2019高考物理一輪優(yōu)級(備講練)全國經(jīng)典版限時規(guī)范特訓11-1交變電流的產(chǎn)生和描述a_第1頁
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板塊三限時規(guī)范特訓時間:45分鐘滿分:100分一、選擇題(本題共10小題,每小題7分,共70分。其中1~6為單選,7~10為多選)1.在磁感應強度B=0.1T的勻強磁場中,一面積S=0.06m2,電阻值r=0.2Ω的矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生頻率為50Hz的交變電流。t=0時,線圈平面與磁場垂直,如圖所示。則()A.t1=0.005s時線框的磁通量最大B.t2=0.055s時,電流的方向為abcdaC.從t=0至t1=0.005s內(nèi),流經(jīng)線框截面的電荷量為0.03CD.保持交變電流頻率不變,增加磁感應強度可增大電動勢的最大值,但有效值不變答案C解析交流電的頻率為50Hz,周期為0.02s,在t=0.005s時,線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°,此時的磁通量為零,A選項錯誤。t=0.055s時,也就是線圈由圖示位置轉(zhuǎn)270°時,由楞次定律可知,電流方向應為adcba,B選項錯誤。從t=0至t1=0.005s內(nèi),q=eq\x\to(I)Δt=eq\f(ΔΦ,r)=eq\f(BS,r)=0.03C,C選項正確。電動勢的最大值Em=BSω=BS·2πf,當磁感應強度增大,其他量不變時,電動勢的最大值增大,產(chǎn)生的是正弦式交流電,有效值E=eq\f(Em,\r(2))也增大,D選項錯誤。2.如圖所示為發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖,其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極,其表面呈半圓柱面狀。M是圓柱形鐵芯,它與磁極柱面共軸,鐵芯上繞有矩形線框,可繞與鐵芯共軸的固定軸轉(zhuǎn)動。磁極與鐵芯間的磁場均勻輻向分布。從圖示位置開始計時,當線框勻速轉(zhuǎn)動時,下圖中能正確反映線框感應電動勢e隨時間t的變化規(guī)律的是()答案D解析矩形線框在均勻輻向磁場中轉(zhuǎn)動,v始終與B垂直,由E=Blv知E大小不變,方向周期性變化,D正確。3.如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場,磁場的邊界由x軸和y=2sineq\f(π,2)x曲線圍成(x≤2m),現(xiàn)把一邊長為2m的正方形單匝線框以水平速度v=10m/s勻速地拉過該磁場區(qū),磁場區(qū)的磁感應強度為0.4T,線框電阻R=0.5Ω,不計一切摩擦阻力,則()A.水平拉力F的最大值為8NB.拉力F的最大功率為12.8WC.拉力F要做25.6J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)D.拉力F要做12.8J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)答案C解析線框勻速通過磁場區(qū),產(chǎn)生的感應電流先增大后減小,形成正弦交流電,周期為eq\f(2l,v)=0.4s,感應電動勢最大值為Em=Blv=8V,有效值為4eq\r(2)V,感應電流最大值為16A,有效值為8eq\r(2)A,則水平拉力最大值為Fm=BIml=12.8N,A選項錯誤。拉力的最大功率為Pm=Fmv=128W,B選項錯誤;線框勻速通過,拉力做的功等于焦耳熱,Q=I2Rt=25.6J,C選項正確,D選項錯誤。4.如圖所示,矩形線圈abcd在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動,當線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向平行時()A.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動時的電流B.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電動勢小于繞P2轉(zhuǎn)動時的電動勢C.線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動時電流的方向相同,都是a→b→c→d→aD.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力答案A解析閉合線圈繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動就能產(chǎn)生正弦式交流電,產(chǎn)生的交流電與線圈的形狀、軸的位置無關(guān),由圖示位置開始計時,產(chǎn)生的交流電的電動勢e=nBSω·cosωt,它只跟線圈的匝數(shù)n、線圈的面積S、轉(zhuǎn)動的角速度ω及磁感應強度有關(guān),由題可知,不管繞P1還是P2軸轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交流電完全相同,所以A選項正確,B、D選項錯誤。