（江蘇專用）2021版高考物理一輪復習 課后限時集訓32 交變電流的產生及描述

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1、 課后限時集訓32 交變電流的產生及描述 建議用時：45分鐘 1．(2019·廣西桂林市、賀州市期末聯(lián)考)一臺小型發(fā)電機與計算機相連接，計算機能將發(fā)電機產生的電動勢隨時間變化的圖象記錄下來，如圖甲所示，讓線圈在勻強磁場中以不同的轉速勻速轉動，計算機記錄了兩次不同轉速所產生正弦交流電的圖象如圖乙所示。則關于發(fā)電機先后兩次的轉速之比na∶nb，交流電b的最大值正確的是(　　) 甲　　　　　　　乙 A．3∶2， V B．3∶2， V C．2∶3， V D．2∶3， V B　[由題圖可知，a的周期為0.4 s，b的周期為0.6 s，則由n＝可知，轉速與周期成反比，故曲線a

2、、b對應的線圈轉速之比為3∶2；曲線a表示的交變電動勢最大值是10 V，根據(jù)Em＝nBSω得曲線b表示的交變電動勢最大值是 V，故B正確，A、C、D錯誤。] 2.如圖所示，一半徑為L的導體圓環(huán)位于紙面內，O為圓心。環(huán)內兩個圓心角為90°且關于O中心對稱的扇形區(qū)域內分布有勻強磁場，兩磁場的磁感應強度大小均為B、方向相反且均與紙面垂直。導體桿OM可繞O轉動，M端通過滑動觸點與圓環(huán)良好接觸，在圓心和圓環(huán)間連有電阻R，不計圓環(huán)和導體桿的電阻，當桿OM以恒定角速度ω逆時針轉動時，理想電流表A的示數(shù)為(　　) A. B． C. D． A　[OM切割磁感線產生的電動勢E＝，OM切割磁

3、感線時產生的感應電流I＝，設電流的有效值為I有效，則IRT＝2I2R·T，解得I有效＝，選項A正確。] 3．小型交流發(fā)電機的矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉動，產生的感應電動勢與時間的關系是正弦函數(shù)。將發(fā)電機與一個標有“6 V　6 W”的小燈泡連接形成閉合回路，不計電路的其他電阻。當線圈的轉速為n＝5 r/s時，小燈泡恰好正常發(fā)光，則電路中電流的瞬時值表達式為(　　) A．i＝sin 5t(A) B．i＝sin 10πt(A) C．i＝1.41sin 5t(A) D．i＝1.41sin 10πt(A) D　[因為小燈泡正常發(fā)光，所以電路中電流的有效值為I＝＝1 A，則電流的最大值

4、為Im＝ A≈1.41 A。因為轉速n＝5 r/s，且ω＝2nπ，所以ω＝10π rad/s，故電路中電流的瞬時值表達式為t＝1.41·sin 10πt(A)，選項D正確。] 4．(2019·資陽模擬)如圖甲所示，矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的中心軸OO′勻速轉動，產生的感應電動勢e隨時間t的變化曲線如圖乙所示。若外接電阻的阻值R＝9 Ω，線圈的電阻r＝1 Ω，則下列說法正確的是(　　) 甲　　　　　　　　　　乙　　　　 A．線圈轉速為100 π rad/s B．0.01 s末穿過線圈的磁通量最大 C．通過線圈的最大電流為10 A D．電壓表的示數(shù)為90 V C　[由乙

5、圖可知，線圈轉動的周期T＝0.04 s，線圈轉速n數(shù)值上等于頻率，而f＝＝25 Hz，因此線圈轉速為n＝25 r/s，故A項錯誤；0.01 s末，線圈產生的感應電動勢最大，此時線圈處于與中性面垂直位置，穿過線圈的磁通量最小為零，故B項錯誤；根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知Im＝＝ A＝10 A，故C項正確；電壓表測量的是有效值，故U＝R＝45 V，故D項錯誤。] 5．(多選)(2019·廣東高三月考)如圖甲所示，為新能源電動汽車的無線充電原理圖，M為匝數(shù)n＝50匝、電阻r＝1.0 Ω的受電線圈，N為送電線圈。當送電線圈N接交變電流后，在受電線圈內產生了與線圈平面垂直的磁場，其磁通量Ф隨時間t變化的

