2021物理滬科版新課程一輪復(fù)習(xí)核心素養(yǎng)測(cè)評(píng) 三十一 交變電流的產(chǎn)生和描述含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2021高考物理滬科版新課程一輪復(fù)習(xí)核心素養(yǎng)測(cè)評(píng)三十一交變電流的產(chǎn)生和描述含解析溫馨提示：此套題為Word版，請(qǐng)按住Ctrl，滑動(dòng)鼠標(biāo)滾軸，調(diào)節(jié)合適的觀看比例，答案解析附后。關(guān)閉Word文檔返回原板塊。核心素養(yǎng)測(cè)評(píng)三十一交變電流的產(chǎn)生和描述（45分鐘100分）一、選擇題（本題共9小題,每小題6分，共54分，1～6題為單選題,7~9題為多選題）1。(2019·武漢模擬)矩形線圈的匝數(shù)為50匝,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示,下列結(jié)論正確的是 （)A。在t=0.1s和t=0.3s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)最大B.在t=0。2s和t=0.4s時(shí),電動(dòng)勢(shì)最小C。電動(dòng)勢(shì)的最大值是157VD。在t=0。4s時(shí),磁通量變化率為零【解析】選C.由Φ—t圖象可知Φmax=BS=0。2Wb,T=0。4s，又因?yàn)镹=50,所以Emax=NBSω=NΦmax·2πT=157V，C正確;t=0。1s和0。3s時(shí)，Φ最大，e=0，變向0。2s和0。4s時(shí)，Φ=0,e=Emax最大,故A、B錯(cuò)誤，根據(jù)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)知當(dāng)t=0。4s時(shí)，ΔΦΔt最大,ΔΦΔt=Emax2.如圖所示,有一矩形線圈面積為S,匝數(shù)為N，總電阻為r，外電阻為R，接觸電阻不計(jì)。線圈繞垂直于磁感線的軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。則 （)A.當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，線圈中電流為零B.電流有效值I=2C.電動(dòng)勢(shì)的最大值為2NBSωD.外力做功的平均功率P=N【解析】選D。當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí),磁通量為零,磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈中電流不為零，故A錯(cuò)誤；根據(jù)Em=NBSω得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值是NBSω，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值U=NBSω2,所以電流有效值I=NBSω2(R+r)，故B、C錯(cuò)誤;根據(jù)能量守恒得:外力做功的平均功率等于整個(gè)電路消耗的熱功率,所以外力做功的平均功率P=I2（R+r）3.如圖甲所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速,繞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)圖象如圖乙中曲線a、b所示,則 ()A.兩次t=0時(shí)刻線圈平面與中性面垂直B。曲線a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3C.曲線a表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為50HzD。曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為52V【解析】選D.在t=0時(shí)刻，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小,線圈一定處在中性面上，故A錯(cuò)誤；由圖可知，a的周期為4×10—2s；b的周期為6×10—2s，則由n=1T可知，轉(zhuǎn)速與周期成反比,故轉(zhuǎn)速之比為3∶2,故B錯(cuò)誤;曲線a的交變電流的頻率f=125Hz，故C錯(cuò)誤；曲線a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為3∶2,曲線a表示的交變電動(dòng)勢(shì)最大值是15V,根據(jù)Em=NBSω得曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)最大值是10V，則有效值為U=102V=52V,故D4。匝數(shù)為100匝的線圈通有如圖所示的交變電流（圖中曲線為余弦曲線的一部分)，單匝線圈電阻r=0。02Ω,則在0~10s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱為 ()A。80J B.85JC。90J D。125J【解析】選B。根據(jù)有效值的定義方法可知:(32A)2R×T2+（2A）2×R×T2解得:I=172總電阻為:r總=100×0.02Ω=2Ω;則10s內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為:Q=I2r總t=（172）2×2×10J=85J，故選B5。（2020·武漢模擬）如圖所示，在磁極和圓柱狀鐵芯間形成的兩部分磁場(chǎng)區(qū)域的圓心角α均為49π，磁感應(yīng)強(qiáng)度B均沿半徑方向，單匝矩形線圈abcd的寬ab=L，長(zhǎng)bc=2L,線圈繞中軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)外電阻R供電,若線圈電阻為r，電流表內(nèi)阻不計(jì),則下列說(shuō)法正確的是A。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生正弦式交流電B.從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90°角時(shí),電流方向?qū)l(fā)生改變C.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線圈的磁通量的變化率不變D。電流表的示數(shù)為4【解析】選D。