2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)第10章交流電及傳感器第1講交變電流的產(chǎn)生及描述課后限時(shí)訓(xùn)練新人教版選修3-2

PAGEPAGE2交變電流的產(chǎn)生及描述一、選擇題(此題共10小題，1～6題為單項(xiàng)選擇，7～10題為多項(xiàng)選擇)1．(2022·福建省廈門市高三第二次質(zhì)量檢查)如圖甲為風(fēng)力發(fā)電的簡(jiǎn)易模型，在風(fēng)力的作用下，風(fēng)葉帶動(dòng)與其固定在一起的永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成正比。某一風(fēng)速時(shí)，線圈中產(chǎn)生的正弦式電流如圖乙所示，那么eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343101)(A)A．電流的表達(dá)式為i＝0.6sin10πt(A)B．磁鐵的轉(zhuǎn)速為10r/sC．風(fēng)速加倍時(shí)電流的表達(dá)式為i＝1.2sin10πt(A)D．風(fēng)速加倍時(shí)線圈中電流的有效值為1.2A[解析]通過(guò)乙圖可知電流的最大值為0.6A，周期T＝0.2s，故ω＝eq\f(2π,T)＝10rad/s，故電流的表達(dá)式為i＝0.6sin10πt(A)，故A正確；電流的周期為T＝0.2s，故磁體的轉(zhuǎn)速為n＝eq\f(1,T)＝5r/s，故B錯(cuò)誤；風(fēng)速加倍時(shí)，角速度加倍，根據(jù)Em＝nBSω，可知產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)加倍，形成的感應(yīng)電流加倍，故風(fēng)速加倍時(shí)電流的表達(dá)式為i＝1.2sin20πt(A)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)C得分析，形成的感應(yīng)電流Im＝1.2A，故有效值為I＝eq\f(Im,\r(2))＝0.6eq\r(2)A，故D錯(cuò)誤。2．(2022·湖南懷化一模)電阻為1Ω的矩形線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如下圖。現(xiàn)把該交流電加在電阻為9Ω的電熱絲上，那么以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343102)(D)A．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為31.4rad/sB．如果線圈轉(zhuǎn)速提高1倍，那么電流不會(huì)改變C．電熱絲兩端的電壓U＝100eq\r(2)VD．電熱絲的發(fā)熱功率P＝1800W[解析]由圖可以看出該交變電流的周期T＝0.02s，那么線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s＝314rad/s，A錯(cuò)誤；Em＝nBSω，轉(zhuǎn)速提高1倍，電壓的最大值變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，有效值、瞬時(shí)值都要發(fā)生變化，電流也會(huì)發(fā)生變化，B錯(cuò)誤；電熱絲兩端的電壓U＝eq\f(R,R＋r)E＝90eq\r(2)V，電熱絲的發(fā)熱功率P＝eq\f(U2,R)＝1800W，C錯(cuò)誤，D正確。3．(2022·河北邢臺(tái)期末)在圖示電路中，電阻R1與電阻R2的阻值均為R，和R1并聯(lián)的D為理想二極管(正向電阻可看成零，反向電阻可看成無(wú)窮大)，在A、B間加一正弦交流電u＝20sin100πt(V)，那么R1兩端的電壓有效值為eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343103)(A)A．5V B．5eq\r(2)VC．15V D．5eq\r(10)V[解析]該交流電的角速度ω＝100π＝2πf，解得f＝50Hz，當(dāng)A點(diǎn)電勢(shì)高時(shí)，二極管D把R1短路，R1兩端的電壓為零，當(dāng)B點(diǎn)電勢(shì)高時(shí)，R1兩端有電壓，其最大值為10V，一個(gè)周期內(nèi)，只有半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)R1兩端有電壓，根據(jù)有效值的定義，設(shè)R1兩端電壓的有效值為U，eq\f(U2,R)·T＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(10,\r(2))V))2,R)·eq\f(T,2)，解得U＝5V，A正確。4．(2022·寧夏六盤山高級(jí)中學(xué)第四次模擬)如下圖的正方形線框abcd邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，每邊電阻均為r，在垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞cd軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，c、d兩點(diǎn)與一阻值為r的電阻相連，各表均可視為理想表，導(dǎo)線電阻不計(jì)，那么以下說(shuō)法中不正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343104)(B)A．