6、規(guī)律如圖乙所示。下列說法正確是(　　) 甲　　　　　　　　　　　乙 A．受電線圈產生的電動勢的有效值為10 V B．在t1時刻，受電線圈產生的電動勢為20 V C．在t1～t2內，通過受電線圈的電荷量為4×10－2 C D．在t1～t2內，通過受電線圈的電荷量為2×10－2 C AD　[由圖乙可知，T＝π×10－3 s，受電線圈的最大磁通量為Φm＝2.0×10－4 Wb，所以受電線圈產生的電動勢最大值為Em＝nΦm·＝50×2.0×10－4× V＝20 V，所以受電線圈產生的電動勢的有效值為E＝＝10 V，故A正確；由圖乙可知，t1時刻磁通量變化率為0，由法拉第電磁感應定律可知

7、，此時受電線圈產生的電動勢為0 V，故B錯誤；由公式q＝，代入數(shù)據(jù)解得q＝＝ C＝2.0×10－2 C，故C錯誤，D正確。] 6．(2019·蘇州期末)圖甲為興趣小組制作的無線充電裝置中受電線圈示意圖，已知線圈匝數(shù)n＝100匝、電阻r＝1 Ω、橫截面積S＝1.5×10－3 m2，外接電阻R＝7 Ω。線圈處在平行于線圈軸線的磁場中，磁場的磁感應強度隨時間變化如圖乙所示，設磁場的正方向水平向左，則(　　) 甲　　　　　　　　乙　　　 A．在t＝0.005 s時通過電阻R的電流大小為0 B．在t＝0.005 s時通過電阻R的電流方向由a流向b C．在0～0.01 s內通過電阻R的電荷量

8、q＝1.5×10－3 C D．在0.02～0.03 s內電阻R產生的焦耳熱為Q＝1.8×10－3 J C　[在t＝0.005 s時，磁通量變化最快，根據(jù)法拉第電磁感應定律，感應電動勢最大，通過R的感應電流最大，故A錯誤；在t＝0.005 s時，根據(jù)楞次定律可知，感應電流方向由b流向a，故B錯誤；根據(jù)法拉第電磁感應定律E＝n，I＝，q＝IΔt，聯(lián)立可得q＝＝ C＝1.5×10－3 C，故C正確；由于磁感應強度按正弦規(guī)律變化，ω＝ rad/s＝100π rad/s，所以產生的感應電動勢的最大值Em＝nΦmω＝100×4×10－2×1.5×10－3×100π V＝0.6π V，電流的有效值為I＝

9、＝ A，在0.02～0.03 s內電阻R產生的焦耳熱為Q＝I2Rt＝2×7×0.01 J＝1.9×10－3 J，故D錯誤。] 7．(2019·全國長郡中學高考模擬)如圖所示，甲為小型旋轉電樞式交流發(fā)電機，電阻為r＝2 Ω的矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉動，線圈的兩端經集流環(huán)和電刷與右側電路連接，右側電路中滑動變阻器R的最大阻值為R0＝4 Ω，滑動片P位于滑動變阻器中點，定值電阻R1＝7 Ω，R2＝2 Ω，其他電阻不計。從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，閉合開關S。線圈轉動過程中理想交流電壓表示數(shù)是10 V，圖乙是矩形線圈磁通量隨時間t變化的圖象。

10、則下列說法正確的是(　　) 甲　　　　　　　　　　乙 A．電阻R上的熱功率為0.5 W B．0.02 s時滑動變阻器R兩端的電壓瞬時值為零 C．線圈產生的電壓隨時間變化的規(guī)律是 e＝10cos 100πt(V) D．線圈從零時刻轉動到t＝ s的過程中，通過R1的電荷量為 C A　[根據(jù)串并聯(lián)電路的知識得：負載總電阻R總＝R1＋＋＝10 Ω，理想交流電壓表示數(shù)是10 V，所以干路電流I＝1 A，所以電阻R2上兩端電壓UR2＝1 V，電阻R2上的熱功率PR2＝0.5 W，故A正確。由乙圖可知，0.02 s通過線圈的磁通量為零，感應電動勢最大，R兩端的電壓瞬時值不為零，故B錯誤。由

