2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)第11章交變電流傳感器第1講交變電流的產(chǎn)生和描述課后作業(yè)含解析

第1講交變電流的產(chǎn)生和描述

時(shí)間：50分鐘嗓滿分：100分

一、選擇題（本題共10小題，每小題7分，共70分。其中1?7題為單選，8?10題為

多選）

1.圖中閉合線圈都在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，不能產(chǎn)生正弦式交變

電流的是（）

答案C

解析只要閉合線圈繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，就能產(chǎn)生正弦式交流電，與軸的位置、

線圈的形狀無(wú)關(guān)。除C項(xiàng)的軸與磁感線平行外，其他選項(xiàng)的軸都與磁感線垂直。所以C正確,

A、B、D錯(cuò)誤。

2.（2019?東北三省三校二模）圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場(chǎng)

可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，A為理想交流電流表。線圈繞垂直于磁場(chǎng)的水平軸OO1沿逆時(shí)

針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示。已知發(fā)電機(jī)線圈電阻為10Q,

外接一只阻值為90。的電阻，不計(jì)電路的其他電阻，則（）

A.電流表的示數(shù)為0.31A

B.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為50“rad/s

C.0.01s時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行

D.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周過(guò)程中，外電阻發(fā)熱約為0.087J

答案D

P

解析在交流電路中電流表的示數(shù)為電流的有效值，￡有效=/V=22V,電流表的示數(shù)

/=常=而A=0.22A,A錯(cuò)誤；從圖象可知線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為。.02s,則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速

2Ji

度=100JTrad/s,B錯(cuò)誤：（）.01s時(shí)線圈的電動(dòng)勢(shì)為0,因此線圈在中性面處，C錯(cuò)

誤；線圈發(fā)熱應(yīng)用電流的有效值進(jìn)行計(jì)算，則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈外電阻的發(fā)熱量Q=fRT=

（0.22）2X90X0.02J^O.087J,D正確。

3.（2019?湖北省高三一月聯(lián)考）2018年4月15日，中國(guó)國(guó)際小家電展覽會(huì)在廣州拉開(kāi)

帷幕，家電展上有些國(guó)家家用電器的額定電壓和我國(guó)是不同的，例如美國(guó)家用電器不能直接

接到220V的照明電路上，可以接到交變電壓是u=U（h「sinl20JiMV）的電源上使用，交變

電壓是由矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的，下列說(shuō)法正確的是（）

A.用電壓表測(cè)該電壓其示數(shù)為11附V

B.電流方向每秒改變60次

C.交流電的頻率為60Hz,當(dāng)￡=0.1s時(shí)u=ll外「V

D.將該電壓加在110Q的電阻兩端，則該電阻消耗的電功率為110TV

答案I）

解析由交變電壓的表達(dá)式可知，該交流電的頻率為F=堞上Hz=60Hz,電壓最大值

乙JI

為a=110y/iVo次

電壓表讀數(shù)等于電壓的有效值，為〃=亞=110V,故A錯(cuò)誤；一個(gè)周期內(nèi)

電流方向改變2次，故1s內(nèi)改變的次數(shù)為60X2=120次，B錯(cuò)誤；當(dāng)￡=0.1s時(shí)〃=0,C

錯(cuò)誤；將該電壓加在110。的電阻兩端，該電阻消耗的功率為々5=110W,故D正確。

K

4.勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一長(zhǎng)方形閉合導(dǎo)線框，分別以相同的角速度繞圖a、b、c、d所示的固

定轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，用￡、A、4、人表示四種情況下線框中電流的有效值，則（）

A.IayIdB./a>/b

C.I"D.k=IA

答案D

解析線圈繞垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān)，則四種情況

下線框中電流的有效值相等，即4=4=4=4故D正確。

5.（2019?湖南岳陽(yáng)一模）如圖所示，電阻為八匝數(shù)為M面積為S的矩形線圈在磁感

應(yīng)強(qiáng)度為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸以某一角速度3勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，接入電路中變阻器的

阻值為此￡=0時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)垂直，各電表均為理想交流電表，則（）

A.f=0時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Zi=A3s3

B.電壓表的示數(shù)為''飛

C.滑片〃向下滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大

D.線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度3變大時(shí)，電流表的讀數(shù)變大

答案I)

解析￡=0時(shí)，線圈位于中性面處，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，故A錯(cuò)誤；電壓表的示數(shù)為

