2023版高三一輪總復(fù)習(xí)物理（新教材新高考）課時(shí)分層作業(yè)29交變電流的產(chǎn)生及描述

1、 課時(shí)分層作業(yè)(二十九)1(多選)一臺(tái)教學(xué)用手搖式交流發(fā)電機(jī)如圖所示。若已知大皮帶輪的半徑為0.2 m，小皮帶輪的半徑為0.02 m，搖動(dòng)手柄以每分鐘60圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且搖動(dòng)過(guò)程中皮帶不打滑，則下列說(shuō)法中正確的是()A發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流的頻率為10 HzB大皮帶輪與小皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度之比為101C若手搖手柄的轉(zhuǎn)速減半，產(chǎn)生交流電的最大值不變D若手搖手柄的轉(zhuǎn)速減半，產(chǎn)生交流電的有效值也減半AD搖動(dòng)手柄以每分鐘60圈的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，即n60 r/min1 r/s，角速度大2n2 rad/s，大輪與小輪通過(guò)皮帶相連，與皮帶接觸的點(diǎn)線(xiàn)速度大小相等，由vr，可知eq f(大,小)eq f(r小,r大)

2、eq f(1,10)，則小輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度小10大20 rad/s，故產(chǎn)生交流電的頻率f10 Hz，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；若手搖手柄的轉(zhuǎn)速減半，小輪的角速度減半，由EmNBS知，產(chǎn)生交流電的最大值減半，根據(jù)Eeq f(Em,r(2)可知，有效值減半，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。2如圖甲所示電路，已知電阻R1R2R，和R1并聯(lián)的D是理想二極管(正向電阻可視為零，反向電阻為無(wú)窮大)，在A、B之間加一個(gè)如圖乙所示的交變電壓(電壓為正值時(shí)，UAB0)。由此可知()甲乙A在A、B之間所加的交變電壓的周期為2 sB在A、B之間所加的交變電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u20eq r(2)sin 50t(V)C加在R1上電壓的有效

3、值為10 VD加在R2上電壓的有效值為5eq r(10) VD由題圖乙可知交變電壓的周期T0.02 s，故A錯(cuò)誤；電壓的最大值為Um20eq r(2) V，交變電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為uUmsin t20eq r(2)sin 100t(V)，故B錯(cuò)誤；因?yàn)槭墙蛔冸妷?，所以?yīng)該分兩種情況考慮，當(dāng)A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)時(shí)，二極管導(dǎo)通，即R1被短路，R2兩端的電壓為A、B之間所加交變電壓的有效值eq f(20r(2),r(2) V20 V；當(dāng)B點(diǎn)電勢(shì)高于A點(diǎn)電勢(shì)時(shí)，二極管截止，R1、R2串聯(lián)分壓，此時(shí)R1、R2兩端電壓均為10 V，即對(duì)R1有eq f(Uoal( 2,1),R1)Teq f(10 V2,R

4、1)eq f(T,2)，解得U15eq r(2) V，對(duì)R2有eq f(Uoal( 2,2),R2)Teq f(20 V2,R2)eq f(T,2)eq f(10 V2,R2)eq f(T,2)，解得U25eq r(10) V，故C錯(cuò)誤，D正確。3(多選)如圖1所示，標(biāo)有“220 V40 W”的電燈和標(biāo)有“20 F300 V”的電容器并聯(lián)接到交流電源上，為交流電壓表。交流電源的輸出電壓如圖2所示，閉合開(kāi)關(guān)S，下列判斷正確的是()圖1圖2Ateq f(T,2)時(shí)刻，電壓表的示數(shù)為零B電燈恰正常發(fā)光C電容器有可能被擊穿D一個(gè)周期內(nèi)流過(guò)電燈的電荷量一定為0BCD交流電壓表的示數(shù)應(yīng)是電壓的有效值220

