2019版高考物理交变电流传感器45交变电流的产生和描述能力训练.docx

45 交变电流的产生和描述1(2017湖北重点中学测试)如图甲所示，在匀强磁场中，两个匝数相同的正方形金属线圈分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势随时间t变化的图象如图乙中曲线a、b所示，则()At0时刻，两线圈均处于垂直于中性面的位置Ba、b对应的线圈转速之比为23Ca、b对应的两线圈面积之比为11D若只改变两线圈的形状(匝数不变)，则两线圈电动势的有效值之比一定不变答案C解析t0时刻，两线圈感应电动势均为零，故两线圈均处于中性面的位置，A错误；由图线可知，两线圈的周期之比TaTb23；故根据n可知a、b对应的线圈转速之比为32，B错误；根据EmNBS，；则，C正确；若只改变两线圈的形状(匝数不变)，则两线圈的面积要变化，故感应电动势的最大值要变化，电动势的有效值之比一定变化，D错误。2.一个边长为6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36 。磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示，则线框中感应电流的有效值为()A.105 A B.105 AC.105 A D.105 A答案B解析由法拉第电磁感应定律和欧姆定律可得ES，I在03 s内，I1 A2105 A35 s内，I2 A3105 A于是可作出i随时间变化的图象如图所示。由有效值的定义，Q直Q交，IRt1IRt2I2Rt，其中t13 s，t22 s，tt1t2。代入数据，解得I105 A，故B选项正确。3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.C. D.答案D解析线框的转动周期为T，而线框转动一周只有的时间内有感应电流，此时感应电流的大小为：I，根据电流的热效应有：2RIRT，解得I有，故D正确。4(2017忻州模拟)(多选)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1 A。那么()A线圈消耗的电功率为4 WB线圈中感应电流的有效值为2 AC任意时刻线圈中的感应电动势为e4costD任意时刻穿过线圈的磁通量为sint答案AC解析线圈转动的角速度，线圈平面从与磁场方向平行开始计时，当转过60时，电流的瞬时值表达式为iImcos601 A，解得Im2 A，则正弦交变电流的有效值为I A，B错误；线圈消耗的电功率PI2R4 W，A正确；由欧姆定律可知，感应电动势最大值为EmImR4 V，所以其瞬时值表达式为e4cost，C正确；通过线圈的磁通量msintmsint，感应电动势的最大值EmBSm，m，联立解得sint，D错误。5(多选)图甲为风力发电的简易模型，在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁铁转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连，在某一风速时，传感器显示如图乙所示，则()A磁铁的转速为10 r/sB线圈两端电压的有效值为6 VC交流的电压表达式为u12sin5t(V)D该交流电可以直接加在击穿电压为9 V的电容器上答案BC解析电压的周期为T0.4 s，故磁体的转速为n2.5 r/s，故A错误；通过乙图可知电压的最大值为12 V，故有效值U V6 V，故B正确；周期T0.4 s，故 rad/s5 rad/s，故电压的表达式为U12sin5t(V)，故C正确；交流电的最大值为12 V，大于电容器的击穿电压，故D错误。6(2017山东泰安检测)(多选)如图甲的电路中，电阻R1R2R，和R1并联的D是理想二极管(正向电阻可视为零，反向电阻为无穷大)，在A、B之间加一个如图乙所示的交变电压(电压为正值时，UAB0)。由此可知()A在A、B之间所加的交变电压的周期为2102 sB在A、B之间所加的交变电压的瞬时值表达式为u220sin50t(V)C加在R1上电压的有效值为55 VD加在R1上电压的有效值为55 V答案AC解析由图象可得交流电的周期为：T2102 s，故A正确。电压最大值为：Um220 V，电压的瞬时值表达式为：uUmsint220sint220sin100t(V)，故B错误；当电源在正半轴时A点电势高于B点电势，二极管导通，即R1被短路。电源在负半轴时B点电势高于A点电势，二极管截止，R1，R2串联。设R1上电压的有效值为U。根据有效值的定义得：T，解得：U55 V，故C正确，D错误。7.如图所示，匀强磁场的磁感应强度B0.5 T。边长L10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r1 ，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动，角速度2 rad/s，外电路电阻R4 ，求：(1)线圈转动过程中感应电动势的最大值；(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60角时的瞬时感应电动势；(3)由图示位置转过60角的过程中产生的平均感应电动势；(4)交流电压表的示数；(5)线圈转动一周外力所做的功；(6)线圈转过60角的过程中，通过R的电荷量是多少？