NBSa

路端電壓的有效值，即〃=-?「------R，故B錯(cuò)誤；滑片尸向下滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入

y/2R+r

電路的電阻增大，電路中電流減小，所以電流表讀數(shù)變小，故C錯(cuò)誤；線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速

度Q變大時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的最大值瓦=ABSg增大，電動(dòng)勢(shì)有效值增大，電流表的讀數(shù)變大，故

D正確。

6.如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的邊界由x軸和y=2sin為曲線圍成(>W2m),

現(xiàn)把一邊長(zhǎng)為2m的正方形單匝線框以水平速度r=10m/s勻速地拉過(guò)該磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)區(qū)的

磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4T,線框電阻Q0.5Q,不計(jì)一切摩擦阻力，則()

A.水平拉力/的最大值為8N

B.拉力〃的最大功率為12.8W

C.拉力尸要做25.6J的功才能讓線框通過(guò)此磁場(chǎng)區(qū)

D.拉力尸要做12.8J的功才能讓線框通過(guò)此磁場(chǎng)區(qū)

答案C

解析線框勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流先增大后減小，形成正弦交流電，持續(xù)時(shí)

間1=^=0.4s,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為四=8/r=8V,有效值為44V,感應(yīng)電流最大值為

16A,有效值為隊(duì)「A,則水平拉力最大值為凡=8，J=12.8N,A錯(cuò)誤。拉力的最大功率為

2=月/=128肌B錯(cuò)誤；線框勻速通過(guò)，拉力做的功等于焦耳熱，心，放=25.6J,C正確,

D錯(cuò)誤。

7.如圖所示，一半徑為￡的導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，。為圓心。環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓心角為90°且

關(guān)于0中心對(duì)稱(chēng)的扇形區(qū)域內(nèi)分布有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為反方向相反且

均與紙面垂直。導(dǎo)體桿〃獷可繞。轉(zhuǎn)動(dòng)，V端通過(guò)滑動(dòng)觸點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸，在圓心和圓環(huán)間

連有電阻尼不計(jì)圓環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻，當(dāng)桿以恒定角速度3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，理想電流表

A的示數(shù)為（）

C也應(yīng)%D型

2R2R

答案A

解析〃獷切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)￡=今竺，〃，心切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流/=]

設(shè)電流的有效值為/〃效，貝IJ元效解得八效=一籌”,A正確。

8.（2019?湖北黃岡中學(xué)模擬）如圖甲所示是一種振動(dòng)發(fā)電裝置的示意圖，半徑為r=0.1

嘰匝數(shù)〃=20的線圈位于輻向分布的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感線均沿半徑方向均勻分布（其右視

圖如圖乙所示），線圈所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為6=產(chǎn)T,線圈電阻為兆=0.5Q,

它的引出線接有尼=9.5Q的小屯珠L(zhǎng),外力推動(dòng)線圈框架的尸端，使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)

動(dòng),線圈運(yùn)動(dòng)速度/隨時(shí)間「變化的規(guī)律如圖丙所示（摩擦等損耗不計(jì)，圖丙為正弦函數(shù)圖線），

則（）

甲乙

?/(nj?s-1)

2

0

21416\8/101112//(x叫)

-2

內(nèi)

A.小電珠中電流的峰值為0.16A

B.小電珠中電流的有效值為0.16A

C.電壓表的示數(shù)約為1.5V

D.1=0.01s時(shí)外力的大小為0.128N

答案AD

解析由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律可知￡=〃8?2兀r-夕，線圈在磁場(chǎng)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，

產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦函數(shù)變化，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為￡=〃4?2nr%,故

0.20

&20X—X2HX0,1X2

小電珠中電流的峰值為Zr.=n[n=.-*Q-A=0.16A,有效值為I=~F^—

為十姮U.3十y.□yj2

0.08^/2A,A正確，B錯(cuò)誤；電壓表示數(shù)為Q/?是%1.07V,C錯(cuò)誤；當(dāng)￡=0.01s也就是

;時(shí)，由廣￡圖象知線圈的加速度為0,外力等于安培力，所以外力的大小為尸

=0.128N,D正確。

9.（2019?甘肅靖遠(yuǎn)一中高三下學(xué)期二模）圖甲為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)構(gòu)造示意圖，內(nèi)阻r=

5.0Q,外電路電阻495Q,電路中其余電阻不計(jì)。發(fā)電機(jī)內(nèi)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以

恒定的角速度3繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈匝數(shù)〃=100。轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)每匝線

圈的磁通量。隨時(shí)間「按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示，（兀=3.14,*=1.4）則（）

