2019版高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 课后分级演练31 交变电流的产生及描述.doc

1课后分级演练课后分级演练( (三十一三十一) ) 交变电流的产生及描述交变电流的产生及描述【A 级基础练】1图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是( )解析：C 选项 C 情况下，穿过线圈的磁通量始终为零，不能产生正弦式交变电流，而A、B、D 情况均可产生，故选 C.2.如图所示的空间存在一匀强磁场，其方向为垂直于纸面向里，磁场的右边界为MN，在MN右侧有一矩形金属线圈abcd，ab边与MN重合现使线圈以ab边为轴按图示方向匀速转动(从上往下看为顺时针转动)，将a、b两端连到示波器的输入端，若ab边中电流从a到b为正，则从示波器观察到的ab中电流随时间变化的图形是( )解析：D 本题可将右侧磁场补全，即矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，会产生正弦式交流电，由楞次定律可知：从中性面开始，电流从 0 开始，沿负向，可画出完整电流随时间变化的图形，在此基础上，去掉右侧磁场，故电流仅在左侧磁场中切割磁感线而产生电流，故选项 D 正确3.(多选)(2017·天津理综)在匀强磁场中，一个 100 匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化设线圈总电阻为2 ，则( )At0 时，线圈平面平行于磁感线Bt1 s 时，线圈中的电流改变方向Ct1.5 s 时，线圈中的感应电动势最大D一个周期内，线圈产生的热量为 82 J解析：AD 本题考查正弦交流电的产生、有效值，焦耳热由t图可知，t0 时，0，则线圈平面平行于磁感线，选项 A 正确；t1 s 时0，此时电动势最大，t0.5 s 和t1.5 s 时，最大，此时电动势为 0，电流改变方向，选项 B、C 错误；交流电电动势的最大值EmnBSnm4 V，有效值EEm2 V，一个周期内2 T2222线圈产生的热量Q·T82 J，D 正确E2 R4(多选)(2017·山西五校四联)如图甲所示，一台线圈内阻为 2 的小型发电机外接一只电阻为 10 的灯泡，发电机内匀强磁场的磁感应强度为 T，线圈的面积为 0.01 2m2，发电机正常工作时灯泡的电流i随时间t变化的正弦规律图象如图乙所示下列说法正确的是( )At0.05 s 时，穿过线圈的磁通量为零Bt0.05 s 时，理想交流电压表的示数为 30 VC发电机内线圈的匝数为 240D发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为 9 J解析：AB 由图乙可知t0.05 s 时，发电机的输出电流为最大值，此时线圈平面与中性面垂直，磁通量为零，A 正确由图乙可知电流的有效值I3 A，理想交流电压表的示数U3×10 V30 V，B 项正确由图乙可知，电流最大值为 3 A，则发电机产生的2感应电动势最大值EmnBS(2 10 )×3 A36 V，又B T，S0.01 222m2，10 rad/s，得n360，C 项错误Q32×2×1 J18 J，D 项错误2 T5.如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为 45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)则线框内产生的感应电流的有效值为( )A.B.BL2 2R2BL22RC.D.2BL24RBL2 4R解析：D 线框进入磁场和穿出磁场产生的感应电动势均为EBL2，产生感应电动1 2势的时间均为 ，由一个周期产生的电热Q()2R× ×2I2RT，解得I，选 D.T 8BL2 2RT 8BL2 4R6如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO3以角速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正则下列四幅图中正确的是( )解析：D 解法一：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生的电流按正弦规律变化，由于t0 时，线圈的转动方向如图乙，由右手定则判断可得，此时ad中电流方向为由a到d，线圈中电流方向为adcba，与规定的电流正方向相反，电流为负值又因为此时ad、bc两边的切割速度方向与磁场方向成 45°夹角，由E2Blv，可得E2·BlvEm，即此时的电动势为最大值的倍，电流当然也是最222222大值的倍，由图乙还能观察到，线圈在接下来 45°的转动过程中，ad、bc两边的切割速22度越来越小，所以感应电动势应减小，感应电流应减小故 D 正确，A、B、C 错误解法二：还可以用排除法解题因计时起点时刻对应45°，即t0 时，线圈中感应电流不为零，也不是最大，故 A、B 错误；当线圈再转过 45°时，线圈处于中性面位置，即此时感应电流为零，故 D 正确，C 错误7.