2025屆高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)作業(yè)49交變電流的產(chǎn)生和描述含解析魯科版VIP

PAGE8-課時(shí)作業(yè)49交變電流的產(chǎn)生和描述時(shí)間：45分鐘1．一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變更的圖象如圖甲所示，則下列說法中正確的是(C)A．t＝0時(shí)刻線圈平面與中性面垂直B．t＝0.02s時(shí)刻，線圈磁通量的變更率達(dá)最大C．t＝0.01s時(shí)刻，瞬時(shí)電流達(dá)到最大D．該線圈相應(yīng)的溝通電動(dòng)勢圖象如圖乙所示解析：由甲圖知t＝0時(shí)刻磁通量最大，線圈平面應(yīng)在中性面，A錯(cuò)誤；t＝0.02s時(shí)刻，磁通量最大，磁通量的變更率為零，B錯(cuò)誤；t＝0.01s時(shí)刻，磁通量為零，磁通量的變更率最大，溝通電動(dòng)勢最大，瞬時(shí)電流最大，故C正確；由甲圖知溝通電動(dòng)勢的圖象應(yīng)為正弦圖象，D錯(cuò)誤．2．一溝通電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝200eq\r(2)sin50πt(V)，下列推斷正確的是(D)A．該溝通電壓的頻率為50HzB．t＝0.01s時(shí)，該溝通電壓的瞬時(shí)值為50eq\r(2)VC．干脆用電壓表測該溝通電壓，其示數(shù)為200eq\r(2)VD．若將該溝通電壓加在阻值為2kΩ的電阻兩端，則電阻的發(fā)熱功率為20W解析：本題考查交變電流的相關(guān)物理量的計(jì)算問題．由溝通電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式可知ω＝50πrad/s，由ω＝2πf可得該溝通電壓的頻率為f＝25Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在t＝0.01s時(shí)，該溝通電壓的瞬時(shí)值為200eq\r(2)V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；干脆用電壓表測量溝通電壓，測量的結(jié)果為有效值，示數(shù)為U＝200V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若將該溝通電壓加在阻值為2kΩ的電阻兩端，由P＝eq\f(U2,R)可知發(fā)熱功率為20W，選項(xiàng)D正確．3．A、B是兩個(gè)完全相同的電熱器，A通以圖甲所示的方波交變電流，B通以圖乙所示的正弦式交變電流，則兩電熱器的電功率PAPB等于(A)A．54 B．32C．eq\r(2)1 D．21解析：依據(jù)電流有效值的定義可知Ieq\o\al(2,0)Req\f(T,2)＋(eq\f(I0,2))2Req\f(T,2)＝Ieq\o\al(2,A)RT，解得有效值IA＝eq\r(\f(5,8))I0，而IB＝eq\f(I0,\r(2))，依據(jù)功率的計(jì)算公式P＝I2R可得PAPB＝Ieq\o\al(2,A)Ieq\o\al(2,B)＝54，故A正確．4．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(dòng)，線框中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值隨時(shí)間變更的規(guī)律為e＝20eq\r(2)sin100πt(V)．下列說法正確的是(D)A．該線框轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率是100HzB．該線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢最大值是20VC．t＝0.005s時(shí)刻，線框平面與中性面重合D．t＝0.05s時(shí)刻，穿過線框的磁通量變更率為0解析：依據(jù)題述線框中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值隨時(shí)間變更的規(guī)律為e＝20eq\r(2)sin100πt(V)，可知2πf＝100π，解得該線框轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率f＝50Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢最大值是20eq\r(2)V，有效值為20V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；t＝0.005s時(shí)刻，線框中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值為e1＝20eq\r(2)sin0.5π(V)＝20eq\r(2)V，此時(shí)線框平面與中性面垂直，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；t＝0.05s時(shí)刻，線框中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值為e2＝20eq\r(2)sin5π(V)＝0，可知此時(shí)穿過線框的磁通量變更率為0，線框平面與中性面重合，選項(xiàng)D正確．5．如圖所示為一溝通電電流隨時(shí)間變更的圖象，此溝通電電流的有效值為(B)A．7A B．5AC．3.5eq\r(2)A D．3.5A解析：本題考查交變電流有效值的計(jì)算．依據(jù)有效值的定義有2×(4eq\r(2))2R×0.01(J)＋2×(3eq\r(2))2R×0.01(J)＝I2R×0.04(J)，解得I＝5A，故B正確．6．(多選)圖甲是一臺小型發(fā)電機(jī)的構(gòu)造示意圖，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢e隨時(shí)間t變更的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示．發(fā)電機(jī)線圈的內(nèi)電阻r＝2Ω，外接燈泡的電阻R＝10Ω.則(AC)A．在t＝0.01s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量最大B．電壓表的示數(shù)為6VC．燈泡消耗的電功率為2.5WD．