高考物理總復(fù)習(xí) 第十一章 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生及描述檢測（含解析）試題

交變電流的產(chǎn)生及描述(建議用時(shí)：60分鐘)【A級基礎(chǔ)題練熟快】1．(2019·北京豐臺(tái)聯(lián)考)如圖所示，(a)→(b)→(c)→(d)→(e)過程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖，線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上，用導(dǎo)體制成的兩個(gè)電刷分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接．下列說法正確的是()A．圖(a)中，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變化率最大B．從圖(b)開始計(jì)時(shí)，線圈中電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系是i＝ImsinωtC．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時(shí)，感應(yīng)電流最小，且感應(yīng)電流方向改變D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最小，ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a解析：選C.圖(a)中，線圈在中性面位置，穿過線圈的磁通量最大，磁通量變化率為0，故A錯(cuò)誤；從線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)的表達(dá)式才是i＝Imsinωt，故B錯(cuò)誤；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時(shí)，線圈在中性面位置，穿過線圈的磁通量最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最小為零，電流方向?qū)⒏淖?，故C正確；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時(shí)，磁通量最小，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a，故D錯(cuò)誤．2.(2019·北京通州區(qū)一模)如圖所示，一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁場方向垂直，產(chǎn)生交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝30sin(100πt)V．下列說法正確的是()A．線圈平面與磁場垂直時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大B．線圈平面與磁場平行時(shí)，磁通量變化最快C．線圈產(chǎn)生交變電動(dòng)勢的有效值為30VD．線圈產(chǎn)生交變電動(dòng)勢的周期為0.01s解析：選B.線圈平面與磁場垂直時(shí)，磁通量最大，磁通量的變化率為零，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為零，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；線圈平面與磁場平行時(shí)，磁通量為零，此時(shí)磁通量變化最快，選項(xiàng)B正確；線圈產(chǎn)生交變電動(dòng)勢的最大值為30V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；線圈產(chǎn)生交變電動(dòng)勢的周期為T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,100π)s＝0.02s，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．3．(2019·廣西桂林期末聯(lián)考)一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)與計(jì)算機(jī)相連接，計(jì)算機(jī)能將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的圖象記錄下來，如圖甲所示，讓線圈在勻強(qiáng)磁場中以不同的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)記錄了兩次不同轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖乙所示．則關(guān)于發(fā)電機(jī)先后兩次的轉(zhuǎn)速之比na∶nb和交流電b的最大值，下列結(jié)果正確的是()A．3∶2，eq\f(10\r(2),3)V B．3∶2，eq\f(20,3)VC．2∶3，eq\f(10\r(2),3)V D．2∶3，eq\f(20\r(3),3)V解析：選B.由圖可知，a的周期為0.4s，b的周期為0.6s，則由n＝eq\f(1,T)可知，轉(zhuǎn)速與周期成反比，故曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為3∶2；曲線a表示的交變電動(dòng)勢最大值是10V，根據(jù)Em＝NBSω得曲線b表示的交變電動(dòng)勢最大值是eq\f(20,3)V，故B正確，ACD錯(cuò)誤．4．(多選)(2019·北京西城模擬)如圖所示，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢e＝100eq\r(2)sin100πt(V)．下列說法正確的是()A．交流電的頻率為100HzB．交流電動(dòng)勢的有效值為100VC．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時(shí)電動(dòng)勢為零D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時(shí)穿過線圈的磁通量為零解析：選BC.因?yàn)榻涣麟姷谋磉_(dá)式為e＝100eq\r(2)sin100πt(V)，所以ω＝100π，um＝100eq\r(2)V，所以交流電的頻率為f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，有效值U＝eq\f(Um,\r(2))＝eq\f(100\r(2),\r(2))V＝100V，A錯(cuò)誤，B正確；圖示位置磁通量最大，磁通量變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，C正確，D錯(cuò)誤．5．(2019·湖北荊門模擬)阻值為10Ω的電阻接到電壓如圖所示的交流電源上，以下說法中正確的是()A．電壓的有效值為10VB．通過電阻的電流有效值為eq\f(\r(2),2)AC．電阻消耗電功率為15WD．電阻每秒鐘產(chǎn)生的熱量為10J解析：選B.