【三維設(shè)計】2016屆高三物理一輪復(fù)習(xí)課時跟蹤檢測(34) 交變電流的產(chǎn)生及描述

-8-課時跟蹤檢測(三十四)交變電流的產(chǎn)生及描述對點(diǎn)訓(xùn)練：交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1．(2015·北京豐臺期末)在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線圈繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖1甲所示，產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖乙所示，則()圖1A．t＝0.005s時線圈平面與磁場方向平行B．t＝0.010s時線圈的磁通量變化率最大C．線圈產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100HzD．線圈產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311V2．(2015·濟(jì)寧模擬)電吉他是利用電磁感應(yīng)原理工作的一種樂器。如圖2甲所示為電吉他的拾音器的原理圖，在金屬弦的下方放置有一個連接到放大器的螺線管。一條形磁鐵固定在管內(nèi)，當(dāng)撥動金屬弦后，螺線管內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化后可將電信號轉(zhuǎn)為聲音信號。若由于金屬弦的振動，螺線管內(nèi)的磁通量Φ隨時間t的變化如圖乙所示，則螺線管內(nèi)感應(yīng)電流i隨時間t變化圖像為()圖2圖33．(多選)(2015·吉林模擬)如圖4所示，閉合的矩形導(dǎo)體線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，沿著OO′方向觀察，線圈沿順時針方向轉(zhuǎn)動。已知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈匝數(shù)為n，ab邊的邊長為L1，ad邊的邊長為L2，線圈電阻為R，轉(zhuǎn)動的角速度為ω，則當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時()圖4A．線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcdaB．線圈中的感應(yīng)電動勢為2nBL2ωC．穿過線圈的磁通量隨時間的變化率最大D．線圈ad邊所受安培力的大小為eq\f(n2B2L1L2ω,R)，方向垂直紙面向里對點(diǎn)訓(xùn)練：有效值的理解與計算4．(多選)(2015·北京東城期末)北京市東城區(qū)民用電網(wǎng)改造完成后，某居民小區(qū)變壓器輸出端的交變電壓瞬時值表達(dá)式為u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，對此交變電壓，下列表述正確的是()A．最大值是220V B．頻率是50HzC．有效值是220V D．周期是0.01s5.(多選)如圖5所示，某玩具電磁驅(qū)動發(fā)電機(jī)可簡化為在勻強(qiáng)磁場中的一匝閉合金屬線圈，線圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，線圈面積為S，電阻為R。當(dāng)線圈以右邊為軸，以恒定的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，下列敘述中正確的是()圖5A．產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為eq\f(\r(2)BSω,2R)B．轉(zhuǎn)過30°時，線圈中的電流方向?yàn)槟鏁r針C．轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過線圈導(dǎo)線某一橫截面的電荷量為eq\f(BS,R)D．線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的熱量為eq\f(2πωB2S2,R)6．(多選)(2013·山東高考)圖6甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場，eq\o\ac(○,A)為交流電流表。線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示。以下判斷正確的是()圖6A．電流表的示數(shù)為10AB．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50πrad/sC．0.01s時線圈平面與磁場方向平行D．0.02s時電阻R中電流的方向自右向左7．(2015·唐山模擬)一個U形金屬線框在勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動，通過導(dǎo)線給同一電阻R供電，如圖7甲、乙所示。其中甲圖中OO′軸右側(cè)有磁場，乙圖中整個空間均有磁場，兩磁場感應(yīng)強(qiáng)度相同。則甲、乙兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為()圖7A．1∶eq\r(2)B．1∶2C．1∶4 D．1∶1對點(diǎn)訓(xùn)練：交變電流的“四值”8.(2015·寶雞質(zhì)檢)如圖8所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的正弦交流電的圖像，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖線b所示。以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法中正確的是()圖8A．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為1∶2B．交流電a的電壓瞬時值u＝10sin0.4πt(V)C．交流電b的電壓最大值為eq\f(20,3)VD．在圖中t＝0時刻穿過線圈的磁通量為零9．(2013·福建高考)如圖9，實(shí)驗(yàn)室一臺手搖交流發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻r＝1.0Ω，外接R＝9.0Ω的電阻。閉合開關(guān)S，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的電動勢e＝10eq\r(2)sin10πt(V)，則()圖9A．該交變電流的頻率為10HzB．該電動勢的有效值為10eq\r(2)VC．外接電阻R所消耗的電功率為10WD．電路中理想交流電流表eq\o\ac(○,A)的示數(shù)為1.0A10.小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖10所示。此線圈與一個R＝10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的其他電阻，下列說法正確的是()圖10A．交變電流的周期為0.125sB．交變電流的頻率為8HzC．交變電流的有效值為eq\r(2)AD．交變電流的最大值為4A考點(diǎn)綜合訓(xùn)練11．(2012·江蘇高考)某興趣小組設(shè)計了一種發(fā)電裝置，如圖11所示。在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區(qū)域的圓心角α均為eq\f(4,9)π，磁場均沿半徑方向。匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l。線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動，bc和ad邊同時進(jìn)入磁場。在磁場中，兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動方向垂直。線圈的總電阻為r，外接電阻為R。求：(1)線圈切割磁感線時，感應(yīng)電動勢的大小Em；(2)線圈切割磁感線時，bc邊所受安培力的大小F；(3)外接電阻上電流的有效值I。圖1112．(2015·北京海淀聯(lián)考)如圖12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。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；(3)線框勻速轉(zhuǎn)動后，從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過電阻R的電荷量。圖12