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢的表達(dá)式e＝6eq\r(2)sin50πt(V)解析：在t＝0.01s時(shí)刻，電動(dòng)勢為0，則為中性面，穿過線圈磁通量最大，A正確；電動(dòng)勢的最大值為Em＝6eq\r(2)V，周期為0.02s，則瞬時(shí)電動(dòng)勢的表達(dá)式為e＝Emsin(eq\f(2π,T))t＝6eq\r(2)sin100πt(V)，電壓表的示數(shù)為溝通電的有效值，且電壓表測量外電路電壓，故U＝eq\f(E,R＋r)R＝eq\f(\f(Em,\r(2)),R＋r)R＝5V，B、D錯(cuò)誤；燈泡消耗的功率P＝eq\f(U2,R)＝eq\f(25,10)W＝2.5W，C正確．7.(多選)如圖所示，線圈ABCD匝數(shù)n＝10，面積S＝0.4m2，邊界MN(與線圈的AB邊重合)右側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(2,π)T的勻強(qiáng)磁場，若線圈從圖示位置起先繞AB邊以ω＝10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．則以下說法正確的是(BD)A．線圈產(chǎn)生的是正弦溝通電B．線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢為80VC．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)eq\f(1,60)s時(shí)瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢為40eq\r(3)VD．線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為40V解析：線圈在有界勻強(qiáng)磁場中將產(chǎn)生正弦半波脈動(dòng)電流，故A錯(cuò)誤；電動(dòng)勢最大值Em＝nBSω＝80V，故B正確；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)eq\f(1,60)s、轉(zhuǎn)過角度eq\f(π,6)，瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢為e＝Emsineq\f(π,6)＝40V，故C錯(cuò)誤；在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，只有半個(gè)周期產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，依據(jù)有效值的定義有(eq\f(Em,\r(2)R))2R·eq\f(T,2)＝(eq\f(E,R))2RT，可得電動(dòng)勢有效值E＝eq\f(Em,2)＝40V，故D正確．8．(多選)如圖所示，邊長為L的正三角形金屬線框處于勻強(qiáng)磁場中，起先時(shí)線框平面與磁場垂直，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，讓線框以AB邊為軸以角速度ω在磁場中勻速轉(zhuǎn)過180°，則有(CD)A．通過線框?qū)Ь€截面的電荷量為0B．線框中的感應(yīng)電流方向先沿ACBA后沿ABCAC．線框中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為eq\f(\r(3)ωBL2,2π)D．線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為eq\f(\r(6)ωBL2,8)解析：由楞次定律可知，線框轉(zhuǎn)過180°的過程中，感應(yīng)電流方向始終沿ACBA，通過線框?qū)Ь€截面的電荷量不為零，故A、B錯(cuò)誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，平均感應(yīng)電動(dòng)勢eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(2BS,\f(π,ω))＝eq\f(2B×\f(1,2)L×Lsin60°,\f(π,ω))＝eq\f(\r(3)ωBL2,2π)，故C正確；感應(yīng)電動(dòng)勢峰值Em＝BSω＝B×eq\f(1,2)L×Lsin60°×ω＝eq\f(\r(3)ωBL2,4)，線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流，電動(dòng)勢的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(\r(6)ωBL2,8)，故D正確．9.如圖所示，將一根勻稱導(dǎo)線圍成圓心角為60°的扇形導(dǎo)線框OMN，O為圓心，半徑為R，線框總電阻為r，將線框O點(diǎn)置于坐標(biāo)系的原點(diǎn)，在其次、四象限有垂直于紙面對外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．從t＝0時(shí)刻起先，導(dǎo)線框繞O點(diǎn)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值為(C)A．eq\f(BωR2,2r) B．eq\f(\r(2)BωR2,4r)C．eq\f(\r(6)BωR2,6r) D．eq\f(\r(15)BωR2,6r)解析：本題考查旋轉(zhuǎn)線框切割磁感線產(chǎn)生交變電流有效值的計(jì)算．線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中，兩次進(jìn)入磁場、兩次離開磁場，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流的時(shí)間為t＝eq\f(4×60°,360°)T＝eq\f(2,3)T；轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E′＝eq\f(1,2)BR2ω，設(shè)感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為E，依據(jù)有效值的計(jì)算公式可得eq\f(E2,r)T＝eq\f(E′2,r)t，解得E＝eq\f(\r(6)BωR2,6)，則導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值為I＝eq\f(E,r)＝eq\f(\r(6)BωR2,6r)，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．10．在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過該線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變更關(guān)系如圖所示，已知線圈總電阻為2Ω，則(C)A．t＝1.0s時(shí)線圈平面平行于磁感線B．