5、 V，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電壓的有效值恰等于電燈的額定電壓，電燈正常發(fā)光，B項(xiàng)正確；電壓的峰值為Um220eq r(2) V311 V，大于電容器的耐壓值，故電容器有可能被擊穿，C項(xiàng)正確；在一個(gè)周期內(nèi)，電壓的平均值為0，流過(guò)電燈的電荷量為0，D項(xiàng)正確。4(2020海南省等級(jí)考)圖1、2分別表示兩種電流的波形，其中圖2所示電流按正弦規(guī)律變化，分別用I1和I2表示1和2兩電流的有效值，則()圖1圖2AI1I221 BI1I212CI1I21eq r(2) DI1I2eq r(2)1D對(duì)圖1的交流電分析，可知一個(gè)周期內(nèi)交流電的電流方向變化，而電流的大小不變，故圖1的電流有效值為I1I0；對(duì)圖2的交流電分析可知

6、，其為正弦式交流電，故其有效值為I2eq f(I0,r(2)，故I1I2eq r(2)1，D項(xiàng)正確。5在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩個(gè)相同的矩形金屬線(xiàn)圈a、b分別繞線(xiàn)圈平面內(nèi)且與磁場(chǎng)垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像如圖所示，則()A線(xiàn)圈a的轉(zhuǎn)速是b的eq f(2,3)Bt0.01 s時(shí)，線(xiàn)圈a恰好經(jīng)過(guò)中性面C將一只交流電流表接在線(xiàn)圈b兩端，電表的示數(shù)為10 VD將電阻值相同的兩個(gè)電阻分別與線(xiàn)圈a、b串聯(lián)，在6 s內(nèi)兩電阻上產(chǎn)生的熱量之比為eq f(9,4)D由圖可知，a的周期Ta0.04 s，b的周期Tb0.06 s，根據(jù)neq f(1,T)可知a、b的轉(zhuǎn)速之比為32，A項(xiàng)錯(cuò)誤；t0.01

7、 s時(shí)，線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，此時(shí)線(xiàn)圈a恰好處于與中性面垂直位置，B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)eq f(2,T)可知，a、b的角速度之比為32，a產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Ema15 V，根據(jù)EmNBS可知，b產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值Embeq f(2,3)Ema10 V，而電流表的示數(shù)為交流電的有效值，為eq f(Emb,r(2)5eq r(2) V，C項(xiàng)錯(cuò)誤；在一個(gè)周期內(nèi)，與線(xiàn)圈a所接電阻上產(chǎn)生的熱量Qaeq f(Eoal( 2,a),R)Taeq blc(rc)(avs4alco1(f(15,r(2)eq sup12(2)eq f(0.04,R)eq f(4.5,R)；在一個(gè)周期內(nèi)，與線(xiàn)圈b所接電阻上產(chǎn)生

8、的熱量Qbeq f(Eoal( 2,b),R)Tbeq blc(rc)(avs4alco1(f(10,r(2)eq sup12(2)eq f(0.06,R)eq f(3,R)；6 s內(nèi)，線(xiàn)圈a經(jīng)過(guò)了150個(gè)周期，線(xiàn)圈b經(jīng)過(guò)了100個(gè)周期，因此兩電阻上產(chǎn)生的熱量之比為eq f(150Qa,100Qb)eq f(9,4)，D項(xiàng)正確。6(多選)(2021山東濱州市統(tǒng)考)如圖所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線(xiàn)圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO以角速度eq r(2) rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈的面積S0.1 m2，匝數(shù)為n100，線(xiàn)圈總電阻為r1 ，線(xiàn)圈的兩

9、側(cè)經(jīng)集流環(huán)和電刷與阻值為9 的電阻R連接。與電阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表。在t0時(shí)刻，線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行(如圖所示)，則下列說(shuō)法正確的是()A交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為5eq r(2) VB交流電壓表的示數(shù)為4.5 VC線(xiàn)圈從t0時(shí)刻開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，通過(guò)電阻的電荷量為0.5 CD線(xiàn)圈從t0時(shí)刻開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，電阻產(chǎn)生的熱量為eq f(r(2),2) JABC交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值EmnBS1000.50.1eq r(2) V5eq r(2) V，選項(xiàng)A正確；交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為Eeq f(Em,r(2)5 V，由閉合電路歐姆定律，Ieq f(