如图所示电路，电阻R1与电阻R2串联接在交变电源上，且R1R210 ，正弦交流电的表达式为u20sin 100t(V)，2R1和理想二极管D(正向电阻可看做零，反向电阻可看做无穷大)并联，则R2上的电功率为( )A10 WB15 WC25 WD30 W解析：C 由图可知，当A端输出电流为正时，R1被短路，则此时R2上电压有效值为：U220 V，当B端输出电流为正时，R1、R2串联，则R2两端电压有效值为Um24U210 V，则在一个周期内的电压有效值为：× × ×T解得：U5U2 2U22 R2T 2U2 2 R2T 2U2 R2V 则有：P2 W25 W.10U2 R2250 108(多选)如图所示，某电路上接有保险丝、交流电压表、 “220 V 900 W”的电饭锅及“220 V 200 W”的抽油烟机现接入311sin 100t(V)的交流电，下列说法正确的是( )A交流电压表的示数为 311 VB1 s 内流过保险丝的电流方向改变 100 次C电饭锅的热功率是抽油烟机热功率的 4.5 倍D为保证电路正常工作，保险丝的额定电流不能小于 5 A解析：BD 由u311sin 100t(V)知，电压最大值Um311 V，f Hz50 100 2Hz,1 s 内电流方向改变 100 次，电压有效值为U220 V，故选项 A 错误，B 正确；电Um2饭锅的功率为抽油烟机功率的 4.5 倍，但抽油烟机不是纯电阻元件，其热功率小于 200 W，故选项 C 错误；电路正常工作时的总功率P1 100 W，有I A5 A，故选P U1 100 220项 D 正确9如图甲所示，N匝矩形线框以角速度在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕轴OO匀速转动，线框面积为S，线框的电阻不计，外电路接有开关、理想电压表、电阻为R的灯泡L和电容器C，线框转动产生的电动势随时间变化的图象如图乙所示，则下列说法中正确的是( )A图乙是在线框与磁场方向平行位置开始计时的电动势随时间变化的图象B根据题设条件可知UmNBS，且t 时刻，电压表的示数为零T 2C当电容器的耐压值等于峰值时，电容器一定会被击穿D当电压表的示数恒为时，灯泡上消耗的功率为NBS2N2B2S22 2R解析：D 线框与磁场方向平行时，磁通量为 0，但磁通量的变化率不为 0，而t0 时，5U0，故题图乙中的图象不是以线框与磁场方向平行时为计时起点的输出电压随时间变化的图象，故 A 错误；电压表测的是交流电的有效值，故t 时刻，电压表的示数不为零，T 2B 错误；当电容器的耐压值大于峰值UmNBS时，电容器才一定不会被击穿，C 错误；电压表的示数恒为，故灯泡上消耗的功率为P，D 正确NBS2U2 RN2B2S22 2R10如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场已知线圈的匝数n100 匝，总电阻r1.0 ，所围成矩形的面积S0.040 m2，小灯泡的电阻R9.0 ，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为enBmScos t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电2 T2 T阻随温度的变化，求：(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的 0 时间内，通过小灯泡的电荷量T 4解析：(1)由图象知，线圈中产生的交变电流的周期T3.14×102 s，所以EmnBmS8.0 V.2nBmS T(2)电流的最大值Im0.80 A，有效值I A，小灯泡消耗的电功率Em RrIm22 25PI2R2.88 W.(3)在 0 时间内，电动势的平均值 ，T 4EnSB t平均电流 ，IE RrnSB Rrt流过灯泡的电荷量Qt4.0×103C.InSB Rr答案：(1)8.0 V (2)2.88 W (4)4.0×103 C【B 级提升练】11一个 U 形金属线框在匀强磁场中绕OO轴以相同的角速度匀速转动，通过导线给同一电阻R供电，如图甲、乙所示其中甲图中OO轴右侧有磁场，乙图中整个空间均有磁场，两磁场磁感应强度相同则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为( )6A1B122C14D11解析：A 题图甲中的磁场只在OO轴的右侧，所以线框只在半周期内有感应电流产生，如图甲，电流表测得是有效值，所以I.