11、乙圖可知，T＝0.02 s，ω＝＝100π rad/s，電動勢的有效值E＝10 V＋1×2 V＝12 V，電動勢的最大值Em＝12 V，所以線圈產生的e隨時間t變化的規(guī)律是e＝12cos 100πt(V)，故C錯誤。電動勢的最大值Em＝12 V＝nBSω，Φ＝BS＝ Wb。矩形線圈磁通量Φ隨時間t變化的規(guī)律為Φ＝sin 100πt Wb，線圈開始轉動到t＝ s的過程中，通過電阻R1的電量為＝ C，故D錯誤。] 8.(多選)(2019·河北省衡水金卷模擬一)如圖所示，線圈ABCD匝數(shù)n＝10，面積S＝0.4 m2，邊界MN(與線圈的AB邊重合)右側存在磁感應強度B＝ T的勻強磁場，若線圈從圖示

12、位置開始繞AB邊以ω＝10π rad/s的角速度勻速轉動。則以下說法正確的是(　　) A．線圈產生的是正弦交流電 B．線圈在轉動過程中產生的最大感應電動勢為80 V C．線圈轉動 s時瞬時感應電動勢為40 V D．線圈產生的感應電動勢的有效值為40 V BD　[線圈在有界勻強磁場中將產生正弦半波脈動電流，故A錯誤；電動勢最大值Em＝nBSω＝80 V，故B正確；線圈轉動 s、轉過角度，瞬時感應電動勢為e＝Emsin ＝40 V，故C錯誤；在一個周期時間內，只有半個周期產生感應電動勢，根據(jù)有效值的定義有R·＝RT，可得電動勢有效值E＝＝40 V，故D正確。] 9.(多選)如圖

13、所示，邊長為L的正方形單匝線圈abcd，電阻為r，外電路的電阻為R，ab的中點和cd的中點的連線OO′恰好位于勻強磁場的邊界線上，磁場的磁感應強度為B，若線圈從圖示位置開始，以角速度ω繞OO′軸勻速轉動，則以下判斷正確的是(　　) A．圖示位置線圈中的感應電動勢最大為Em＝BL2ω B．從圖示位置開始計時，閉合電路中感應電動勢的瞬時值表達式為e＝BL2ωsin ωt C．線圈從圖示位置轉過180°的過程中，流過電阻R的電荷量為q＝ D．線圈轉動一周的過程中，電阻R上產生的熱量為Q＝ BD　[題圖位置線圈中的感應電動勢最小，為零，A錯誤；若線圈從題圖位置開始轉動，閉合電路中感應電動

14、勢的瞬時值表達式e＝BL2ωsin ωt，B正確；線圈從題圖位置轉過180°的過程中，流過電阻R的電荷量為q＝·Δt＝＝，C錯誤；Em＝BL2ω，線圈轉動一周的過程中，電阻R上產生的熱量為Q＝·R·＝，D正確。] 10．(2019·湖北省大冶市月考)如圖甲所示，將阻值為R＝5 Ω的電阻接到內阻不計的正弦交變電源上，電流隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，電壓表、電流表均為理想電表，下列說法正確的是(　　) 甲　　　　　乙　　　 丙　　　　丁 A．電壓表兩端讀數(shù)為2.5 V B．電阻R消耗的電功率為1.25 W C．若此交變電流由一矩形線框在勻強磁場中勻速轉動產生，如圖丙所示，當線圈的轉速

15、提升一倍時，電流表的示數(shù)為1 A D．圖乙交變電流與圖丁所示電流比較，接同一電阻的發(fā)熱功率之比為1∶2 D　[由圖可知，電流的最大值Im＝0.5 A，則電壓的最大值：Um＝Im·R＝0.5×5 V＝2.5 V，那么電壓的有效值U＝1.25 V＝1.77 V，故A錯誤；R上的電功率P＝UI＝＝＝0.625 W，故B錯誤；轉速增倍，電流也增倍，則電流的最大值變?yōu)? A，有效值變?yōu)?A，則電流表讀數(shù)為 A，故C錯誤；由有效值的概念可得丁的電流有效值為0.5 A，則乙與丁的電流有效值之比為1∶，根據(jù)P＝I2R可知，發(fā)熱功率之比為1∶2，故D正確。] 11．(多選)(2019·天津高考)單匝閉合矩