10、E,Rr)0.5 A，外電阻兩端電壓UIR4.5 V，即電壓表讀數(shù)為4.5 V，選項(xiàng)B正確；線(xiàn)圈從t0時(shí)刻開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，線(xiàn)圈中磁通量變化BS，產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E平eq f(n,t)，感應(yīng)電流的平均值I平eq f(E平,Rr)，通過(guò)電阻的電荷量qI平teq f(nBS,Rr)0.5 C，選項(xiàng)C正確；線(xiàn)圈從t0時(shí)刻開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，teq f(T,4)eq f(,2)eq f(,2r(2) s，電阻產(chǎn)生的熱量QI2Rt0.529eq f(,2r(2) Jeq f(9r(2),16) J，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7(多選)(2020山東威海市質(zhì)檢)如圖甲所示為手機(jī)無(wú)線(xiàn)充電工作原理的示意圖，由送電

11、線(xiàn)圈和受電線(xiàn)圈組成。已知受電線(xiàn)圈的匝數(shù)為n50匝，電阻r1.0 ，在它的c、d兩端接一阻值R9.0 的電阻。在受電線(xiàn)圈內(nèi)存在與線(xiàn)圈平面垂直的磁場(chǎng)，其磁通量隨時(shí)間按圖乙所示的規(guī)律變化，可在受電線(xiàn)圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)最大值為20 V的正弦交流電，磁場(chǎng)豎直向上為正，則()甲乙A在t103 s時(shí)，受電線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的大小為2.0 AB在t103 s時(shí)，c端電勢(shì)低于d端電勢(shì)C在一個(gè)周期內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量約為5.7103 JD從t1到t2時(shí)間內(nèi)，通過(guò)電阻R的電荷量為2103AD由圖像可知，t103 s時(shí)受電線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，為Em20 V，受電線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的大小為Imeq f(Em,Rr

12、)2.0 A，故A正確；由楞次定律可知，此時(shí)c端電勢(shì)高于d端電勢(shì)，故B錯(cuò)誤；通過(guò)電阻R的感應(yīng)電流的有效值為Ieq f(Im,r(2)eq r(2) A，電阻R在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量QI2RT5.7102 J，故C錯(cuò)誤；線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值eq o(E,sup6()neq f(,t)，通過(guò)電阻R的電流的平均值為eq o(I,sup6()eq f(o(E,sup6(),Rr)，通過(guò)電阻R的電荷量qeq o(I,sup6()t，由圖像可知，在eq f(T,4)eq f(3T,4)的時(shí)間內(nèi)，|4104 Wb，解得qneq f(|,Rr)2103 C，故D正確。8(多選)如圖所示，面積為S的矩形線(xiàn)圈

13、共N匝，線(xiàn)圈總電阻為R，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞豎直軸OO以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圖示位置C與紙面共面，位置A與位置C成45角。線(xiàn)圈從位置A轉(zhuǎn)過(guò)90到達(dá)位置B的過(guò)程中(位置A穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為正)，下列說(shuō)法正確的是()A穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量的變化量為eq r(2)BSB通過(guò)線(xiàn)圈某一截面的電荷量qeq f(r(2),R)NBSC為保證線(xiàn)圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外界須向線(xiàn)圈輸入的能量為eq f(N2B2S2,4R)D平均電動(dòng)勢(shì)為eq f(r(2),2)NBSAB該過(guò)程初、末位置穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量大小不變，但方向相反，故磁通量的變化量|2BScos 45eq r(2)BS，A正確；通過(guò)線(xiàn)圈某一截面