線框abcd產(chǎn)生的電流為交變電流B．當(dāng)S斷開時(shí)，電壓表的示數(shù)為零C．當(dāng)S斷開時(shí)，電壓表的示數(shù)為eq\f(\r(2),8)BωL2D．當(dāng)S閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為eq\f(\r(2)BωL2,14r)[解析]線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝BL2ω，瞬時(shí)值表達(dá)式：e＝Emsinωt，A正確；S斷開時(shí)，電壓表讀數(shù)為每邊電壓的有效值，所以U＝eq\f(1,4)E＝eq\f(\r(2),8)BωL2，B錯(cuò)誤；C正確；當(dāng)S閉合時(shí)，通過(guò)ab邊的電流：I＝eq\f(E,3r＋\f(r,2))＝eq\f(\r(2)BL2ω,7r)，電流表讀數(shù)IA＝eq\f(\r(2)BL2ω,14r)，D正確，應(yīng)選B。5．某家用電路如下圖，A、B間接有保險(xiǎn)絲、交流電壓表、“220V、880W〞的電飯鍋及“220V、220W〞的抽油煙機(jī)?，F(xiàn)接入電壓U＝311sin100πt(V)的交流電，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343105)(C)A．交流電壓表的示數(shù)為311VB．電飯鍋發(fā)熱功率是抽油煙機(jī)發(fā)熱功率的4倍C．電路要正常工作，保險(xiǎn)絲的額定電流不能小于5AD．1min抽油煙機(jī)和電飯鍋消耗的電能共為6.6×103J[解析]交流電壓表的示數(shù)為有效值，假設(shè)不考慮保險(xiǎn)絲的電阻，交流電壓表的示數(shù)為eq\f(311,\r(2))V＝220V，A錯(cuò)誤；由公式P＝UI知電路要正常工作，干路中電流為5A，所以保險(xiǎn)絲的額定電流不能小于5A，C正確；電飯鍋是純電阻元件，抽油煙機(jī)是非純電阻元件，B錯(cuò)誤；1min抽油煙機(jī)消耗的電能為W＝Pt＝1.32×104J，D錯(cuò)誤。6．如下圖，N匝矩形導(dǎo)線框以角速度ω繞對(duì)稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框面積為S，線框電阻、電感均不計(jì)，在OO′左側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，外電路接有電阻R和理想電流表，那么可以確定的是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343106)(B)A．從圖示時(shí)刻起，線框產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e＝NBωSsinωtB．電流表的示數(shù)I＝eq\f(\r(2)ω,4R)NBSC．R兩端電壓有效值U＝eq\f(ω,2)NBSD．一個(gè)周期內(nèi)R的發(fā)熱量Q＝eq\f(πωNBS2,R)[解析]線框始終只有一半面積在磁場(chǎng)中，故瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e＝eq\f(NBSω,2)sinωt，電壓有效值為U＝eq\f(ω,2\r(2))NBS，A、C錯(cuò)誤，B正確。Q＝eq\f(U2,R)T＝eq\f(πωNBS2,4R)，D錯(cuò)誤。7．(2022·安徽合肥二模)1831年，法拉第在一次會(huì)議上展示了他創(chuàng)造的圓盤發(fā)電機(jī)(圖甲)。它是利用電磁感應(yīng)的原理制成的，是人類歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)，圖乙是這個(gè)圓盤發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖：銅盤安裝在水平的銅軸上，它的邊緣正好在兩磁極之間，兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤的邊緣良好接觸，使銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)，電阻R中就有電流通過(guò)，假設(shè)所加磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，回路的總電阻恒定，從左往右看，銅盤沿順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343107)(ACD)A．銅片D的電勢(shì)高于銅片C的電勢(shì)B．電阻R中有正弦式交變電流流過(guò)C．銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大1倍，流過(guò)電阻R的電流也隨之增大1倍D．