由u－t圖象，交流電壓最大值為10V，有效值U＝eq\f(Um,\r(2))＝5eq\r(2)V，故A錯(cuò)誤；通過電阻的電流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(5\r(2),10)A＝eq\f(\r(2),2)A，故B正確；根據(jù)P＝I2R，知電阻消耗的電功率P＝(eq\f(\r(2),2))2×10W＝5W，故C錯(cuò)誤；電阻每秒產(chǎn)生熱量Q＝Pt＝5×1J＝5J，故D錯(cuò)誤．6.(多選)(2019·北京海淀模擬)如圖所示，KLMN是一個(gè)豎直的匝數(shù)為n的矩形導(dǎo)線框，全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平方向的勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S，MN邊水平，線框繞豎直固定軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)MN邊與磁場方向的夾角為30°時(shí)(圖示位置)，下列說法正確的是()A．導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢的大小是eq\f(nBSω,2)B．導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢的大小是eq\f(\r(3)nBSω,2)C．線框中電流的方向是K→L→M→N→KD．線框中電流的方向是K→N→M→L→K解析：選BD.圖中的位置，線框的向右的磁通量增大，感應(yīng)電流的磁場方向向左，所以感應(yīng)電流的方向?yàn)椋篕→N→M→L→K；從垂直中性面開始計(jì)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式為E＝Emcosωt，當(dāng)線圈平面與垂直中性面夾角為30°時(shí)，即ωt＝30°，則E＝eq\f(\r(3),2)Em＝eq\f(\r(3),2)nBSω，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤．7.(2019·百校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示，邊長為L＝0.4m的正方形線框ABCD放置在水平方向的勻強(qiáng)磁場中，線框的匝數(shù)N＝10匝，線框總電阻r＝4Ω，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝eq\f(1,π)T．t＝0時(shí)刻，線框以角速度ω＝10πrad/s繞垂直磁場方向的軸OO′從圖示位置開始逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則()A．線框中產(chǎn)生交流電的頻率為10HzB．t＝0.05s時(shí)，線框中的磁通量為eq\f(1,25π)WbC．t時(shí)刻線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢e＝16cos(10πt)VD．線框消耗的電功率為64W解析：選C.由公式ω＝2πf可知，f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(10π,2π)＝5Hz，故A錯(cuò)誤；由題意可知，從圖示位置開始經(jīng)時(shí)間t＝0.05s時(shí)，轉(zhuǎn)過的角度為θ＝ωt＝10π×0.05＝eq\f(π,2)，此時(shí)磁通量最大，即為BS＝eq\f(1,π)L2＝eq\f(4,25π)，故B錯(cuò)誤；線框轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的最大感應(yīng)電動(dòng)勢為Em＝NBSω＝10×eq\f(1,π)×eq\f(4,25)×10πV＝16V，由于從垂直中性面開始計(jì)時(shí)所以表達(dá)式為：e＝Emcosωt＝16cos(10πt)V，故C正確；線框中的感應(yīng)電流的有效值為：I＝eq\f(E,r)＝eq\f(16,\r(2)×4)A＝2eq\r(2)A，所以功率為P＝I2r＝(2eq\r(2))2×4W＝32W，故D錯(cuò)誤．8.(2019·四川成都聯(lián)考)如圖，勻強(qiáng)磁場中，一單匝矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的規(guī)律為e＝20eq\r(2)sin(100πt)V．下列說法正確的是()A．該線框轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率是100HzB．該線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢最大值是20VC．t＝0.005s時(shí)刻，線框平面與中性面重合D．t＝0.05s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量變化率為0解析：選D.該線框轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率是f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)＝50Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢最大值是20eq\r(2)V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；t＝0.005s時(shí)刻，線框轉(zhuǎn)過的角度為100π×0.005＝eq\f(π,2)，此時(shí)平面與中性面垂直，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；t＝0.05s時(shí)刻，電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為0，此時(shí)穿過線圈的磁通量變化率為0，選項(xiàng)D正確．【B級能力題練穩(wěn)準(zhǔn)】9．(2019·河北張家口聯(lián)考)如圖甲、乙、丙所示的是三個(gè)具有相同I0和周期T的交變電流，分別通過三個(gè)相同的電阻，下列說法中正確的是()A．在相同時(shí)間內(nèi)，三個(gè)電阻發(fā)熱量相等B．在相同時(shí)間內(nèi)，甲是丙發(fā)熱量的2倍C．在相同時(shí)間內(nèi)，甲是乙發(fā)熱量的eq\f(1,2)D．在相同時(shí)間內(nèi)，乙發(fā)熱量最大，甲次之，丙的發(fā)熱量最小解析：選C.甲的有效值為：I＝eq\f(I0,\r(2))，由Q＝I2Rt可知一個(gè)周期內(nèi)甲的發(fā)熱量為：Q1＝eq\f(1,2)Ieq\o\al(2,0)RT；乙前后半個(gè)周期電流大小相等，故其發(fā)熱量為：Q2＝Ieq\o\al(2,0)RT；丙只有前半個(gè)周期有電流，故其發(fā)熱量為：Q3＝Ieq\o\al(2,0)R×eq\f(1,2)T＝eq\f(1,2)Ieq\o\al(2,0)RT；故可知在相同時(shí)間內(nèi)，甲、丙發(fā)熱量相等，是乙發(fā)熱量的eq\f(1,2)，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．10．