高考物理總復(fù)習(xí) 第十一章 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生及描述檢測(含解析)試題_第1頁
高考物理總復(fù)習(xí) 第十一章 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生及描述檢測(含解析)試題_第2頁
高考物理總復(fù)習(xí) 第十一章 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生及描述檢測(含解析)試題_第3頁
高考物理總復(fù)習(xí) 第十一章 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生及描述檢測(含解析)試題_第4頁
高考物理總復(fù)習(xí) 第十一章 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生及描述檢測(含解析)試題_第5頁
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交變電流的產(chǎn)生及描述(建議用時:60分鐘)【A級基礎(chǔ)題練熟快】1.(2019·北京豐臺聯(lián)考)如圖所示,(a)→(b)→(c)→(d)→(e)過程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖,線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上,cd邊連在金屬滑環(huán)L上,用導(dǎo)體制成的兩個電刷分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接.下列說法正確的是()A.圖(a)中,線圈平面與磁感線垂直,磁通量變化率最大B.從圖(b)開始計(jì)時,線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系是i=ImsinωtC.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時,感應(yīng)電流最小,且感應(yīng)電流方向改變D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時,感應(yīng)電動勢最小,ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a解析:選C.圖(a)中,線圈在中性面位置,穿過線圈的磁通量最大,磁通量變化率為0,故A錯誤;從線圈在中性面位置開始計(jì)時的表達(dá)式才是i=Imsinωt,故B錯誤;當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時,線圈在中性面位置,穿過線圈的磁通量最大,產(chǎn)生的感應(yīng)電流最小為零,電流方向?qū)⒏淖?,故C正確;當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時,磁通量最小,磁通量的變化率最大,感應(yīng)電動勢最大,ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a,故D錯誤.2.(2019·北京通州區(qū)一模)如圖所示,一個矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動軸與磁場方向垂直,產(chǎn)生交變電動勢瞬時值的表達(dá)式為e=30sin(100πt)V.下列說法正確的是()A.線圈平面與磁場垂直時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大B.線圈平面與磁場平行時,磁通量變化最快C.線圈產(chǎn)生交變電動勢的有效值為30VD.線圈產(chǎn)生交變電動勢的周期為0.01s解析:選B.線圈平面與磁場垂直時,磁通量最大,磁通量的變化率為零,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零,選項(xiàng)A錯誤;線圈平面與磁場平行時,磁通量為零,此時磁通量變化最快,選項(xiàng)B正確;線圈產(chǎn)生交變電動勢的最大值為30V,選項(xiàng)C錯誤;線圈產(chǎn)生交變電動勢的周期為T=eq\f(2π,ω)=eq\f(2π,100π)s=0.02s,選項(xiàng)D錯誤.3.(2019·廣西桂林期末聯(lián)考)一臺小型發(fā)電機(jī)與計(jì)算機(jī)相連接,計(jì)算機(jī)能將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的圖象記錄下來,如圖甲所示,讓線圈在勻強(qiáng)磁場中以不同的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動,計(jì)算機(jī)記錄了兩次不同轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖乙所示.