高考物理一轮复习 课时作业33 交变电流的产生和描述（含解析）-人教版高三物理试题

课时作业(三十三)交变电流的产生和描述[双基巩固练]1．(多选)如图所示为交流发电机示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体制作的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接．关于其工作原理，下列分析正确的是()A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大C．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小答案AC2．(2019·黑龙江大庆一模)将闭合多匝线圈置于如图所示的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，线圈可绕MN轴自由转动，则下列表述中正确的是()A．当磁感应强度均匀增加时，线圈不动，线圈中感应电动势的大小与线圈的匝数无关B．当磁感应强度增加时，线圈不动，线圈中感应电流为顺时针方向C．线圈以MN为轴匀速转动时，可以产生正弦式交流电D．当磁感应强度恒定时，线圈匝数越大，穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C[根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔBS,Δt)，感应电动势与线圈的匝数有关，故A错误；根据楞次定律可知，线圈中产生的感应电流的方向为逆时针方向，故B错误；当线圈以MN为轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生周期性变化，故可以产生正弦式交流电，故C正确；根据E＝neq\f(ΔΦ,Δt)可知，当磁感应强度恒定时，穿过线圈的磁通量的变化率为零，感应电动势为零，故D错误．]3．(多选)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势e＝220eq\r(2)sin100πt(V)，那么()A．该交变电流的频率是50HzB．当t＝0时，线圈平面恰好位于中性面C．当t＝eq\f(1,100)s时，e有最大值D．该交变电流电动势的有效值为220eq\r(2)VAB[由e＝220eq\r(2)sin100πt(V)可知，该交变电流的频率是50Hz，选项A正确．当t＝0时，产生的交变电动势为零，说明线圈平面恰好位于中性面，选项B正确．当t＝eq\f(1,100)s时，e＝0，e有最小值，该交变电流电动势的有效值为220V，选项C、D错误．]4．(2019·云南玉溪模拟)如图所示的交变电流由正弦式电流的一半和反向脉冲电流组合而成，其有效值为()A．2A B．eq\f(\r(30),3)AC．eq\r(2)A D．eq\f(10,3)AB[设交流电电流的有效值为I，周期为T，电阻为R.则根据有效值的定义可得：I2RT＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,\r(2))))2R·eq\f(1,3)T＋22R·eq\f(2,3)T，解得：I＝eq\f(\r(30),3)A．]5．一交变电流随时间变化的规律如图所示，由图可知()A．该交变电流的瞬时值表达式为i＝10sin(25πt)AB．该交变电流的频率为50HzC．该交变电流的方向每秒钟改变50次D．该交变电流通过阻值为2Ω的电阻时，此电阻消耗的功率为200WC[由图可知，该交变电流的周期T＝0.04s，ω＝eq\f(2π,T)＝50π，该交变电流的瞬时值表达式为i＝10cos50πt(A)，A错误；ω＝2πf，解得频率f＝25Hz，B错误；线圈转动一圈，电流方向改变两次，所以该交变电流的方向每秒钟改变50次，C正确；电阻消耗的功率P＝I2R＝(eq\f(10,\r(2)))2×2W＝100W，D错误．]6．(2019·北京朝阳区模拟)电阻R1、R2与交流电源按照图甲方式连接，R1＝10Ω，R2＝20Ω，闭合开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示，则()A．通过R1的电流有效值是1.0AB．通过R2的电流最大值是eq\r(2)AC．R1两端的电压有效值为5VD．R2两端的电压最大值为5eq\r(2)AC[从图乙可以看出，通过R2电流的有效值是0.5A，R2两端电压的有效值为10V，最大值为10eq\r(2)V，R1两端电压的有效值为5V，而串联电路中各部分电流相等，所以R1、R2中电流的最大值均为0.5eq\r(2)A，故A、B、D错误，C正确．]7．(多选)边长为L的正方形线框在匀强磁场B中以角速度ω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Im＝eq\f(BL2ω,R)B．电路中电流的瞬时表达式为i＝ImsinωtC．电流表的读数为eq\f(Im,2)D．灯泡的电功率为eq\f(I\o\al(2,m),2)RAD[感应电动势的最大值Em＝BL2ω，则电流的最大值Im＝eq\f(Em,R)＝eq\f(BL2ω,R)，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表达式应为i＝Imcosωt，选项B错误；电流表的读数为有效值，为I＝eq\f(\r(2),2)Im，选项C错误；灯泡的电功率P＝I2R＝eq\f(1,2)Ieq\o\al(2,m)R，选项D正确．]8．(2019·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eq\f(4RI,NBS)B．导线框转动的角速度为eq\f(2RI,NBS)C．导线框转到图示位置时，导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，导线框中的磁通量最大，瞬时电动势最大BC[导线框产生的最大感应电动势Em＝NBSω.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eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(NBSω,\r(2))))2,R)·eq\f(T,2)＝I2RT，解得ω＝eq\f(2RI,NBS)，A错误，B正确．