2023年高考物理一轮复习课时练31《交变电流的产生和描述》(含答案详解)

1、2023年高考物理一轮复习课时练31交变电流的产生和描述一、选择题在磁感应强度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()A.t10.005 s时线框的磁通量最大B.t20.055 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

2、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

3、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()A.isin5t(A) B.isin10t(A)C.i1.41sin5t(A) D.i1.41sin10t(A)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a

4、b0.2 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，电流表的示数变小一边长为L的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动，线框中产生的感应电动势e随时间t的变化情况如图所示。已知匀强磁场的磁感应强度为B，则结合图中所给信息可判定()A.t1时刻穿过线框的磁通量为BL2B.t2时刻穿过线框的磁通量为零C.t3时刻穿过线框的磁通量变化率为零D.线框转动的角速度为如图甲所示，在匀强磁场

5、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e随时间t变化的图像如图乙中曲线 a、b所示，则()A.t=0时刻，两线圈均处于垂直于中性面的位置B.a、b对应的线圈转速之比为23C.a、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. (多选)理想变压器原线圈与正弦交变电源连接，

6、输入电压u 随时间 t 变化的规律如图所示， 原、 副线圈匝数比n1n2=100, 副线圈只接入一个R=10 的电阻， 则()A.与电阻R并联的电压表示数为3.11 VB.流过电阻R的电流最大值为0.311 AC.变压器的输入功率为0.484 WD.一个周期内，电阻R上产生的热量为9.68103 J (多选)如图所示，电路中的电阻的阻值为R=100 ，电流表为理想电流表，在a、b之间接入电压U=220sin 100t(V)的交流电源，则()A.电流表的示数为2.2 AB.t=0.01 s时，电流表的示数为零C.若产生该交流电的发电机的线框转速提高一倍，其他条件不变，则电流表的示数也增大一倍D.

7、若将电阻换成200 ，则电源的输出功率变为原来的两倍 (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 (多选)如图所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，匝数N=100匝，电阻为r=1 的矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向

8、的固定轴OO匀速转动，线圈两端经集流环和电刷与电路连接，定值电阻R1=6 ，R2=3 ，其他电阻不计，线圈匀速转动的周期T=0.2 s。从线框与磁场方向平行位置开始计时，线圈转动的过程中，理想电压表的示数为2 V。下列说法中正确的是()A.电阻R1上的电功率为 WB.t=0.4 s时，电阻R2两端的电压瞬时值为零C.从开始计时到 s通过电阻R2的电荷量为 CD.若线圈转速增大为原来的2倍，线圈中产生的电动势随时间变化规律为e=6cos 20t(V)三、计算题发电机转子是匝数n=100，边长L=20 cm的正方形线圈，其置于磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中，绕着垂直磁场方向的轴以=100 r

9、ad/s的角速度转动，当转到线圈平面与磁场方向垂直时开始计时。线圈的电阻r=1 ，外电路电阻R=99 。试求：(1)写出交变电流瞬时值表达式；(2)外电阻上消耗的功率；(3)从计时开始，线圈转过过程中，通过外电阻的电荷量是多少？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

10、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?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垂直)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)从图示位置起转过周期的时间内负载电阻R上产生的热量。(3)从图示位置起转过周期的时间内通过负载电阻R的电荷量。(4)求出电流表的示数。答案解析答案为：C解析：交流电的频率为50 Hz，周期为0.02

11、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。答案为：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FmBIml

12、12.8 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。答案为：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。答案为：D解析：小灯泡正常发光，所以电流的有效值为I1 A，由于金

13、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。答案为：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。答案为：D；解析：t1时刻，感应电动势最大，穿过线框的磁通量应为零，A错误；t2时刻，穿过线

14、框的磁通量最大为m=BL2，B错误；t3时刻，感应电动势最大，则磁通量变化率也最大，C错误；交变电流的最大值为Em=BL2，则=，D正确。答案为：C；解析：t=0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，选项A错误；由图线可知，两线圈的周期之比TaTb=23；故根据n=可知a、b对应的线圈转速之比为32，选项B错误；根据Em=NBS，=；=；则=，选项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可能变化，选项D错误。答案为：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：

15、I=，根据电流的热效应有：2R=I有2RT，解得I有=，故D正确。答案为：BCD；解析：由题图知，变压器原线圈两端电压的有效值为220 V，由=知，电压表的示数为2.2 V，A错误；流过R的最大电流Im=0.311 A，B正确；电流有效值为0.22 A，R消耗的功率P=U2I=2.20.22 W=0.484 W，C正确；一个周期内R产生的热量Q=I2RT=9.68103 J，D正确。答案为：AC；解析：根据U=220sin 100 t(V)可知，电压的最大值为Um=220 V，有效值为U=220 V，电流的有效值为I= A=2.2 A，电流表测量电流的有效值，即电流表的示数为2.2 A，故A正

16、确；因为电流表显示的是有效值，不随时间变化，所以t=0.01 s时，电流表的示数为2.2 A，故B错误；若产生该交流电的发电机的线框转速提高一倍，其他条件不变，由Em=nBS知，电动势的最大值增大一倍，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大一倍，则电流表的示数也增大一倍，故C正确；若将电阻换成200 ，由P=可知，U不变，电源的输出功率变为原来的一半，故D错误。答案为：AC；解析：导线框产生的最大感应电动势Em=NBS；根据二极管的特点可知，在一个周期内有半个周期回路中有电流，根据交流电电流的热效应可知2R=I2RT，解得=，故A正确，B错误；导线框转到图示位置时，导线框位于中性面处，导线框中的

17、磁通量最大，瞬时电动势为零，故C正确，D错误。答案为：AD；解析：电阻R1上的电功率为P= W= W，故A正确；线圈匀速转动的周期T=0.2 s，t=0.4 s时，正好又转到了与磁场方向平行位置，故此时线圈产生的感应电动势最大，故电阻R2两端的电压瞬时值最大，故B错误；根据闭合电路的欧姆定律可知产生的感应电动势的有效值E=U=2 V=3 V，最大值Em=E=3 V，有Em=NBS，故=BS=，故=BSsin t=sin 10t，从开始计时到 s，磁通量的变化量=，故通过电阻R2的电荷量为q= C，故C错误；转速增大2倍，故产生的感应电动势Em=NBS变为原来的2倍，故最大值为Em=6 V，线圈中产生的电动势随时间变化规律为e=6cos 20t(V)，故D正确。三、计算题解：(1)电动势的最大值：Em=nBL2=628 V根据闭合电路欧姆定律得Im=6.28 A故交变电流瞬时值表达式：i=6.28sin 100t(A)。(2)电流的有效值I=Im由P=I2R得外电阻上的消耗功率： P=（Im）2R=1.95103 W。(3)从计时开始到线圈转过过程中，平均感应电动势由E=n得=n=n平均电流：=通过外电阻的电荷量：q=t=1102 C。解：(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 eBLv00.6s