則關(guān)于發(fā)電機(jī)先后兩次的轉(zhuǎn)速之比na∶nb和交流電b的最大值,下列結(jié)果正確的是()A.3∶2,eq\f(10\r(2),3)V B.3∶2,eq\f(20,3)VC.2∶3,eq\f(10\r(2),3)V D.2∶3,eq\f(20\r(3),3)V解析:選B.由圖可知,a的周期為0.4s,b的周期為0.6s,則由n=eq\f(1,T)可知,轉(zhuǎn)速與周期成反比,故曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為3∶2;曲線a表示的交變電動勢最大值是10V,根據(jù)Em=NBSω得曲線b表示的交變電動勢最大值是eq\f(20,3)V,故B正確,ACD錯誤.4.(多選)(2019·北京西城模擬)如圖所示,矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交流電動勢e=100eq\r(2)sin100πt(V).下列說法正確的是()A.交流電的頻率為100HzB.交流電動勢的有效值為100VC.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時電動勢為零D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時穿過線圈的磁通量為零解析:選BC.因?yàn)榻涣麟姷谋磉_(dá)式為e=100eq\r(2)sin100πt(V),所以ω=100π,um=100eq\r(2)V,所以交流電的頻率為f=eq\f(ω,2π)=50Hz,有效值U=eq\f(Um,\r(2))=eq\f(100\r(2),\r(2))V=100V,A錯誤,B正確;圖示位置磁通量最大,磁通量變化率為零,感應(yīng)電動勢為零,C正確,D錯誤.5.(2019·湖北荊門模擬)阻值為10Ω的電阻接到電壓如圖所示的交流電源上,以下說法中正確的是()A.電壓的有效值為10VB.通過電阻的電流有效值為eq\f(\r(2),2)AC.電阻消耗電功率為15WD.電阻每秒鐘產(chǎn)生的熱量為10J解析:選B.由u-t圖象,交流電壓最大值為10V,有效值U=eq\f(Um,\r(2))=5eq\r(2)V,故A錯誤;通過電阻的電流I=eq\f(U,R)=eq\f(5\r(2),10)A=eq\f(\r(2),2)A,故B正確;根據(jù)P=I2R,知電阻消耗的電功率P=(eq\f(\r(2),2))2×10W=5W,故C錯誤;電阻每秒產(chǎn)生熱量Q=Pt=5×1J=5J,故D錯誤.6.(多選)(2019·北京海淀模擬)如圖所示,KLMN是一個豎直的匝數(shù)為n的矩形導(dǎo)線框,全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平方向的勻強(qiáng)磁場中,線框面積為S,MN邊水平,線框繞豎直固定軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動.當(dāng)MN邊與磁場方向的夾角為30°時(圖示位置),下列說法正確的是()A.導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時電動勢的大小是eq\f(nBSω,2)B.導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時電動勢的大小是eq\f(\r(3)nBSω,2)C.線框中電流的方向是K→L→M→N→KD.線框中電流的方向是K→N→M→L→K解析:選BD.圖中的位置,線框的向右的磁通量增大,感應(yīng)電流的磁場方向向左,所以感應(yīng)電流的方向?yàn)椋篕→N→M→L→K;從垂直中性面開始計(jì)時感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式為E=Emcosωt,當(dāng)線圈平面與垂直中性面夾角為30°時,即ωt=30°,則E=eq\f(\r(3),2)Em=eq\f(\r(3),2)nBSω,故B、D正確,A、C錯誤.7.(2019·百校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示,邊長為L=0.4m的正方形線框ABCD放置在水平方向的勻強(qiáng)磁場中,線框的匝數(shù)N=10匝,線框總電阻r=4Ω,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=eq\f(1,π)T.t=0時刻,線框以角速度ω=10πrad/s繞垂直磁場方向的軸OO′從圖示位置開始逆時針勻速轉(zhuǎn)動,則()A.