bc、ad邊的運(yùn)動(dòng)速度為:v=ωL2，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：Em=4BLv，解得：Em=2BL2ω,根據(jù)歐姆定律得電流為：Im=EmR+r，bc邊向左切割時(shí),感應(yīng)電流方向?yàn)閏→b，bc邊向右切割時(shí),感應(yīng)電流方向?yàn)閎→c，線圈切割磁感線時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量變化率不變且不為零，線圈在磁場(chǎng)外不切割磁感線時(shí)磁通量變化率為零,線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),流過(guò)電阻R的電流方向周期性變化，屬于交流電,電流的大小不變，故產(chǎn)生的不是正弦式交流電,一個(gè)周期內(nèi),通電時(shí)間為:t=49T，R上產(chǎn)生的焦耳熱為：Q=Im2Rt,且有:Q=I2RT,解得線圈上電流的有效值為：I=4BL6.如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)n=10匝的閉合矩形線圈繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場(chǎng)方向，線圈電阻為5Ω，從圖甲所示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),通過(guò)線圈平面的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示,則 （）A。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中消耗的電功率為10π2WB。在t=0.2s時(shí),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,且電流改變一次方向C。所產(chǎn)生的交變電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為e=10πsin(5πt)VD.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量變化最快【解析】選A。最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：Em=nBSω=nBS·2πT=nΦm·2πT=10×0.2×2π0.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為:E=Em2=10π2V=52線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中消耗的電功率為:P=E2R=(52π)25W=10π2W,故A正確；t=0。2s時(shí)，磁通量為0,線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，電流方向不變,故B錯(cuò)誤；由圖知角速度ω=2πT=2π0.4rad/s=5πrad/s,因?yàn)榫€圈從垂直中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，所以交變電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為e=10πcos(5πt)V，故C錯(cuò)誤；線圈在圖示位置磁通量為0，磁通量的變化率最大7。如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈abcd,其匝數(shù)為n,總電阻為r，外電路的電阻為R,ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線OO′恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線上,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若線圈從圖示位置開(kāi)始，以角速度ω繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則以下判斷中正確的是 (）A.閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式e=nBL2ωsinωtB。在t=π2ω時(shí)刻,磁場(chǎng)穿過(guò)線圈的磁通量最大C.從t=0時(shí)刻到t=π2ω時(shí)刻,電阻R上產(chǎn)生的熱量為D。從t=0時(shí)刻到t=π2ω時(shí)刻,通過(guò)R的電荷量【解析】選C、D。由閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式e=Emsinωt，得回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式e=12nBωL2sinωt，故A錯(cuò)誤；在t=π2ω時(shí)刻，線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°,此時(shí)磁場(chǎng)穿過(guò)線圈的磁通量最小，磁通量變化率最大,故B錯(cuò)誤;電壓有效值為Em2，從t=0到t=π2ω時(shí)刻,電阻n2B2L4πωR16(R+r)2,故C正確；從t=0到t=8.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一只矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖所示.則 （)A。交變電動(dòng)勢(shì)的頻率為100HzB。線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為100πrad/sC。t=0。01s時(shí)線框平面與中性面重合D.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311V【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn):（1）由圖可知特殊時(shí)刻的電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn),可判斷處于各個(gè)時(shí)刻的磁通量。(2）由圖可得周期，由周期可得角速度，依據(jù)角速度可得轉(zhuǎn)速。（3）由圖象還可知電動(dòng)勢(shì)的峰值和周期,根據(jù)有效值和峰值的關(guān)系便可求電動(dòng)勢(shì)的有效值?！窘馕觥窟xB、C。周期為T(mén)=0.02s,故頻率為:f=1T=50Hz，故A錯(cuò)誤;線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω=2πT=100πrad/s，故B正確;t=0。01s時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,線框平面與中性面重合，故C正確;由圖象可知,交流電的最大值Em=311V，有效值E=Em2=2209。如圖所示，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ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),其線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em，閉合回路中兩只燈泡均能正常發(fā)光。則 (）A。