由右手定則可知,電流方向都是adcba,C選項錯誤。5.小型交流發(fā)電機的矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的感應電動勢與時間的關(guān)系是正弦函數(shù)。將發(fā)電機與一個標有“6V,6W”的小燈泡連接形成閉合回路,不計電路的其他電阻。當線圈的轉(zhuǎn)速為n=5r/s時,小燈泡恰好正常發(fā)光,則電路中電流的瞬時值表達式為()A.i=sin5t(A) B.i=sin10πt(A)C.i=1.41sin5t(A) D.i=1.41sin10πt(A)答案D解析小燈泡正常發(fā)光,所以電流的有效值為I=eq\f(P,U)=eq\f(6W,6V)=1A,由于金屬線圈產(chǎn)生的是正弦交流電,所以電流的最大值Im=eq\r(2)I=eq\r(2)A=1.41A,轉(zhuǎn)速n=5r/s,所以角速度ω=2πn=10πrad/s,由以上條件可知,電流的瞬時值表達式i=Imsinωt=1.41sin10πt(A),D選項正確。6.如圖所示,矩形線圈abcd與可變電容器C、理想電流表組成閉合電路。線圈在有界勻強磁場中繞垂直于磁場的bc邊勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動的角速度ω=100πrad/s。線圈的匝數(shù)N=100匝,邊長ab=0.2m、ad=0.4m,電阻不計。磁場只分布在bc邊的左側(cè),磁感應強度大小B=eq\f(\r(2),16π)T。電容器放電時間不計。下列說法正確的是()A.該線圈產(chǎn)生的交流電動勢峰值為50VB.該線圈產(chǎn)生的交流電動勢有效值為25eq\r(2)VC.電容器的耐壓值至少為50VD.電容器的電容C變大時,電流表的示數(shù)變小答案B解析該線圈產(chǎn)生的交流電動勢峰值Em=NBSω=50eq\r(2)V,A項錯誤;因為該線圈產(chǎn)生的交流電不是完整的正弦式交流電,只有一半,所以根據(jù)有效值的定義eq\f(E2,R)×eq\f(T,2)=eq\f(E′2,R)T,E=eq\f(Em,\r(2)),聯(lián)立解得電動勢有效值E′=25eq\r(2)V,B項正確;電容器的耐壓值至少為50eq\r(2)V,C項錯誤。電容器的電容C變大時,容抗變小,電容器的充放電電流增大,D項錯誤。7.一正弦交流電源的u-t圖象如圖甲所示,將它接在圖乙所示電路的e、f兩端,若電阻的阻值為110Ω,電源的內(nèi)阻不計,交流電壓表是量程為250V的理想電表,則下列說法中正確的是()A.通過電阻的電流方向1秒鐘改變50次B.交流電壓表示數(shù)為220VC.產(chǎn)生該交流電的線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動的角速度為100πrad/sD.在1分鐘內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為5.28×104J答案BC解析由圖甲知交流電的周期為T=0.02s,頻率f=eq\f(1,T)=50Hz,而一個周期內(nèi)電流方向改變兩次,即通過電阻的電流方向1秒鐘改變100次,A選項錯。交流電壓的峰值為220eq\r(2)V,有效值為220V,B選項對。由ω=eq\f(2π,T)=100πrad/s可知,C選項對。由Q=eq\f(U2,R)t得,在1分鐘內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為2.64×104J,D選項錯。8.如圖所示,先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化,如下圖甲所示;第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示。若圖甲、乙中的U0、T所表示的電壓、周期值是相等的,則以下說法正確的是()A.第一次燈泡兩端的電壓有效值是eq\f(\r(2),2)U0B.第二次燈泡兩端的電壓有效值是eq\f(3,2)U0C.第一次和第二次燈泡的電功率之比是2∶9D.第一次和第二次燈泡的電功率之比是1∶5答案AD解析第一次所加正弦交流電壓的有效值為U1=eq\f(\r(2),2)U0,A項正確。設第二次所加交流電壓的有效值為U2,則根據(jù)有效值的定義有eq\f(U\o\al(2,2),R)T=eq\f(2U02,R)·eq\f(T,2)+eq\f(U\o\al(2,0),R)·eq\f(T,2),解得U2=eq\f(\r(10),2)U0,B項錯誤。根據(jù)電功率的定義式P=eq\f(U2,R)可知,P1∶P2=1∶5,C項錯誤,D項正確。9.如圖所示,N匝矩形導線框以角速度ω在磁感應強度為B的勻強磁場中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,線框面積為S,線框的電阻、電感均不計,外電路接有電阻R、理想交流電流表和二極管D。