線框中產(chǎn)生交流電的頻率為10HzB.t=0.05s時,線框中的磁通量為eq\f(1,25π)WbC.t時刻線框中的感應(yīng)電動勢e=16cos(10πt)VD.線框消耗的電功率為64W解析:選C.由公式ω=2πf可知,f=eq\f(ω,2π)=eq\f(10π,2π)=5Hz,故A錯誤;由題意可知,從圖示位置開始經(jīng)時間t=0.05s時,轉(zhuǎn)過的角度為θ=ωt=10π×0.05=eq\f(π,2),此時磁通量最大,即為BS=eq\f(1,π)L2=eq\f(4,25π),故B錯誤;線框轉(zhuǎn)動過程中的最大感應(yīng)電動勢為Em=NBSω=10×eq\f(1,π)×eq\f(4,25)×10πV=16V,由于從垂直中性面開始計(jì)時所以表達(dá)式為:e=Emcosωt=16cos(10πt)V,故C正確;線框中的感應(yīng)電流的有效值為:I=eq\f(E,r)=eq\f(16,\r(2)×4)A=2eq\r(2)A,所以功率為P=I2r=(2eq\r(2))2×4W=32W,故D錯誤.8.(2019·四川成都聯(lián)考)如圖,勻強(qiáng)磁場中,一單匝矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,線框中產(chǎn)生的交變電動勢瞬時值隨時間變化的規(guī)律為e=20eq\r(2)sin(100πt)V.下列說法正確的是()A.該線框轉(zhuǎn)動的頻率是100HzB.該線框產(chǎn)生的交變電動勢最大值是20VC.t=0.005s時刻,線框平面與中性面重合D.t=0.05s時刻,穿過線圈的磁通量變化率為0解析:選D.該線框轉(zhuǎn)動的頻率是f=eq\f(ω,2π)=eq\f(100π,2π)=50Hz,選項(xiàng)A錯誤;該線框產(chǎn)生的交變電動勢最大值是20eq\r(2)V,選項(xiàng)B錯誤;t=0.005s時刻,線框轉(zhuǎn)過的角度為100π×0.005=eq\f(π,2),此時平面與中性面垂直,選項(xiàng)C錯誤;t=0.05s時刻,電動勢的瞬時值為0,此時穿過線圈的磁通量變化率為0,選項(xiàng)D正確.【B級能力題練穩(wěn)準(zhǔn)】9.(2019·河北張家口聯(lián)考)如圖甲、乙、丙所示的是三個具有相同I0和周期T的交變電流,分別通過三個相同的電阻,下列說法中正確的是()A.在相同時間內(nèi),三個電阻發(fā)熱量相等B.在相同時間內(nèi),甲是丙發(fā)熱量的2倍C.在相同時間內(nèi),甲是乙發(fā)熱量的eq\f(1,2)D.在相同時間內(nèi),乙發(fā)熱量最大,甲次之,丙的發(fā)熱量最小解析:選C.甲的有效值為:I=eq\f(I0,\r(2)),由Q=I2Rt可知一個周期內(nèi)甲的發(fā)熱量為:Q1=eq\f(1,2)Ieq\o\al(2,0)RT;乙前后半個周期電流大小相等,故其發(fā)熱量為:Q2=Ieq\o\al(2,0)RT;丙只有前半個周期有電流,故其發(fā)熱量為:Q3=Ieq\o\al(2,0)R×eq\f(1,2)T=eq\f(1,2)Ieq\o\al(2,0)RT;故可知在相同時間內(nèi),甲、丙發(fā)熱量相等,是乙發(fā)熱量的eq\f(1,2),故C正確,A、B、D錯誤.10.(多選)(2019·廣東七校聯(lián)考)如圖所示,豎直長導(dǎo)線通有恒定電流,一矩形線圈abcd可繞其豎直對稱軸O1O2轉(zhuǎn)動.當(dāng)線圈繞軸以角速度ω沿逆時針(沿軸線從上往下看)方向勻速轉(zhuǎn)動,從圖示位置開始計(jì)時,下列說法正確的是()A.t=0時,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大B.0~eq\f(π,2ω)時間內(nèi),線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcdaC.t=eq\f(π,2ω)時,線圈的磁通量為零,感應(yīng)電動勢也為零D.線圈每轉(zhuǎn)動一周電流方向改變兩次解析:選BD.通電導(dǎo)線在其周圍產(chǎn)生磁場,在其右側(cè)產(chǎn)生的磁場垂直于紙面向外,離導(dǎo)線越遠(yuǎn),磁場越弱,在t=0時刻,ab邊和cd邊轉(zhuǎn)動時,速度方向與磁場平行,故不切割磁感線不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,故A錯誤;在0~eq\f(π,2ω)時間內(nèi),穿過線圈的磁通量減小,根據(jù)楞次定律可知,線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcda,故B正確;t=eq\f(π,2ω)時,線圈的磁通量為零,ab邊和cd邊轉(zhuǎn)動時,磁通量的變化率不為零,故感應(yīng)電動勢不為零,故C錯誤;線圈每轉(zhuǎn)動一周電流方向改變兩次,故D正確.11.