從圖中位置開(kāi)始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表達(dá)式為e=EmsinωtB.增大線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em不變C。增大電容器C兩極板間的正對(duì)面積時(shí)，燈泡A1變亮D.抽去電感器L的鐵芯時(shí),燈泡A2變暗【解析】選A、C。線圈處于圖示位置時(shí)，是中性面位置,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為零，故A正確;增大線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Em=nBSω增大，故B錯(cuò)誤；由C=εS4πkd可知,增大電容器C兩極板間的正對(duì)面積,則電容C增大，電容對(duì)交流電的阻礙作用減小，所以燈泡A1變亮，故C正確;抽出電感器的鐵芯,自感系數(shù)變小,電感器對(duì)交流電的阻礙作用減小，燈泡A2變亮,故二、計(jì)算題(16分,需寫(xiě)出規(guī)范的解題步驟）10。如圖所示,線圈abcd的面積是0.05m2，共100匝,線圈的總電阻為1Ω,外接電阻R=9Ω，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1πT,當(dāng)線圈以300（1)若從線圈處于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫(xiě)出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式;（2)線圈轉(zhuǎn)過(guò)130s時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值多大(3）電路中,電壓表和電流表的示數(shù)各是多少？(4)從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),經(jīng)130s通過(guò)電阻R的電荷量是多少【解析】(1)轉(zhuǎn)速n=300r/min=5r/s，故頻率f=n=5Hz,ω=2πf=2π×5rad/s=10πrad/s感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBSω=100×1π×0.05×10πV=50因?yàn)閺闹行悦骈_(kāi)始計(jì)時(shí)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化，e=Emsinωt=50sin10πtV(2)當(dāng)t=130s時(shí)e=50sin（10π×130)V≈43。3V(3)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E=Em2=502V≈電流表示數(shù)I=ER+r=35.電壓表示數(shù)U=IR=3。54×9V=31.86V。(4)130sθ=ωt=10π×130=π該過(guò)程中,ΔΦ=BS-BScosθ=12q=IΔt=NΔΦR+r=100×12答案:(1)e=50sin10πtV（2）43。3V（3）31.86V3.54A（4）1【加固訓(xùn)練】如圖所示，矩形線圈邊長(zhǎng)為ab=20cm,ad=10cm，匝數(shù)N=100匝,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0。01T。當(dāng)線圈以50（1）線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式。（2)從線圈開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)起計(jì)時(shí),經(jīng)0。01s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值?！窘馕觥?1)根據(jù)角速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系ω=2πn=100πrad/s感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBSω=NB·ab·ad·ω=2πV≈6。28V剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈平面與中性面的夾角φ0=π所以線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emsin（ωt+φ0）=6.28sin100πt+（2)將t=0.01s代入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式,得e=—3.14V。答案:（1)e=6.28sin100πt+（2)-3。14V11。(10分）如圖所示為一個(gè)經(jīng)雙可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓,正弦交流電的每一個(gè)12周期中，前面14周期被截去,A。Um B。UC.Um3 【解析】選D。由題圖可知，交流電壓的變化規(guī)律具有周期性,用電流熱效應(yīng)的等效法求解.設(shè)電燈的阻值為R，正弦交流電壓的有效值與峰值的關(guān)系是U=Um2,由于一個(gè)周期內(nèi)半個(gè)周期有交流電壓，一周期內(nèi)交流電產(chǎn)生的熱量為Q==Um22R·T2，設(shè)交流電壓的有效值為U,由電流熱效應(yīng)得Q=Um22R·T2=12。（20分）如圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈的匝數(shù)n=10、電阻r=1Ω,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接,電阻R=99Ω，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表.在t=0時(shí)刻,線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，穿過(guò)每匝線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化。求： 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值;（2)電路中交流電壓表的示數(shù);（3）試推導(dǎo)線圈在中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)該交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。【解析】(1）交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為：Em=nBSω而Φm=BS，ω=2πT所以Em=2由Φ—t圖線可知：Φm=2.0×10—2Wb,T=6.28×10—2s所以Em=20V（2