题图乙中的磁场布满整个空间，线框1 2BS R中产生的感应电流如图乙，所以I ，则II1，即 A 正确22BS R212.(多选)如图所示，N匝矩形导线框以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO匀速转动，线框面积为S，线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想交流电流表和二极管 D.二极管 D 具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大下列说法正确的是( )A交流电流表的示数INBS 2RB一个周期内通过R的电荷量q2NBS RCR两端电压的有效值UNBS2D图示位置电流表的示数为 0解析：AB 设回路中电流的有效值为I，由电流的热效应可知， ()1 2NBS2R2RTI2RT，I，A 正确，D 错误电阻R两端电压UIR，C 错一个周期NBS 2RNBS 2内通过R的电荷量q，B 正确N R2NBS R13(多选)如图甲所示是一种振动发电装置的示意图，一个半径r0.10 m、匝数n20 匝的线圈套在永久磁铁槽中，槽中磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右侧视图如图乙所示)，线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B T，线图的电阻R10.50 0.60 ，它的引出线接有R29.50 的小电珠 L，A 为理想交流电流表当线圈框架的P端7在外力作用下沿轴线做往复运动时，便有电流通过电珠若线圈往复运动的规律如图丙所示(v取向右为正)，则下列判断正确的是( )A电流表的示数为 0.24 AB0.01 s 时回路中的电流最大C回路中交流电的频率为 50 HzD0.015 s 时电珠 L 中电流的方向为从DLC解析：C 由EBLv及vt图象可知，线圈往复运动所产生的感应电流为正弦式交流电，则EmnB×2rvm2.4 V，电流的有效值I A，选项 A 错误；Em2R1R20.242由图象可知T0.02 s，f50 Hz，选项 C 正确；t0.01 s 时，v0，所以I0，选项B 错误；t0.015 s 时，由右手定则可知，电流方向为CLD，选项 D 错误14.如图所示，一个半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab乖直)的匀强磁场，磁感应强度为B.M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计求：(1)感应电动势的最大值；(2)从图示位置起转过 转的时间内，负载电阻R上产生的热量；1 4(3)从图示位置起转过 转的时间内，通过负载电阻R的电荷量；1 4(4)电流表的示数解析：(1)线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流此交变电动势的最大值为8EmBSB··2nr2 22Bnr2(2)在线圈从图示位置转过 转的时间内，电动势的有效值为E1 4Em222Bnr22电阻R上产生的热量为Q( )2R· E RT 44B2r4n 8R(3)在线圈从图示位置转过 转的时间内，电动势的平均值为 1 4E t通过R的电荷量q ·t ·tIE R RBr2 2R(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E，由有效值的定义得· Em22RT 2T，解得EE2 REm 2故电流表的示数为I.E R2r2nB 2R答案：(1)2Bnr2 (2) (3) (4)4B2r4n 8RBr2 2R2r2nB 2R15某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为 ，磁场均沿半径方向匝数为N的矩形线圈abcd的边长4 9abcdl、bcad2l.线圈以角速度绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直线圈的总电阻为r，外接电阻为R.求：(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；(3)外接电阻上电流的有效值I.解析：(1)bc、ad边的运动速度v，l 2感应电动势Em4NBlv9解得Em2NBl2.(2)电流Im，安培力F2NBImlEm rR解得F.4N2B2l3 rR(3)一个周期内，通电时间tT4 9R上消耗的电能WI Rt 且WI2RT2 m解得I.4NBl2 3rR答案：(1)2NBl2 (2) (3)4N2B2l3rR4NBl23rR