t＝1.5s時(shí)線圈中感應(yīng)電流為0C．t＝2.0s時(shí)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為0D．一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量為8J解析：本題通過Φ-t圖象考查交變電流問題．t＝1.0s時(shí)磁通量最大，線圈平面垂直于磁感線，而非平行于磁感線，故A錯(cuò)誤；t＝1.5s時(shí)磁通量變更率最大，線圈中感應(yīng)電流不為0，故B錯(cuò)誤；t＝2.0s時(shí)線圈的磁通量變更率為零，故感應(yīng)電動(dòng)勢為0，故C正確；一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量Q＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Em,\r(2))))2eq\f(1,R)T，同時(shí)Em＝nBSω＝nΦmeq\f(2π,T)，解得熱量為8π2J，故D錯(cuò)誤．11．如圖所示，在磁極和圓柱狀鐵芯間形成的兩部分磁場區(qū)域的圓心角α均為eq\f(4,9)π，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bc＝2L，線圈繞中軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對外電阻R供電．若線圈電阻為r，電流表內(nèi)阻不計(jì)，則下列說法正確的是(D)A．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生正弦式溝通電B．從圖示位置起先轉(zhuǎn)過90°角時(shí)，電流方向?qū)l(fā)生變更C．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的磁通量的變更率不變D．電流表的示數(shù)為eq\f(4BL2ω,3R＋r)解析：本題采納特別規(guī)模型考查交變電流的產(chǎn)生問題．bc邊向上切割時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)閏→b，bc邊向下切割時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)閎→c，所以線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，流過電阻R的電流是溝通電，但電流的大小不變，所以產(chǎn)生的不是正弦式溝通電，故A錯(cuò)誤；從圖示位置起先轉(zhuǎn)過90°角時(shí)，電流方向不發(fā)生變更，故B錯(cuò)誤；只有bc邊和ad邊均在磁場中時(shí)，穿過線圈的磁通量的變更率不變，故C錯(cuò)誤；一個(gè)周期內(nèi)，有電流產(chǎn)生的時(shí)間為t＝eq\f(4,9)T，Em＝BSω＝2BL2ω，由有效值的定義有eq\f(E\o\al(2,m),R＋r)·t＝eq\f(E2,R＋r)·T，解得E＝eq\f(4BL2ω,3)，則線圈上電流的有效值(即電流表示數(shù))為I＝eq\f(4BL2ω,3R＋r)，故D正確．12.如圖所示，n匝矩形線圈abcd，放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，線圈面積為S，勻強(qiáng)磁場的邊界線OO′恰好位于ab和cd中點(diǎn)的連線上，線圈繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈與一個(gè)阻值為R的電阻相連，其余電阻不計(jì)．則從圖示位置起先計(jì)時(shí)，以下推斷正確的是(D)A．圖中電壓表的示數(shù)為eq\f(nBSω,2)B．該線圈轉(zhuǎn)過90°過程中，通過R的電荷量為eq\f(BS,2R)C．t時(shí)間內(nèi)，電阻R產(chǎn)生的熱量為eq\f(n2B2S2ω2t,4R)D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至30°時(shí)，磁通量變更率為eq\f(BSω,4)解析：本題考查交變電流的產(chǎn)生和描述．由于線圈只有一側(cè)邊在磁場中切割磁感線，所以線圈繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大值為Em＝eq\f(nBSω,2)，圖中電壓表的示數(shù)為U＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(nBSω,2\r(2))，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該線圈轉(zhuǎn)過90°過程中，磁通量變更ΔΦ＝eq\f(BS,2)，通過R的電荷量為q＝I·t＝neq\f(ΔΦ,R)＝neq\f(BS,2R)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；t時(shí)間內(nèi)，電阻R產(chǎn)生的熱量為Q＝eq\f(U2,R)t＝eq\f(n2B2S2ω2t,8R)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過30°時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E＝eq\f(nBSω,2)sin30°＝eq\f(nBSω,4)，由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)可得此時(shí)磁通量變更率為eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BSω,4)，選項(xiàng)D正確．13．圖甲是溝通發(fā)電機(jī)模型示意圖．在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞OO′轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路．圖乙是線圈的主視圖，導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示．已知ab長度為L1，bc長度為L2，線圈以恒定角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．(只考慮單匝線圈)(1)從線圈平面處于中性面位置時(shí)起先計(jì)時(shí)，試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e1的表達(dá)式；(2)從線圈平面處于與中性面成φ0角位置時(shí)起先計(jì)時(shí)，如圖丙所示，