課時跟蹤檢測(三十四)交變電流的產(chǎn)生及描述答案1．選At＝0.005s時線圈平面與磁場方向平行，感應(yīng)電動勢最大，選項(xiàng)A正確；t＝0.010s時線圈的磁通量最大，變化率最小，選項(xiàng)B錯誤；線圈產(chǎn)生的交變電動勢周期為0.02s，頻率為50Hz，選項(xiàng)C錯誤；線圈產(chǎn)生的交變電動勢最大值為311V，選項(xiàng)D錯誤。2．選B由法拉第電磁感應(yīng)定律，則螺線管內(nèi)感應(yīng)電流i隨時間t變化圖像為B。3．選AC當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時由楞次定律可判斷出線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcda，線圈中的感應(yīng)電動勢為nBL1L2ω，穿過線圈磁通量隨時間的變化率最大，選項(xiàng)A、C正確，選項(xiàng)B錯誤；線圈ad邊所受安培力的大小為eq\f(n2B2L1L\o\al(2,2)ω,R)，方向垂直紙面向里，選項(xiàng)D錯誤。4．選BC此交變電壓最大值是220eq\r(2)V，有效值是220V，頻率是50Hz，周期是0.02s，選項(xiàng)B、C正確A、D錯誤。5．選AC線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值為Em＝BSω，電動勢有效值為E＝eq\f(\r(2),2)Em＝eq\f(\r(2),2)BSω，則電流的有效值為I＝eq\f(E,R)＝eq\f(\r(2)BSω,2R)，選項(xiàng)A正確；據(jù)楞次定律可知轉(zhuǎn)過30°時，線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r針，選項(xiàng)B錯誤；由eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,Δt)，eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R)，q＝eq\x\to(I)Δt，得到電荷量q＝eq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(BS,R)，故選項(xiàng)C正確；線圈轉(zhuǎn)一周的過程中，產(chǎn)生的熱量為Q＝I2Rt＝eq\f(πωB2S2,R)，選項(xiàng)D錯誤。6．選AC根據(jù)i-t圖像可知，交流電的最大值為10eq\r(2)A，所以電流表的示數(shù)(有效值)為10A，A正確。交流電的周期T＝0.02s，線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，B錯誤。0.01s時，感應(yīng)電流達(dá)到峰值，線圈平面與磁場方向平行，C正確。0.02s時，線圈又回到題圖所示位置，根據(jù)右手定則可以判斷，電阻R中電流的方向自左向右，D錯誤。7．選A題圖甲中的磁場只在OO′軸的右側(cè)，所以線框只在半周期內(nèi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，如圖甲，電流表測得是有效值，所以I＝eq\f(1,2)eq\f(BSω,R)。題圖乙中的磁場布滿整個空間，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流如圖乙，所以I′＝eq\f(\r(2),2)eq\f(BSω,R)，則I∶I′＝1∶eq\r(2)，即A正確。8．選C產(chǎn)生的正弦交流電的周期之比為2∶3，線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2，選項(xiàng)A錯誤；交流電a的周期為0.4s，交流電a的電壓瞬時值u＝10sin5πt(V)，選項(xiàng)B錯誤；由最大值nBSω可知，二者最大值之比為3∶2，交流電b的電壓最大值為eq\f(20,3)V，選項(xiàng)C正確；在圖中t＝0時刻感應(yīng)電動勢為零，穿過線圈的磁通量最大，選項(xiàng)D錯誤。9．選D由交流電的表達(dá)式可知ω＝10πrad/s，Em＝10eq\r(2)V，得f＝eq\f(ω,2π)＝5Hz，E＝10V，A、B錯誤。I＝eq\f(E,R＋r)＝1A，D正確。PR＝I2R＝9W，C錯誤。10．選C由圖像可知交變電流的周期T＝0.250s，頻率f＝eq\f(1,T)＝4Hz，故選項(xiàng)A、B錯誤；交變電流的有效值I＝eq\f(Um,\r(2)R)＝eq\f(20,\r(2)×10)A＝eq\r(2)A，故選項(xiàng)C正確；交變電流的最大值Im＝eq\f(Um,R)＝eq\f(20,10)A＝2A，故選項(xiàng)D錯誤。11．解析：(1)bc、ad邊的運(yùn)動速度v＝ωeq\f(l,2)，感應(yīng)電動勢Em＝4NBlv解得Em＝2NBl2ω。(2)電流Im＝eq\f(Em,r＋R)，安培力F＝2NBIml解得F＝eq\f(4N2B2l3ω,r＋R)。(3)一個周期內(nèi)，通電時間t＝eq\f(4,9)TR上消耗的電能W＝Ieq\o\al(2,m)Rt且W＝I2RT解得I＝eq\f(4NBl2ω,3r＋R)。答案：(1)2NBl2ω(2)eq\f(4N2B2l3ω,r＋R)(3)eq\f(4NBl2ω,3r＋R)12．解析：(1)0～t1時間內(nèi)，線框中的感應(yīng)電動勢E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(nL1L2B1－B0,t1)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，通過電阻R的電流I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(nL1L2B1－B0,R＋rt1)。(2)線框產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值Em＝nB1L1L2ω感應(yīng)電動勢的有效值E＝eq\f(\r(2),2)nB1L1L2ω通過電阻R的電流的有效值I＝eq\f(\r(2)nB1L1L2ω,2R＋r)線框轉(zhuǎn)動一周所需的時間t＝eq\f(2π,ω)此過程中，電阻R產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt＝πRωeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(nB1L1L2,R＋r)))2。(3)線框從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，平均感應(yīng)電動