列說(shuō)法正確的是()圖7A當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為B當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)，感應(yīng)電流的瞬時(shí)值為C在轉(zhuǎn)過(guò)60的過(guò)程中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為D在轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，感應(yīng)電流的有效值為答案ACD解析因

9、為線框從中性面開始計(jì)時(shí)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為eBSsin t，轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e0BSsin 60BS，感應(yīng)電流的瞬時(shí)值為i0，故A正確，B錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)過(guò)60的時(shí)間為t，磁通量變化量21BScos 60BSBS，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為|，故C正確；感應(yīng)電流的最大值為Imax，感應(yīng)電流的有效值I，故D正確8(2020百師聯(lián)盟模擬四)利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦?，可以?duì)交變電流進(jìn)行整流，將交變電流變?yōu)橹绷鳎环N簡(jiǎn)單的整流電路如圖8甲所示，ab為交變電流信號(hào)輸入端，D為半導(dǎo)體二極管，R為定值電阻信號(hào)輸入后，電阻R兩端輸出的電壓信號(hào)如圖乙所示，則關(guān)于該輸出信號(hào)，下列說(shuō)法正確的是()圖

10、8A頻率為100 HzB電壓有效值為50 VC一個(gè)標(biāo)有“90 V30 F”的電容器并聯(lián)在電阻R兩端，可以正常工作D若電阻R10 ，則1 min內(nèi)R產(chǎn)生的熱量為1.5104 J答案D解析由圖乙可知，該電壓的周期為0.02 s，故頻率為50 Hz，A錯(cuò)誤；由電流的熱效應(yīng)知，一個(gè)周期內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量0.01 s0.02 s，故電壓有效值為U有50 V，B錯(cuò)誤；電容器兩端的瞬時(shí)電壓不應(yīng)超過(guò)標(biāo)稱電壓，C錯(cuò)誤；電阻R產(chǎn)生的熱量應(yīng)使用電壓的有效值進(jìn)行計(jì)算，故產(chǎn)生的熱量為Qt1.5104 J，D正確9(多選)(2020河北邯鄲市期末)交流發(fā)電機(jī)的線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的水平軸逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每秒轉(zhuǎn)動(dòng)10轉(zhuǎn)，線圈

11、從圖9所示位置開始計(jì)時(shí)，電流表的示數(shù)為1 A已知線圈匝數(shù)為500匝，線圈內(nèi)阻r1.0 ，外接電阻R9.0 .以下判斷正確的是()圖9A圖示時(shí)刻交變電流方向?yàn)锳DCBAB通過(guò)線圈磁通量的最大值為103 WbCt s時(shí)線圈磁通量的變化率為 Wb/sDt s時(shí)外接電阻R所消耗的電功率為10 W答案AB解析由右手定則可知，圖示時(shí)刻電流方向?yàn)锳DCBA，故A正確電動(dòng)勢(shì)的有效值：EI(Rr)1(9.01.0) V10 V，電動(dòng)勢(shì)的峰值：EmE10 V，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值：EmNBS，通過(guò)線圈磁通量的最大值mBS，代入數(shù)據(jù)解得：m103 Wb，故B正確線圈做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度2n20 rad/s，從圖示位置開始計(jì)

12、時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsin (t90)Emcos t10cos 20t(V)，t s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值：e10 V，此時(shí)磁通量的變化率 Wb/s，故C錯(cuò)誤求電功率應(yīng)用有效值，t s時(shí)外接電阻R所消耗的電功率PI2R()2R()29 W9 W，故D錯(cuò)誤10(多選)(2020四川成都市第二次診斷)圖10(a)為一交流發(fā)電機(jī)示意圖，線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞固定軸OO沿順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，圖(b)是該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t按余弦規(guī)律變化的圖像已知線圈電阻為2.5 ，定值電阻R10 ，電表均為理想交流電表由此可以判定()圖10A電流表讀數(shù)為0.8 AB電壓表讀數(shù)為10 VCt0.1 s時(shí)

13、刻，穿過(guò)線圈的磁通量為零D00.05 s內(nèi)，通過(guò)電阻R的電荷量為0.08 C答案AC解析電動(dòng)勢(shì)有效值為E10 V，電流表的讀數(shù)I A0.8 A，電壓表讀數(shù)UIR8 V，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；t0.1 s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，此時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量為零，選項(xiàng)C正確；00.05 s內(nèi)，通過(guò)電阻R的電荷量為qt，則q C C0.036 C，選項(xiàng)D錯(cuò)誤11(多選)(2020湖北武漢市質(zhì)量檢測(cè))如圖11(a)所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一電阻均勻的正方形單匝導(dǎo)線框abcd繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸ab勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖(b)所示，若線框總電阻為5 ，則()圖11Acd邊兩端電壓的有效值為1