二極管D具有單向?qū)щ娦?,即正向電阻為零,反向電阻無窮大。下列說法正確的是()A.交流電流表的示數(shù)I=eq\f(ω,2R)NBSB.一個周期內(nèi)通過R的電荷量q=eq\f(2NBS,R)C.R兩端電壓的有效值U=eq\f(ω,\r(2))NBSD.圖示位置電流表的示數(shù)為0答案AB解析由圖示位置開始計時,產(chǎn)生正弦交流電,電動勢的瞬時值e=NBSω·sinωt,由于二極管具有單向?qū)щ娦?,則電阻R的電壓隨時間變化的圖象如圖所示,所以有效值eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(NBSω,\r(2))))2,R)eq\f(T,2)=eq\f(U2,R)T,U=eq\f(NBSω,2),C選項錯誤,由歐姆定律得I=eq\f(U,R)=eq\f(NBSω,2R),A選項正確。電流表顯示的是有效值,所以不為0,D選項錯誤。q=eq\f(NΔΦ,R)=eq\f(2NBS,R),B選項正確。10.邊長為L的正方形線框在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的感應電流的最大值為Im,設燈泡的電阻為R,其他電阻不計。從如圖所示位置開始計時,則()A.電路中電流的最大值Im=eq\f(BL2ω,R)B.電路中電流的瞬時值表達式為i=ImsinωtC.電流表的讀數(shù)為eq\f(Im,2)D.燈泡的電功率為eq\f(I\o\al(2,m),2)R答案AD解析感應電動勢的最大值Em=BL2ω,則電流的最大值Im=eq\f(Em,R)=eq\f(BL2ω,R),選項A正確。由線圈電流為最大值時開始計時,故電路中電流的瞬時值表達式應為i=Imcosωt,選項B錯誤。電流表的讀數(shù)為有效值,為I=eq\f(\r(2),2)Im,選項C錯誤。燈泡的電功率P=I2R=eq\f(1,2)Ieq\o\al(2,m)R,選項D正確。二、非選擇題(本題共2小題,共30分)11.(15分)如圖所示,光滑平行的長金屬導軌固定在水平面上,相距L=1m,左端連接R=2Ω的電阻,一質(zhì)量m=0.5kg、電阻r=1Ω的導體棒MN垂直放置在兩平行金屬導軌上,彼此接觸良好,導軌的電阻不計。在兩導軌間有這樣的磁場,磁場方向豎直向下,磁感應強度B大小隨x變化關(guān)系是B=0.6sineq\f(πx,2x0)(T),x0=0.5m;兩區(qū)域磁感應強度大小關(guān)于直線x=0.5m對稱。(1)導體棒在水平向右的拉力F作用下,以速度v0=1m/s勻速穿過磁場區(qū),求此過程中感應電流的最大值Im?(2)在(1)的情況下,求棒穿過磁場過程中拉力做的功W以及電阻R上產(chǎn)生的熱量QR?答案(1)0.2A(2)0.06J0.04J解析(1)導體棒以不變的速度穿過磁場區(qū),B=0.6sineq\f(πx,2x0)x=v0t得B=0.6sinπt由法拉第電磁感應定律得e=BLv0=0.6sinπtV這是一正弦交流電,Em=0.6V由歐姆定律得Im=eq\f(Em,R+r)=0.2A。(2)電流的有效值I=eq\f(Im,\r(2))棒在磁場中的時間t=eq\f(s,v0),s=1m拉力做功等于回路中產(chǎn)生的熱量W=Q=I2(R+r)t電阻R上產(chǎn)生的熱量QR=I2Rt代入數(shù)據(jù)解得W=0.06J,QR=0.04J。12.(15分)如圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機原理圖,其矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,線圈的匝數(shù)n=100、電阻r=10Ω,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接,電阻R=90Ω,與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表。在t=0時刻,線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化。求:(1)從t=0時刻開始轉(zhuǎn)動四分之一周期過程中的平均感應電動勢?(2)從t=0時刻開始轉(zhuǎn)動四分之一周期過程中流過電阻R的電荷量?(3)電路中交流電壓表的示數(shù)?(4)從t=0時刻開始轉(zhuǎn)一周過程外力對線圈所做的功?答案(1)127.4V(2)0.02C(3)90eq\r(2)V(4)12.56J解析(1)eq\x\to(E)=eq\f(nΔΦ,Δt)=eq\f(100×2.0×10-2-0,1.57×10-2)V≈127.4V。(2)eq\x\to(I)=eq\f(\x\to(E),R+r)=eq\f(127.4,90+10)A=1.274A,q=eq\x\to(I)t=1

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