16、形線框電阻為R，在勻強磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉動，穿過線框的磁通量Φ與時間t的關系圖象如圖所示。下列說法正確的是(　　) A.時刻線框平面與中性面垂直 B．線框的感應電動勢有效值為 C．線框轉一周外力所做的功為 D．從t＝0到t＝過程中線框的平均感應電動勢為 BC　[中性面的特點是與磁場垂直，穿過的磁通量最大，磁通量變化率最小，則時刻線框在中性面上，A錯；電動勢最大值為Em＝Φmω＝Φm，對正弦交流電，E有＝＝，B對；由功能關系知，線框轉一周外力做的功等于產生的電能，W＝E電＝·T＝，C對；由法拉第電磁感應定律知，＝＝＝，D錯。] 12．(2019·山東省實驗中學高考模擬

17、)如圖所示，正方形線圈abcd的邊長L＝0.3 m，線圈電阻為R＝1 Ω。直線OO′與ad邊相距L，過OO′且垂直紙面的豎直平面右側有磁感應強度B＝1 T的勻強磁場，方向垂直紙面向里。線圈以OO′為軸勻速轉動，角速度ω＝20 rad/s，以圖示位置為計時起點。則(　　) A．線圈中產生的交流電瞬時值表達式為u＝0.6cos 20t B．流過ab邊的電流方向保持不變 C．當t＝ s時，穿過線圈的磁通量為0.06 Wb D．從t＝0到t＝ s，穿過線圈磁通量的變化量大小為0.06 Wb C　[當bc邊在磁場中時，線圈中產生的交流電最大值為Em1＝BωS1＝1×20×0.3×0.1 V

18、＝0.6 V，則瞬時值表達式為u＝0.6sin 20t(V)；當ad邊在磁場中時，線圈中產生的交流電最大值為Em2＝BωS2＝1×20×0.3×0.2 V＝1.2 V，瞬時值表達式為u＝1.2sin 20t(V)，選項A錯誤；每個周期電流方向改變兩次，故B錯誤；t＝ s時，線圈轉過180°，adO′O在磁場中，垂直于磁場，故穿過線圈的磁通量為Φ＝B×L2＝1××0.32＝0.06 Wb，故C正確；從t＝0到t＝ s，線圈轉過90°，此時線圈平面與磁場方向平行，磁通量為零，故穿過線圈磁通量的變化ΔΦ＝BS＝0.03 Wb，故D錯誤。] 13.(多選) 如圖所示，電阻為r的單匝矩形線圈面積為S，

19、在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸以角速度ω勻速轉動。勻強磁場的磁感應強度為B，t＝0時刻線圈平面與磁場垂直，各電表均為理想交流電表，則(　　) A．滑片P下滑時，電壓表的讀數(shù)不變 B．圖示位置線圈中的感應電動勢最大 C．線圈從圖示位置轉過180°的過程中，流過電阻R的電荷量為 D．1 s內流過R的電流方向改變次 CD　[滑片P下滑時，外電阻增大，電壓表的讀數(shù)變大，A錯誤；圖示位置穿過線圈的磁通量最大，感應電動勢為零，B錯誤；線圈從圖示位置轉過180°的過程中，流過電阻R的電荷量q＝＝，C正確；一個周期內線圈2次通過中性面，電流方向改變2次，交流電的頻率為，所以1 s內流過R的電流方向

20、改變次，D正確。] 14．(2019·江蘇揚州中學高考模擬)如圖所示，一個長為2L、寬為L的矩形線框，電阻為R，放在絕緣的水平面上，處于豎直向下的磁場中。在t＝0到t＝時間內，磁感應強度B不斷增大，其變化率隨時間t的變化關系式為＝ksin ωt(k>0)，求： (1)t＝時，回路中的感應電動勢的大小E和感應電流的方向； (2)線框的發(fā)熱功率P； (3)某段時間內，回路中通過的電量q，求穿過線框的磁通量的變化量ΔΦ。 [解析]　(1)根據(jù)法拉第電磁感應定律 回路中的感應電動勢e＝＝S＝2kL2sin ωt t＝時，回路中的感應電動勢E＝2kL2，感應電流方向為逆時針。 (2)電動勢的最大值Em＝2kL2 由閉合電路歐姆定律 Im＝＝ 由于交變電流是正弦式的，所以I＝ 所以P＝I2R＝。 (3)＝，q＝Δt＝Δt＝，解得ΔΦ＝qR。 [答案]　(1)2kL2，感應電流方向為逆時針　(2)(3)qR 10