(多選)(2019·河南天一大聯(lián)考)在某種科學(xué)益智玩具中,小明找到了一個小型發(fā)電機(jī),其結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲、乙所示.圖甲中,線圈的匝數(shù)為n,ab長度為L1,bc長度為L2,電阻為r;圖乙是此裝置的正視圖,切割處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B,有理想邊界的兩個扇形磁場區(qū)夾角都是90°.外力使線圈以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動,電刷M端和N端接定值電阻,阻值為R,不計(jì)線圈轉(zhuǎn)動軸處的摩擦,下列說法正確的是()A.線圈中產(chǎn)生的是正弦式交變電流B.線圈在圖乙所示位置時,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E的大小為nBL1L2ωC.線圈在圖乙所示位置時,電刷M的電勢高于ND.外力做功的平均功率為eq\f((nBL1L2ω)2,R+r)解析:選BC.有兩個邊一直在均勻輻向磁場中做切割磁感線運(yùn)動,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,有:E=2nBL1v,其中v=eq\f(1,2)ωL2,解得E=nBL1L2ω,故不是正弦式交變電流,故A錯誤,B正確;根據(jù)根據(jù)右手定則,M端是電源正極,即M的電勢高于N的電勢,故C正確;由圖乙可知,線圈轉(zhuǎn)動一個周期時間內(nèi),產(chǎn)生電流的時間是半個周期,故外力平均功率P=eq\f(E2,2(R+r))=eq\f((nBL1L2ω)2,2(R+r)),故D錯誤.12.(2019·江蘇聯(lián)考)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)通過磁極的旋轉(zhuǎn)使不動的線圈切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流,其原理示意圖可簡化為:如圖所示,固定不動的單匝矩形線圈abcd的電阻為r,外電阻為R,磁場繞轉(zhuǎn)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,角速度為ω,周期為T.圖中的電壓表為理想電表,示數(shù)為U.求:(1)發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻消耗的功率;(2)從圖示位置開始計(jì)時,t=0時,通過外電阻R的電流及方向;(3)從圖示位置開始計(jì)時,t=eq\f(T,4)時,穿過矩形線圈abcd的磁通量.解析:(1)根據(jù)熱功率公式可知,Pr=(eq\f(U,R))2r;(2)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生正弦式交變電流,根據(jù)正弦式交變電流的最大值與有效值的關(guān)系可知,Umax=eq\r(2)U,t=0時,電流為最大值,所以電流I=eq\f(\r(2)U,R),根據(jù)“楞次定律”可知,電流方向?yàn)樽宰笙蛴遥?3)從圖示位置開始計(jì)時經(jīng)過eq\f(T,4),線圈轉(zhuǎn)到中性面位置,所以有Emax=BSω,磁通量Φ=BS,由以上各式可解得:Φ=eq\f(\r(2)U(R+r),ωR).答案:(1)(eq\f(U,R))2r(2)eq\f(\r(2)U,R),方向自左向右(3)eq\f(\r(2)U(R+r),Rω)13.(2019·北京海淀質(zhì)檢)如圖甲所示,長、寬分別為L1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi),其匝數(shù)為n,總電阻為r,可繞其豎直中心軸O1O2轉(zhuǎn)動.線框的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起,并通過電刷和定值電阻R相連.線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示,其中B0、B1和t1均為已知量.在0~t1的時間內(nèi),線框保持靜止,且線框平面和磁場垂直;t1時刻后線框在外力的驅(qū)動下開始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動.求:(1)0~t1時間內(nèi)通過電阻R的電流大??;(2)線框勻速轉(zhuǎn)動后,在轉(zhuǎn)動一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量

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