高考物理一轮复习 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.doc

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)