14、6.5 VB當(dāng)線框平面與中性面的夾角為45時(shí)，線框產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小為22 VC在00.01 s時(shí)間內(nèi)，通過(guò)線框某一橫截面的電荷量為4.4102 CD線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的焦耳熱為3.87 J答案AB解析根據(jù)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化曲線可得，該電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e22sin t(V)22sin 100t(V)，則該電動(dòng)勢(shì)的有效值為E22 V，cd邊兩端電壓的有效值為UcdE16.5 V，A正確；當(dāng)線框平面與中性面的夾角為45，即t時(shí)，線框產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為e22 V，B正確；由題圖(b)可得交流電的周期為T0.02 s，在00.01 s時(shí)間內(nèi)，即半個(gè)周期內(nèi)，通過(guò)線框某一橫截面的電荷量為qt，EmBS22 V，則

15、BS Tm2，q C4.0102 C，C錯(cuò)誤；該交變電流的有效值為I4.4 A，根據(jù)焦耳定律可得，線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的焦耳熱為QI2RT1.936 J，D錯(cuò)誤12(多選)(2020湖北黃岡中學(xué)模擬)如圖12甲所示是一種振動(dòng)發(fā)電裝置的示意圖，半徑為r0.1 m、匝數(shù)n20的線圈位于輻向分布的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示)，線圈所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B T，線圈電阻為R10.5 ，它的引出線接有R29.5 的小電珠L(zhǎng)，外力推動(dòng)線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，線圈運(yùn)動(dòng)速度v隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖丙所示(摩擦等損耗不計(jì))，則()圖12A小電珠中電流的峰值為

16、0.16 AB小電珠中電流的有效值為0.16 AC電壓表的示數(shù)約為1.5 VDt0.1 s時(shí)外力的大小為0.128 N答案AD解析由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律知道，線圈在磁場(chǎng)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小符合正弦曲線變化規(guī)律，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為EmnBlvnB2rvm，故小電珠中電流的峰值為Im A0.16 A，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；電壓表示數(shù)為UR21.07 V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)t0.1 s也就是時(shí)，外力的大小為FnB2rIm0.128 N，選項(xiàng)D正確13(多選)(2020河南洛陽(yáng)市一模)如圖13所示，匝數(shù)為N、內(nèi)阻為r的矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的bc邊以角速度勻速轉(zhuǎn)

17、動(dòng)，其線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em，閉合回路中兩只完全相同的燈泡均能正常發(fā)光，此時(shí)它們的電阻均為R.則()圖13A. 從圖中位置開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表達(dá)式為eEmsin tB. 穿過(guò)線圈的最大磁通量為C. 從圖中位置開始計(jì)時(shí)，四分之一周期內(nèi)通過(guò)燈泡A1的電荷量為D. 增大角速度時(shí)，燈泡A1變暗，A2變亮答案AB解析題圖中位置，線圈處于中性面位置，磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式eEmsin t，而EmNBS，則穿過(guò)線圈的最大磁通量BS，故A、B正確；從題圖中位置開始計(jì)時(shí)，四分之一周期內(nèi)，磁通量變化量BS，則通過(guò)干路的電荷量qN，本題中總電阻無(wú)法確定，故通過(guò)燈泡A

18、1的電荷量無(wú)法確定，故C錯(cuò)誤；根據(jù)電動(dòng)勢(shì)最大值公式EmNBS，增大線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度時(shí)，頻率變大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em變大，同時(shí)由于電感線圈對(duì)交流電有阻礙作用，交流電的頻率越大，阻礙作用越大，而電容器對(duì)交流有阻礙，交流電頻率越大，阻礙越小，故燈泡A1變亮，但由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變大，故燈泡A2明亮程度未知，故D錯(cuò)誤14.(多選)(2020湖北荊門市1月調(diào)考)如圖14所示，固定平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌M、N放置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌間距L1 m，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B5 T，方向垂直于導(dǎo)軌平面向下，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體棒使其在磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)，速度隨時(shí)間的變化規(guī)律為v2sin 10t(m/s)，導(dǎo)軌與阻值為R9 的外電阻相連，已知導(dǎo)體棒的電阻為r1 ，不計(jì)導(dǎo)