2019年高考物理第十一章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述练习.docx

第1讲 交变电流的产生和描述板块三限时规范特训时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分。其中16为单选，710为多选)1.在磁感应强度B0.1 T的匀强磁场中，一面积S0.06 m2，电阻值r0.2 的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生频率为50 Hz的交变电流。t0时，线圈平面与磁场垂直，如图所示。则()At10.005 s时线框的磁通量最大Bt20.055 s时，电流的方向为abcdaC从t0至t10.005 s内，流经线框截面的电荷量为0.03 CD保持交变电流频率不变，增加磁感应强度可增大电动势的最大值，但有效值不变答案C解析交流电的频率为50 Hz，周期为0.02 s，在t0.005 s时，线圈由图示位置转过90，此时的磁通量为零，A选项错误。t0.055 s时，也就是线圈由图示位置转270时，由楞次定律可知，电流方向应为adcba，B选项错误。从t0至t10.005 s内，qt0.03 C，C选项正确。电动势的最大值EmBSBS2f，当磁感应强度增大，其他量不变时，电动势的最大值增大，产生的是正弦式交流电，有效值E也增大，D选项错误。2.如图所示为发电机结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，其表面呈半圆柱面状。M是圆柱形铁芯，它与磁极柱面共轴，铁芯上绕有矩形线框，可绕与铁芯共轴的固定轴转动。磁极与铁芯间的磁场均匀辐向分布。从图示位置开始计时，当线框匀速转动时，下图中能正确反映线框感应电动势e随时间t的变化规律的是()答案D解析矩形线框在均匀辐向磁场中转动，v始终与B垂直，由EBlv知E大小不变，方向周期性变化，D正确。3如图所示区域内存在匀强磁场，磁场的边界由x轴和y2sinx曲线围成(x2 m)，现把一边长为2 m的正方形单匝线框以水平速度v10 m/s匀速地拉过该磁场区，磁场区的磁感应强度为0.4 T，线框电阻R0.5 ，不计一切摩擦阻力，则()A水平拉力F的最大值为8 NB拉力F的最大功率为12.8 WC拉力F要做25.6 J的功才能让线框通过此磁场区D拉力F要做12.8 J的功才能让线框通过此磁场区答案C解析线框匀速通过磁场区，产生的感应电流先增大后减小，形成正弦交流电，周期为0.4 s，感应电动势最大值为EmBlv8 V，有效值为4 V，感应电流最大值为16 A，有效值为8 A，则水平拉力最大值为FmBIml12.8 N，A选项错误。拉力的最大功率为PmFmv128 W，B选项错误；线框匀速通过，拉力做的功等于焦耳热，QI2Rt25.6 J，C选项正确，D选项错误。4.如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时()A线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是abcdaD线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力答案A解析闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动就能产生正弦式交流电，产生的交流电与线圈的形状、轴的位置无关，由图示位置开始计时，产生的交流电的电动势enBScost，它只跟线圈的匝数n、线圈的面积S、转动的角速度及磁感应强度有关，由题可知，不管绕P1还是P2轴转动，产生的交流电完全相同，所以A选项正确，B、D选项错误。由右手定则可知，电流方向都是adcba，C选项错误。5小型交流发电机的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间的关系是正弦函数。将发电机与一个标有“6 V,6 W”的小灯泡连接形成闭合回路，不计电路的其他电阻。当线圈的转速为n5 r/s时，小灯泡恰好正常发光，则电路中电流的瞬时值表达式为()Aisin5t(A) Bisin10t(A)Ci1.41sin5t(A) Di1.41sin10t(A)答案D解析小灯泡正常发光，所以电流的有效值为I1 A，由于金属线圈产生的是正弦交流电，所以电流的最大值ImI A1.41 A，转速n5 r/s，所以角速度2n10 rad/s，由以上条件可知，电流的瞬时值表达式iImsint1.41sin10t(A)，D选项正确。6.如图所示，矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表组成闭合电路。线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，转动的角速度100 rad/s。线圈的匝数N100匝，边长ab0.2 m、ad0.4 m，电阻不计。磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小B T。