(多選)(2019·廣東七校聯(lián)考)如圖所示，豎直長導(dǎo)線通有恒定電流，一矩形線圈abcd可繞其豎直對稱軸O1O2轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)線圈繞軸以角速度ω沿逆時(shí)針(沿軸線從上往下看)方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，下列說法正確的是()A．t＝0時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大B．0～eq\f(π,2ω)時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcdaC．t＝eq\f(π,2ω)時(shí)，線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動(dòng)勢也為零D．線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流方向改變兩次解析：選BD.通電導(dǎo)線在其周圍產(chǎn)生磁場，在其右側(cè)產(chǎn)生的磁場垂直于紙面向外，離導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場越弱，在t＝0時(shí)刻，ab邊和cd邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度方向與磁場平行，故不切割磁感線不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，故A錯(cuò)誤；在0～eq\f(π,2ω)時(shí)間內(nèi)，穿過線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcda，故B正確；t＝eq\f(π,2ω)時(shí)，線圈的磁通量為零，ab邊和cd邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁通量的變化率不為零，故感應(yīng)電動(dòng)勢不為零，故C錯(cuò)誤；線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流方向改變兩次，故D正確．11．(多選)(2019·河南天一大聯(lián)考)在某種科學(xué)益智玩具中，小明找到了一個(gè)小型發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲、乙所示．圖甲中，線圈的匝數(shù)為n，ab長度為L1，bc長度為L2，電阻為r；圖乙是此裝置的正視圖，切割處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B，有理想邊界的兩個(gè)扇形磁場區(qū)夾角都是90°.外力使線圈以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，電刷M端和N端接定值電阻，阻值為R，不計(jì)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)軸處的摩擦，下列說法正確的是()A．線圈中產(chǎn)生的是正弦式交變電流B．線圈在圖乙所示位置時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢E的大小為nBL1L2ωC．線圈在圖乙所示位置時(shí)，電刷M的電勢高于ND．外力做功的平均功率為eq\f(（nBL1L2ω）2,R＋r)解析：選BC.有兩個(gè)邊一直在均勻輻向磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，有：E＝2nBL1v，其中v＝eq\f(1,2)ωL2，解得E＝nBL1L2ω，故不是正弦式交變電流，故A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)根據(jù)右手定則，M端是電源正極，即M的電勢高于N的電勢，故C正確；由圖乙可知，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生電流的時(shí)間是半個(gè)周期，故外力平均功率P＝eq\f(E2,2（R＋r）)＝eq\f(（nBL1L2ω）2,2（R＋r）)，故D錯(cuò)誤．12.(2019·江蘇聯(lián)考)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)通過磁極的旋轉(zhuǎn)使不動(dòng)的線圈切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，其原理示意圖可簡化為：如圖所示，固定不動(dòng)的單匝矩形線圈abcd的電阻為r，外電阻為R，磁場繞轉(zhuǎn)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，周期為T.圖中的電壓表為理想電表，示數(shù)為U.求：(1)發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻消耗的功率；(2)從圖示位置開始計(jì)時(shí)，t＝0時(shí)，通過外電阻R的電流及方向；(3)從圖示位置開始計(jì)時(shí)，t＝eq\f(T,4)時(shí)，穿過矩形線圈abcd的磁通量．解析：(1)根據(jù)熱功率公式可知，Pr＝(eq\f(U,R))2r；(2)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生正弦式交變電流，根據(jù)正弦式交變電流的最大值與有效值的關(guān)系可知，Umax＝eq\r(2)U，t＝0時(shí)，電流為最大值，所以電流I＝eq\f(\r(2)U,R)，根據(jù)“楞次定律”可知，電流方向?yàn)樽宰笙蛴遥?3)從圖示位置開始計(jì)時(shí)經(jīng)過eq\f(T,4)，線圈轉(zhuǎn)到中性面位置，所以有Emax＝BSω，磁通量Φ＝BS，由以上各式可解得：Φ＝eq\f(\r(2)U（R＋r）,ωR).答案：(1)(eq\f(U,R))2r(2)eq\f(\r(2)U,R)，方向自左向右(3)eq\f(\r(2)U（R＋r）,Rω)13．(2019·北京海淀質(zhì)檢)如圖甲所示，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(dòng)．線框的兩個(gè)末端分別與兩個(gè)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(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示，其中B0、B1和t1均為已知量．在0～t1的時(shí)間內(nèi)，線框保持靜止，且線框平面和磁場垂直；t1時(shí)刻后線框在外力的驅(qū)動(dòng)下開始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．求：(1)0～t1時(shí)間內(nèi)通過電阻R的電流大??；(2)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后，在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量