保持銅盤不動(dòng)，磁場(chǎng)變?yōu)榉较虼怪庇阢~盤的交變磁場(chǎng)，那么銅盤中有電流產(chǎn)生[解析]根據(jù)右手定那么可知，銅片D的電勢(shì)比C的高，A正確；假設(shè)所加的磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，銅盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，那么產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLeq\x\to(v)＝BL·eq\f(ωL,2)＝eq\f(BωL2,2)，不隨時(shí)間變化，那么電阻R中流過(guò)的是恒定電流，B錯(cuò)誤；由上式可知，假設(shè)銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大1倍，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大1倍，流過(guò)電阻R的電流也隨著增大1倍，C正確；保持銅盤不動(dòng)，磁場(chǎng)變?yōu)榇怪庇阢~盤的交變磁場(chǎng)，那么通過(guò)銅盤的磁通量發(fā)生變化，銅盤中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，銅盤中有電流產(chǎn)生，D正確。8．(2022·陜西渭南質(zhì)檢)如圖甲所示，MN是一個(gè)螺線管，A是在MN的正下方放置在絕緣水平桌面上的金屬圓環(huán)?，F(xiàn)在a、b兩端接入如圖乙所示的正弦交流電，設(shè)電流從a端流入為正方向，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343108)(BC)A．0～t1時(shí)間內(nèi)A環(huán)對(duì)桌面的壓力不斷增加B．0～t1時(shí)間內(nèi)A環(huán)對(duì)桌面的壓力先增加后減小C．t1～t2和t2～t3時(shí)間內(nèi)A環(huán)中的電流方向相同D．t3～t4時(shí)間內(nèi)A環(huán)對(duì)桌面的壓力大于A環(huán)的重力[解析]0～t1時(shí)間內(nèi)，t＝0時(shí)電流為零，磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，對(duì)A作用力為零，隨后螺線管中的電流逐漸增大，通過(guò)A的磁通量逐漸增大，A中產(chǎn)生感應(yīng)電流，A受螺線管的斥力作用，A產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝eq\f(ΔB,Δt)S∝eq\f(Δi,Δt)，所以A中的電流逐漸減小到零，螺線管和A中的斥力作用是先增大后減小，A錯(cuò)誤，B正確；t1～t2和t2～t3時(shí)間內(nèi)，電流i隨時(shí)間t變化的斜率均為負(fù)，說(shuō)明這兩段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同，C正確；t3～t4時(shí)間內(nèi)，磁通量減小，A中產(chǎn)生感應(yīng)電流，A受螺線管的引力作用，A對(duì)桌面的壓力小于A環(huán)的重力，D錯(cuò)誤。9．(2022·山西第三次四校聯(lián)考)如圖甲所示，一單匝圓形閉合導(dǎo)線框半徑為r，線框電阻為R，連接一交流電流表(內(nèi)阻不計(jì))。線框內(nèi)充滿勻強(qiáng)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示(規(guī)定向下為B的正方向)，那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343109)(BD)A．t＝0.005s時(shí)線框中的感應(yīng)電流最大B．t＝0.01s時(shí)線框中感應(yīng)電流方向從上往下看為順時(shí)針?lè)较駽．t＝0.015s時(shí)電流表的示數(shù)為零D．0～0.02s內(nèi)閉合導(dǎo)線框上產(chǎn)生的熱量為eq\f(π4r4,R)[解析]t＝0.005s時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，磁通量最大，而E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，A錯(cuò)誤；t＝0.01s時(shí)感應(yīng)電流的方向與0.005～0.01s內(nèi)電流方向相同，由楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向沿順時(shí)針?lè)较?，B正確；t＝0.015s時(shí)的瞬時(shí)電流為零，但電流表的示數(shù)為有效值，不等于零，C錯(cuò)誤；線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝BSω＝10π2r2，一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q＝eq\f(E2,R)×0.02＝eq\f(\f(10π2r2,\r(2))2,R)×0.02＝eq\f(π4r4,R)，D正確。10．