高考物理模型-專題08-正弦式交變電流模型-高考物理模型(原卷版)

②交變電流的平均值可用公式來計算，對于純電阻電路，.所成立，也可由計算.③在計算某段時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量時需用平均值.例1.如圖所示,將單匝正方形線圈的一半放入勻強磁場中（圖中虛線的左側(cè)有垂直于紙面向里的磁場），磁場的磁感應(yīng)強度B=7Ｔ。讓線圈以磁場邊界為軸以角速度＝rad/s勻速轉(zhuǎn)動，在邊的中點連接右側(cè)電路將電流輸送給小燈泡。線圈邊長L=O.4m，總電阻r=4，燈泡電阻例1題圖R＝3，不計P、Q的接觸電阻及導(dǎo)線電阻,則下列說法正確的是例1題圖理想電壓表的讀數(shù)為理想電壓表的讀數(shù)為從圖示位置開始,在線圈轉(zhuǎn)動的過程中，線圈中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電勢為從圖示位置開始，在線圈轉(zhuǎn)動的過程中，燈泡上產(chǎn)生的熱量為例2.如圖甲所示，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場.已知線圈的匝數(shù)n=100匝，電阻r=1.0Ω，所圍成矩形的面積S=0.040m2，小燈泡的電阻R=9.0Ω，磁場的磁感應(yīng)強度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達式為tV，其中Bm為磁感應(yīng)強度的最大值，T為磁場變化的周期.忽略燈絲電阻隨溫度的變化，求：（1）線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值；（2）小燈泡消耗的電功率；（3）在磁感應(yīng)強度變化的0～的時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量.例3.如圖甲所示，ab、cd以為兩根放置在同一水平面內(nèi)且相互平行的金屬軌道，相距L，右端連接一個阻值為R的定值電阻，軌道上放有一根導(dǎo)體棒MN，垂直兩軌道且與兩軌道接觸良好，導(dǎo)體棒MN及軌道的電阻均可忽略不計。整個裝置處于方向豎直向下的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B。導(dǎo)體棒MN在外辦作用下以圖中虛線所示范圍的中心位置為平衡位置做簡諧運動，振動周期為T，振幅為A，在t=0時刻恰好通過平衡位置，速度大小為v0，其簡諧運動的速度V隨時間t按余弦規(guī)律變化，如圖乙所示。則下列說法正確的是 例3題圖A．回路中電動勢的瞬時值為例3題圖B．導(dǎo)體棒MN中產(chǎn)生交流電的功率為C．通過導(dǎo)體棒MN的電流的有效值為D．在0等內(nèi)通過導(dǎo)體棒MN的電荷量為例4題圖例4.如圖所示，光滑的長直金屬桿上套兩個金屬環(huán)與一個完整正弦圖象的金屬導(dǎo)線ab連接，其余部分未與桿接觸。桿電阻不計，導(dǎo)線電阻為R，ab間距離為2L，導(dǎo)線組成的正弦圖形頂部或底部到桿距離都是d，在導(dǎo)線和桿平面內(nèi)有一有界勻強磁場區(qū)域，磁場的寬度為L，磁感強度為B，現(xiàn)在外力F作用下導(dǎo)線沿桿以恒定的速度v向右運動，t=0導(dǎo)線從時刻O點進入磁場，直到全部穿過過程中，外力F所做功為()例4題圖A．B．C．D．例5.磁懸浮鐵路系統(tǒng)是一種新型的交通運輸系統(tǒng)，它是利用電磁系統(tǒng)產(chǎn)生的吸引力或排斥力將車輛托起，使整個列車懸浮在導(dǎo)軌上。同時利用電磁力進行驅(qū)動。采用直線電機模式獲得驅(qū)動力的列車可簡化為如下情景：固定在列車下端的矩形金屬框隨車平移；軌道區(qū)域內(nèi)存在垂直于金屬框平面的磁場，磁感應(yīng)強度沿Ox方向按正弦規(guī)律分布，最大值為B0，其空間變化周期為2d，整個磁場以速度v1沿Ox方向向前高速平移，由于列車沿Ox方向勻速行駛速度v2與磁場平移速度不同，而且v1＞v2，列車相對磁場以v1-v2的速度向后移動切割磁感線，金屬框中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流受到的向前安培力即為列車向前行駛的驅(qū)動力。設(shè)金屬框電阻為R，長PQ=L，寬NP=d，求：例5題圖例5題圖（1）如圖為列車勻速行駛時的某一時刻，MN、PQ均處于磁感應(yīng)強度最大值處，此時金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的大小和方向；（2）列車勻速行駛S距離的過程中，矩形金屬線框產(chǎn)生的焦耳熱；（3）列車勻速行駛時所獲得的最大驅(qū)動力的大小，并定性畫出驅(qū)動力功率隨時間變化在時間內(nèi)的關(guān)系圖線三模型演練R練1圖1.實驗室里某一交流發(fā)電機模型可以簡化為如圖所示，正方形線圈在水平勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動。在發(fā)電機的輸出端連接一個定值電阻R=20，并用一個理想電壓表測量輸出電壓。已知線圈電阻為r=2，電壓表示數(shù)為20V。下列說法正確的是()R練1圖A．電阻R上的熱功率等于10WB．