A.該小型發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)的最大值為200V

B.1=3.14X10T$時(shí)，磁通量的變化率為2Wb/s

C.2=3.14X10-2$時(shí)，串聯(lián)在外電路中的交流電流表的讀數(shù)為2A

I）.8=3.14X102$時(shí)，串聯(lián)在外電路中的交流電流表的讀數(shù)為1.4A

答案ABD

解析從辦。圖線可以看出，03=1.0X10々7=3.14X10-2s,3=半，感應(yīng)

電動(dòng)勢(shì)的最大值瓜X=〃303、=1OOXi：ji「2XlXl()Tv=200V,故A正確；￡=3.14X10

o.14X1U

S時(shí)，磁通量G的變化率最大，最大值為詈=虛Wb/s=2Wb/s,B正確；電路中電流有

^2200

效值/=A=1.4A,則串聯(lián)在外電路中的交流電流表的讀數(shù)為L(zhǎng)4A,故C錯(cuò)誤,

斤+尸10岫

D正確。

10.如圖所示，N匝矩形導(dǎo)線框以角速度3在磁感應(yīng)強(qiáng)度為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸如'勻

速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框面積為S,線框的電阻、電感均不計(jì)，外電路接有電阻山理想交流電流表所

二極管D。二極管D具有單向?qū)щ娦?，即正向電阻為零，反向電阻無(wú)窮大。下列說(shuō)法正確的是

（）

A.交流電流表的示數(shù)/=/,皿S

41\

9NR0

B.一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)長(zhǎng)的電荷量4=三票

K

C.#兩端電壓的有效值入比.防S

D.圖示位置電流表的示數(shù)為0

答案AB

解析山圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生正弦交流電，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e="交3?sin3b山

于二極管具有單向?qū)щ娦?，則電阻〃兩端的電壓隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，由有效值的定

?罄T，所以"兩端電壓的有效值為/=等t，C錯(cuò)誤。由歐姆定律得電流表

的示數(shù)/=/也箸，A正確，D錯(cuò)誤。一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)"的電荷量。=*浮=￥，B正確。

K乙KKK

二、非選擇題（本題共2小題，共30分）

11.（14分）如圖所示，光滑平行的長(zhǎng)金屬導(dǎo)軌固定在水平面上，相距￡=lm,左端連接

R=2Q的電阻，一質(zhì)量加=0.5kg、電阻丁=1。的導(dǎo)體棒,網(wǎng)垂直放置在兩平行金屬導(dǎo)軌

上，彼此接觸良好，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)。在兩導(dǎo)軌間有這樣的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向豎直向下，磁感

JIX

應(yīng)強(qiáng)度4大小隨*變化關(guān)系是4=0.6sin?。═）,照=0.5m；兩區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度大小關(guān)于直

ZAb

線x=0.5m對(duì)稱(chēng)。

（1）導(dǎo)體棒在水平向右的拉力〃作用下，以速度%=lm/s勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)，求此過(guò)程中

感應(yīng)電流的最大值A(chǔ)；

（2）在（1）的情況下，求棒穿過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中拉力做的功/以及電阻發(fā)上產(chǎn)生的熱量

答案（1）0.2A（2）0.06J0.04J

解析（D導(dǎo)體棒以不變的速度穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)，

HX

-

B=0.GsinT,x=VottB=0.6sinnt

由法拉第電磁感應(yīng)定律得e=BLw=0.6sinntV

這是一正弦交流電，E=0.6V

p

由歐姆定律得7iI=r,I=0.2Ao

H-Tr

棒在磁場(chǎng)中的時(shí)間t=—

拉力做功等于回路中產(chǎn)生的熱量/=0=/（什#t

電阻??上產(chǎn)生的熱量QR=fRt

代入數(shù)據(jù)解得W'=0.06J,0=0.04Jo

12.（16分）如圖所示，一個(gè)半徑為萬(wàn)的半圓形線圈，以直徑a〃為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為〃,

劭的左側(cè)有垂直于紙面向里（與防垂直）的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為民M和N是兩個(gè)集流環(huán),

負(fù)載電阻為此線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻不計(jì)，求：

R

(D感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值;

(2)從圖示位置起轉(zhuǎn)過(guò)彳圈的時(shí)間內(nèi)，負(fù)載電阻弁上產(chǎn)生的熱帚：

(3)從圖示位置起轉(zhuǎn)過(guò)3圈的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)負(fù)載電阻E的