14、的電荷量qeq f(o(E,sup6(),R)teq f(N|,R)eq f(r(2)NBS,R)，B正確；在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，外界對(duì)線(xiàn)圈做的總功等于線(xiàn)圈中產(chǎn)生的熱量，線(xiàn)圈從位置C或從與位置C垂直的位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)eq f(1,4)周期的過(guò)程中，電壓的有效值為Eeq f(r(2),2)NBS，用有效值計(jì)算得到電熱為Qeq f(E2,R)t，teq f(f(,2),)，解得Qeq f(N2B2S2,4R)，但線(xiàn)圈從位置A轉(zhuǎn)過(guò)90到達(dá)位置B的過(guò)程中，A與B并不對(duì)應(yīng)中性面或與中性面垂直的這樣的特殊位置，該eq f(T,4)內(nèi)線(xiàn)圈的電壓有效值不是E，故電流做功產(chǎn)生的熱量不等于Q，C錯(cuò)誤；eq o(E,sup6(

15、)Neq f(|,t)eq f(Nr(2)BS,f(f(,2),)eq f(2r(2)NBS,)，D錯(cuò)誤。9空間內(nèi)存在范圍足夠大、豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在其間豎直固定兩個(gè)相同的、彼此正對(duì)的金屬細(xì)圓環(huán)a、b，圓環(huán)a在前、圓環(huán)b在后，圓環(huán)直徑均為d，兩環(huán)間距為L(zhǎng)，現(xiàn)用導(dǎo)線(xiàn)把阻值為R的外電阻與圓環(huán)相連，如圖所示。一根細(xì)金屬棒保持水平、貼在兩圓環(huán)內(nèi)側(cè)做角速度為的逆時(shí)針勻速圓周運(yùn)動(dòng)，金屬棒電阻為r。棒與兩圓環(huán)始終接觸良好，圓環(huán)電阻不計(jì)。則下列說(shuō)法正確的是()A金屬棒在最低點(diǎn)時(shí)回路電流最小B金屬棒在圓環(huán)的上半部分運(yùn)動(dòng)時(shí)(不包括最左和最右點(diǎn))，a環(huán)電勢(shì)低于b環(huán)電勢(shì)C從最高點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，回路電流的

16、瞬時(shí)值為ieq f(r(2)BLd,4Rr)cos tD電阻R兩端電壓的有效值為Ueq f(r(2)BLdR,4Rr)D金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生正弦式交流電，而且在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，由于速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，感應(yīng)電流也最大，A錯(cuò)誤；金屬棒相當(dāng)于電源，根據(jù)右手定則，在上半部分運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流從b流向a，a相當(dāng)于電源的正極，因此，a環(huán)電勢(shì)高于b環(huán)電勢(shì)，B錯(cuò)誤；金屬棒運(yùn)動(dòng)的速度veq f(d,2)，在最高點(diǎn)時(shí)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值EmBLveq f(BLd,2)，因此從最高點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，回路電流的瞬時(shí)值為ieq f(Em,Rr)cos teq f(BLd,2Rr)cos t，C錯(cuò)誤；回路中電

17、動(dòng)勢(shì)的有效值Eeq f(Em,r(2)eq f(r(2)BLd,4)，因此電阻R兩端電壓的有效值為Ueq f(ER,Rr)eq f(r(2)BLdR,4Rr)，D正確。10(多選)如圖所示，足夠長(zhǎng)的兩平行光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平放置，間距l(xiāng)1 m，導(dǎo)軌中間分布有磁感應(yīng)強(qiáng)度為1 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)邊界為正弦曲線(xiàn)。一粗細(xì)均勻的導(dǎo)體棒以v010 m/s的速度向右勻速滑動(dòng)，定值電阻R的阻值為1 ，導(dǎo)體棒接入電路的電阻r也為1 ，二極管D正向電阻為零，反向電阻無(wú)窮大，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，下列說(shuō)法正確的是()A電壓表的示數(shù)為2.5 VB導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到圖示位置時(shí)，有電流流過(guò)電阻RC流經(jīng)電阻R的最大電流為5 AD導(dǎo)