答案(1) V(2) V(3) V(4) V(5) J(6) C解析(1)感应电动势的最大值为EmnBS V。(2)线圈转过60角时的瞬时感应电动势为eEmcos600.5 V V。(3)线圈转过60角的过程中产生的平均感应电动势为n V V。(4)电压表示数为外电路电压的有效值UR4 V V。(5)线圈转动一周，外力所做的功等于电流产生的热量，WQ2T J。(6)线圈转过60角的过程中，通过电阻R的电荷量为q C。8.(2017天津高考)(多选)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答案AD解析由题图可知，t0时刻穿过该线圈的磁通量为零，线圈平面与磁感线平行，A正确；线圈中电流为零时，方向才发生改变，而t1 s时，由题图可知电流最大，电流方向不改变，B错误；t1.5 s时，穿过该线圈的磁通量最大，感应电动势为零，C错误；由 rad/s，EmnBSnm4 V，可得电压的有效值为U V2 V，一个周期内线圈产生的热量为QT82 J，D正确。9.(2016全国卷)(多选)如图，M为半圆形导线框，圆心为OM。N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON。两导线框在同一竖直面(纸面)内，两圆弧半径相等。过直线OM ON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则()A两导线框中均会产生正弦交流电B两导线框中感应电流的周期都等于TC在t时，两导线框中产生的感应电动势相等D两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等答案BC解析两导线框未完全进入磁场时，转动切割产生恒定感应电流，当导线框N完全进入磁场后，通过线框的磁通量将不变，故无感应电流产生，因此它不会产生正弦交流电，A错误；导线框每转动一圈，产生的感应电流的变化为一个周期，B正确；在t时，导线框转过角度为45，切割磁感线的有效长度相同，均为绕圆心的转动切割形式，设圆弧半径为R，则感应电动势均为EBRBRBR2，C正确；导线框N转动的一个周期内，有半个周期无感应电流产生，所以两导线框的感应电动势的有效值并不相同，由闭合电路欧姆定律可知，两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值一定不相同，D错误。10.(2015四川高考)小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈绕OO匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都是e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()A峰值是e0 B峰值是2e0C有效值是Ne0 D有效值是Ne0答案D解析根据题意，小型发电机输出电压的峰值为Em2Ne0，A、B错误；对于正弦式交变电流，峰值与有效值E的关系满足E，故有效值为Ne0，C错误、D正确。11(2017黑龙江大庆一模)(多选)如图所示，N匝矩形导线框在磁感应强度为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、理想电流表A和二极管D。电流表的示数为I，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导线框转动的角速度为B导线框转动的角速度为C导线框转到图示位置时，线框中的磁通量最大，瞬时电动势为零D导线框转到图示位置时，线框中的磁通量最大，瞬时电动势最大答案AC解析导线框产生的最大感应电动势EmNBS。根据二极管的特点可知，在一个周期内只有半个周期回路中有电流，根据交变电流的热效应可知2RI2RT，解得，故A正确、B错误；导线框转到图示位置时，即导线框位于中性面位置，线框中的磁通量最大，瞬时电动势为零，故C正确、D错误。12(2018黄冈中学月考)如图所示，匝数为100匝、面积为0.01 m2的线圈，处于磁感应强度B1为 T的匀强磁场中。当线圈绕O1O2以转速n为300 r/min匀速转动时，电压表、电流表的读数分别为7 V、1 A。电动机的内阻r为1 ，牵引一根原来静止的、长L为1 m、质量m为0.2 kg的导体棒MN沿轨道上升。导体棒的电阻R为1 ，架在倾角为30的框架上，它们处于方向与框架平面垂直、磁感应强度B2为1 T的匀强磁场中。当导体棒沿轨道上滑1.6 m时获得稳定的速度，这一过程中导体棒上产生的热量为4 J。不计框架电阻及一切摩擦，g取10 m/s2。求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出电动势的瞬时表达式；(2)导体棒MN的稳定速度；(3)导体棒MN从静止到达到稳定速度所用的时间。答案(1)e10sin10t(V)(2)2 m/s(3)1.0 s解析(1)转速n300 r/min5 r/s，2n10 rad/s。线圈转动过程中电动势的最大值