(2022·安徽江南十校3月聯(lián)考)如下圖，處在垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的單匝矩形閉合線框MNPQ，以恒定的角速度ω繞對(duì)角線NQ轉(zhuǎn)動(dòng)。MN長(zhǎng)為l1，NP長(zhǎng)為l2，線框電阻為R。t＝0時(shí)刻線框平面與紙面重合，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343110)(ABD)A．矩形線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值eq\f(\r(2),2)Bl1l2ωB．矩形線框轉(zhuǎn)過(guò)π時(shí)的電流為零C．矩形線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周，通過(guò)線框任意橫截面的電荷量為eq\f(Bl1l2,R)D．矩形線框轉(zhuǎn)過(guò)π過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為eq\f(πB2l\o\al(2,1)l\o\al(2,2)ω,2R)[解析]矩形線框轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦式交變電流，最大值為Bl1l2ω，所以有效值E＝eq\f(\r(2),2)Bl1l2ω，A正確；轉(zhuǎn)過(guò)π時(shí)，線框平面與磁場(chǎng)垂直，磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，電流為零，B正確；轉(zhuǎn)過(guò)一周，ΔΦ為零，通過(guò)橫截面的電荷量為零，C錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)過(guò)π過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q＝eq\f(E2,R)t＝eq\f(E2,R)eq\f(π,ω)＝eq\f(πB2l\o\al(2,1)l\o\al(2,2)ω,2R)，D正確。二、非選擇題11．如下圖，一個(gè)小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)，其矩形線圈的長(zhǎng)度為a，寬度為b，共有n匝，總電阻為r，與線圈兩端相接觸的集流環(huán)上接有一個(gè)阻值為R的定值電阻，線圈以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞與磁場(chǎng)方向垂直的對(duì)稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，沿轉(zhuǎn)軸OO′方向看去，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)沿逆時(shí)針?lè)较颍瑃＝0時(shí)刻線圈平面與磁感線垂直。eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343111)(1)當(dāng)線圈經(jīng)過(guò)圖示位置時(shí)，通過(guò)電阻R的感應(yīng)電流的方向。(2)寫出線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。(3)求線圈從t＝0位置開始到轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)。(4)求線圈從t＝0位置開始到轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的瞬時(shí)電流。[答案](1)自下而上(2)nBabωsinωt(3)eq\f(2nBabω,π)(4)eq\f(\r(3)nBabω,2R＋r)[解析](1)根據(jù)右手定那么或楞次定律判斷可知，線圈中電流方向是b′a′d′c′b′。故流過(guò)R的電流是自下而上。(2)從中性面開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，且最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Em＝nBabω，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝nBabωsinωt。(3)eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(Bab,π/2ω)＝eq\f(2nBabω,π)。(4)i＝eq\f(e,R＋r)＝eq\f(nBabωsin\f(π,3),R＋r)＝eq\f(\r(3)nBabω,2R＋r)12．(2022·山東菏澤一模)如圖甲所示，在一對(duì)平行光滑的金屬導(dǎo)軌的上端連接一阻值為R＝4Ω的定值電阻，兩導(dǎo)軌在同一平面內(nèi)，與水平面的夾角θ＝30°，質(zhì)量m＝0.2kg、長(zhǎng)L＝1m的導(dǎo)體棒ab垂直于導(dǎo)軌放置，使其從靠近定值電阻處由靜止開始下滑?？拷ㄖ惦娮杼幍降锥司嚯xs＝7.5m，導(dǎo)體棒電阻r＝1Ω，整個(gè)裝置處于垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體棒從開始滑動(dòng)一直運(yùn)動(dòng)到底端的v－