18、體棒上的熱功率為6.25 WACD導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmBlv010 V，流經(jīng)電阻R的最大電流Imeq f(Em,Rr)5 A，產(chǎn)生的是正弦式交變電流，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值Eeq f(Em,r(2)5eq r(2) V，當(dāng)a端電勢(shì)低于b端電勢(shì)時(shí)，二極管截止，故由電流的熱效應(yīng)可得eq f(E2,Rr)Teq f(5r(2)2,Rr)eq f(T,2)，解得E5 V，由閉合電路歐姆定律得，電壓表的示數(shù)為2.5 V，故A、C正確；導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到圖示位置時(shí)，由右手定則可知導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的電流方向由ab，b端電勢(shì)高，由于二極管具有單向?qū)ㄌ匦?，可知此時(shí)無(wú)電流流過(guò)電阻R，故B錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒

19、上的電流的有效值為Ieq f(E,Rr)2.5 A，所以導(dǎo)體棒上的熱功率為PI2r2.521 W6.25 W，故D正確。11如圖1所示，一個(gè)半徑為r的半圓形線(xiàn)框，以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，周期為T(mén)，ab的左側(cè)有垂直于紙面向里(與ab垂直)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。M和N是兩個(gè)集流環(huán)，負(fù)載電阻為R，線(xiàn)框電阻為R0，摩擦和其他部分的電阻均不計(jì)，從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)。圖1圖2(1)在圖2中畫(huà)出線(xiàn)框產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像(至少畫(huà)兩個(gè)周期)；(2)求線(xiàn)框轉(zhuǎn)過(guò)eq f(T,4)時(shí)間內(nèi)通過(guò)負(fù)載電阻R的電荷量；(3)求線(xiàn)框轉(zhuǎn)過(guò)eq f(T,4)時(shí)間內(nèi)外力做的功；(4)求電壓表的示數(shù)。解析(1)根據(jù)題意

20、得，最大電動(dòng)勢(shì)Emeq f(1,2)Br2eq f(2,T)eq f(B2r2,T)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像如圖所示。(2)從圖示位置起轉(zhuǎn)過(guò)eq f(1,4)圈的時(shí)間內(nèi)，穿過(guò)線(xiàn)框平面的磁通量的變化量為eq f(1,2)Br2又eq o(E,sup6()eq f(,t)，則通過(guò)負(fù)載電阻R的電荷量為qeq o(I,sup6()teq f(o(E,sup6(),RR0)teq f(|,RR0)eq f(Br2,2RR0)。(3)線(xiàn)框轉(zhuǎn)過(guò)eq f(T,4)時(shí)間內(nèi)外力做的功Weq f(U2,RR0)teq f(blc(rc)(avs4alco1(f(Em,r(2)eq sup12(2),RR0)eq f(

21、T,4)eq f(B24r4,8RR0T)。(4)根據(jù)電流的熱效應(yīng)得eq f(E2,RR0)Teq f(blc(rc)(avs4alco1(f(Em,r(2)eq sup12(2),RR0)eq f(1,2)T解得電動(dòng)勢(shì)有效值Eeq f(Em,2)eq f(B2r2,2T)則電壓表的示數(shù)為Ueq f(E,RR0)Req f(B2r2R,2RR0T)。答案(1)見(jiàn)解析圖(2)eq f(Br2,2RR0)(3)eq f(B24r4,8RR0T)(4)eq f(B2r2R,2RR0T)12如圖甲所示，邊長(zhǎng)分別為l和L的矩形線(xiàn)框aa、bb互相垂直，彼此絕緣，可繞中心軸O1O2轉(zhuǎn)動(dòng)，將兩線(xiàn)框的始端并在一起接到滑環(huán)C，末端并在一起接到滑環(huán)D，C、D彼此絕緣，阻值為eq f(r