線圈位于中性面位置時，穿過線圈的磁通量為零C．假設(shè)線圈每秒轉(zhuǎn)100圈、并選擇合適的計時起點，則R上電壓的瞬時值表達式可以寫成VD．若用擊穿電壓大于20V的電容器C替換電路中的R，則從理論上講，電容器C能正常工作交流發(fā)電機在工作時電動勢為e＝Emsinωt，若將電機的轉(zhuǎn)速提高一倍，同時將線圈所圍面積減小一半，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)?)A.BCD練3圖3.電阻為1Ω的矩形線圈繞垂直于磁場方向的軸，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖象如圖所示．現(xiàn)把交流電加在電阻為9Ω的電熱絲上，下列判斷正確的是()練3圖A.線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω＝100rad/sB.在t＝0.01s時刻，穿過線圈的磁通量最大C.電熱絲兩端的電壓U＝100VD.電熱絲的發(fā)熱功率P＝1800W練4圖4.如圖所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法錯誤的是 （）練4圖A．在圖中t=0時刻穿過線圈的磁通量均為零B．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3：2C．交流電a的瞬時值為D．交流電b的最大值為5.如圖所示，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有面積為S匝數(shù)為n電阻為r的矩形線圈，繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)它由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，下面說法正確的是練5圖A．通過電阻的電量為B．通過電阻的電量為練5圖C．外力做的功為D．產(chǎn)生的平均電動勢為nBSω練6圖6.如圖正方形線框abcd長為L,每邊電阻均為r，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞cd軸以角速度轉(zhuǎn)動，c、d兩點與外電路相連、外電路電阻也為r。則下列說法中正確的是練6圖A．s斷開時，電壓表讀數(shù)為B。S斷開時．電壓表讀數(shù)為PuPuV12345Ot/10-2su/V311練7圖D．s閉合時．線框從圖示位置轉(zhuǎn)過過程中流過電流表的電量為練8圖7.右圖所示是某種型號的電熱毯的電路圖，電熱毯接在交流電源上，通過裝置p使加在電熱絲上的電壓的波形如右圖所示。此時接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為()練8圖A.110VB.156VC.220VD.311V8.如圖所示，間距為l的光滑平行金屬導(dǎo)軌，水平地放置在豎直方向的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，一端接阻值為R的電阻，一電阻為R0質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒放置在導(dǎo)軌上，在外力F作用下從t=0的時刻開始運動，其速度隨時間的變化規(guī)律υ=υmsinωt，不計導(dǎo)軌電阻，求：（1）從t1=0到t2=2π/ω時間內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量．（2）從t1=0到t3=時間內(nèi)外力F所做的功．9.如圖所示，MN、PQ是兩條水平平行放置的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的右端接理想變壓器的原線圈，變壓器的副線圈與電阻R＝20Ω組成閉合回路，變壓器的原副線圈匝數(shù)之比n1:n2＝1:10，導(dǎo)軌寬L＝5m。質(zhì)量m＝2kg、電阻r＝1Ω的導(dǎo)體棒ab垂直MN、PQ放在導(dǎo)軌上，在水平外力F作用下從t＝0時刻開始在圖示的兩虛線范圍內(nèi)往復(fù)運動，其速度隨時間變化的規(guī)律是v＝2sin20πtm/s。垂直軌道平面的勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝4T。導(dǎo)軌、導(dǎo)線和線圈電阻不計。求：×××××××××××××n1aMQPNvBbRn2練9圖（1）從t＝0到t1＝10s的時間內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量Q＝?（2）從t＝0到t2＝0.025s的時間內(nèi)，外力F所做的功W＝?練10圖CMN10.如圖所示，在坐標(biāo)xoy平面內(nèi)存在B=2.0T的勻強磁場，OA與OCA為置于豎直平面內(nèi)的光滑金屬導(dǎo)軌，其中OCA滿足曲線方程，C為導(dǎo)軌的最右端，導(dǎo)軌OA與OCA相交處的O點和A點分別接有體積可忽略的定值電阻R1和R2，其R1=4.0Ω、R2=12.0Ω?，F(xiàn)有一足夠長、質(zhì)量m=0.10kg的金屬棒MN在豎直向上的外力F作用下，以v=3.0m/s的速度向上勻速運動，設(shè)棒與兩導(dǎo)軌接觸良好，除電