导线框转到图示位置时，位于中性面处，导线框中的磁通量最大，瞬时电动势为零，C正确，D错误．]9．(2017·天津卷·6)(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所示正弦规律变化．设线圈总电阻为2Ω，则()A．t＝0时，线圈平面平行于磁感线B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向C．t＝1.5s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8π2JAD[t＝0时，穿过线圈的磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故A正确；每经过一次中性面(线圈平面垂直于磁感线，磁通量有最大值)电流的方向改变一次，t＝1s时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故B错误；t＝1.5s时，磁通量有最大值，但磁通量的变化率为零eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(ΔΦ,Δt)＝0))，根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零，故C错误；感应电动势的最大值Em＝NBSω＝N·Φm·eq\f(2π,T)＝4πV，有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝2eq\r(2)πV，一个周期内线圈产生的热量Q＝eq\f(E2,R)T＝8π2J，故D正确．][能力提升练]10．如图甲所示，一圆形金属线圈放置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度为B0.现让线圈绕其一条直径以50Hz的频率匀速转动，较长时间t内产生的热量为Q；若线圈不动，让磁场以图乙所示规律周期性变化，要在t时间内产生的热量也为Q，乙图中磁场变化的周期T以s为单位，数值应为()A．eq\f(1,50π) B．eq\f(\r(2),50π)C．eq\f(\r(2),25π) D．eq\f(1,25π)C[两种情况下，在相同时间内产生的热量相同，说明电压的有效值相同，现让线圈绕其一条直径以50Hz的频率匀速转动，电压有效值为E＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(BSω,\r(2))＝eq\f(B0πr2×100π,\r(2))；磁场以图乙所示规律周期性变化，电压有效值为E＝eq\f(S·ΔB,Δt)＝eq\f(πr2×B0,\f(T,4))，解得T＝eq\f(\r(2),25π)，选项C正确．]11．(2014·天津卷)(多选)如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则()A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3C．曲线a表示的交变电动势频率为25HzD．曲线b表示的交变电动势有效值为10VAC[由题图乙知t＝0时两次转动产生的瞬时电动势都等于零，故选项A正确．由图乙知两次转动所产生的交变电动势的周期之比Ta∶Tb＝2∶3，再由周期与转速的关系n＝eq\f(1,T)得na∶nb＝3∶2，故选项B错误．因Ta＝4×10－2s，故fa＝eq\f(1,Ta)＝25Hz，选项C正确．因Ema＝15V，而Em＝NBSω＝eq\f(2πNBS,T)，故Emb＝eq\f(Ta,Tb)Ema＝10V，Eb＝eq\f(Emb,\r(2))＝5eq\r(2)V，选项D错误．]12．(多选)如图所示，处在垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中的单匝矩形闭合线框MNPQ，以恒定的角速度ω绕对角线NQ转动．已知MN长为l1，NP长为l2，线框电阻为R.t＝0时刻线框平面与纸面重合，下列说法正确的是()A．矩形线框产生的感应电动势有效值为eq\f(\r(2),2)Bl1l2ωB．矩形线框转过π时的电流为零C．矩形线框转动一周，通过线框任意横截面的电荷量为eq\f(Bl1l2,R)D．矩形线框转过π过程中产生的热量为eq\f(πB2l\o\al(2,1)l\o\al(2,2)ω,2R)ABD[产生正弦式交变电池，最大值为Bl1l2ω，所以有效值E＝eq\f(\r(2),2)Bl1l2ω，A正确；转过π时，线圈平面与磁场垂直，磁通量最大，感应电动势为0，电流为0，B正确；转过一周通过横截面的电量为0，C错；转过π过程的热量Q＝eq\f(E2,R)t＝eq\f(E2,R)eq\f(π,ω)＝eq\f(πB2l\o\al(2,1)l\o\al(2,2)ω,2R)，D正确．]13．如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动，从图示位置开始计时，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示．若线圈的转速变为原来的2倍，则其他条件保持不变，从图示位置转过90°开始计时，则能正确反映线圈中产生的电动势e随时间t的变化规律的图象是()A[由题图乙知，周期T＝4s，感应电动势的最大值Em＝1V，而感应电动势的最大值的表达式Em＝NBSω＝NBS·eq\f(2π,T).若仅把线圈的转速变为原来的2倍，则周期T′变为原来的eq\f(1,2)，即T′＝2s，而感应电动势的最大值Em′变为原来的2倍，即Em′＝2V，所以选项B、C错误；从图示位置转过90°开始计时，也就是t＝0时线圈中产生的感应电动势应为0，所以选项A正确，D错误．]14．(2019·河北石家庄模拟)(多选)如图所示的正方形线框abcd边长为L，每边电阻均为r，在垂直于纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度ω匀速转动，c、d两点与一阻值为r的电阻相连，各表均可视为理想表，导线电阻不计，则下列说法中正确的是()A．线框abcd产生的电流为交变电流B．当S断开时，电压表的示数为零C．当S断开时，电压表的示数为eq\f(\r(2),8)BωL2D．当S闭合时，电流表的示数为eq\f(\r(2)BωL2,14r)ACD[