电容器放电时间不计。下列说法正确的是()A该线圈产生的交流电动势峰值为50 VB该线圈产生的交流电动势有效值为25 VC电容器的耐压值至少为50 VD电容器的电容C变大时，电流表的示数变小答案B解析该线圈产生的交流电动势峰值EmNBS50 V，A项错误；因为该线圈产生的交流电不是完整的正弦式交流电，只有一半，所以根据有效值的定义T，E，联立解得电动势有效值E25 V，B项正确；电容器的耐压值至少为50 V，C项错误。电容器的电容C变大时，容抗变小，电容器的充放电电流增大，D项错误。7一正弦交流电源的ut图象如图甲所示，将它接在图乙所示电路的e、f两端，若电阻的阻值为110 ，电源的内阻不计，交流电压表是量程为250 V的理想电表，则下列说法中正确的是()A通过电阻的电流方向1秒钟改变50次B交流电压表示数为220 VC产生该交流电的线圈在磁场中匀速转动的角速度为100 rad/sD在1分钟内电阻R上产生的热量为5.28104 J答案BC解析由图甲知交流电的周期为T0.02 s，频率f50 Hz，而一个周期内电流方向改变两次，即通过电阻的电流方向1秒钟改变100次，A选项错。交流电压的峰值为220 V，有效值为220 V，B选项对。由100 rad/s可知，C选项对。由Qt得，在1分钟内电阻R上产生的热量为2.64104 J，D选项错。8.如图所示，先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化，如下图甲所示；第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示。若图甲、乙中的U0、T所表示的电压、周期值是相等的，则以下说法正确的是()A第一次灯泡两端的电压有效值是U0B第二次灯泡两端的电压有效值是U0C第一次和第二次灯泡的电功率之比是29D第一次和第二次灯泡的电功率之比是15答案AD解析第一次所加正弦交流电压的有效值为U1U0，A项正确。设第二次所加交流电压的有效值为U2，则根据有效值的定义有T，解得U2U0，B项错误。根据电功率的定义式P可知，P1P215，C项错误，D项正确。9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INBSB一个周期内通过R的电荷量qCR两端电压的有效值UNBSD图示位置电流表的示数为0答案AB解析由图示位置开始计时，产生正弦交流电，电动势的瞬时值eNBSsint，由于二极管具有单向导电性，则电阻R的电压随时间变化的图象如图所示，所以有效值T，U，C选项错误，由欧姆定律得I，A选项正确。电流表显示的是有效值，所以不为0，D选项错误。q，B选项正确。10.边长为L的正方形线框在匀强磁场B中以角速度匀速转动，产生的感应电流的最大值为Im，设灯泡的电阻为R，其他电阻不计。从如图所示位置开始计时，则()A电路中电流的最大值ImB电路中电流的瞬时值表达式为iImsintC电流表的读数为D灯泡的电功率为R答案AD解析感应电动势的最大值EmBL2，则电流的最大值Im，选项A正确。由线圈电流为最大值时开始计时，故电路中电流的瞬时值表达式应为iImcost，选项B错误。电流表的读数为有效值，为IIm，选项C错误。灯泡的电功率PI2RIR，选项D正确。二、非选择题(本题共2小题，共30分)11(15分)如图所示，光滑平行的长金属导轨固定在水平面上，相距L1 m，左端连接R2 的电阻，一质量m0.5 kg、电阻r1 的导体棒MN垂直放置在两平行金属导轨上，彼此接触良好，导轨的电阻不计。在两导轨间有这样的磁场，磁场方向竖直向下，磁感应强度B大小随x变化关系是B0.6sin(T)，x00.5 m；两区域磁感应强度大小关于直线x0.5 m对称。(1)导体棒在水平向右的拉力F作用下，以速度v01 m/s 匀速穿过磁场区，求此过程中感应电流的最大值Im?(2)在(1)的情况下，求棒穿过磁场过程中拉力做的功W以及电阻R上产生的热量QR?答案(1)0.2 A(2)0.06 J0.04 J解析(1)导体棒以不变的速度穿过磁场区，B0.6sinxv0t得B0.6sint由法拉第电磁感应定律得eBLv00.6sint V这是一正弦交流电，Em0.6 V由欧姆定律得Im0.2 A。(2)电流的有效值I棒在磁场中的时间t，s1 m拉力做功等于回路中产生的热量WQI2(Rr)t电阻R上产生的热量QRI2Rt代入数据解得W0.06 J，QR0.04 J。12(15分)如图甲为小型旋转电枢式发电机原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，线圈的匝数n100、电阻r10 ，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R90 ，与R并联的交流电压表为理想电表。在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化。求：(1)从t0时刻开始转动四分之一周期过程中的平均感应电动势？(2)从t0时刻开始转动四分之一周期过程中流过电阻R的电荷量？(3)电路中交流电压表的示数？(4