高考物理一轮复习 第11章 第1单元 交变电流的产生及描述课时跟踪检测-人教版高三物理试题

课时跟踪检测(三十二)交变电流的产生及描述高考常考题型：选择题＋计算题一、单项选择题1.(2015·广州调研)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图1所示。则下列有关说法中正确的是()图1A．该交流电电压的有效值为100VB．交流电电压的瞬时值为100VC．t＝0.02s时刻线圈平面在中性面D．交流电的频率为0.02Hz2．(2015·韶关十校联考)某交流电电源电压的瞬时值表达式为u＝6eq\r(2)sin100πt(V)，则下列说法中正确的是()A．用交流电压表测该电源电压时，示数是6VB．用交流电压表测该电源电压时，示数是6eq\r(2)VC．用此电源给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔为0.01sD．把标有“6V3W”的小灯泡接在该电源上时，小灯泡将被烧毁3.(2012·全国高考)一台电风扇的额定电压为交流220V。在其正常工作过程中，用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间t的变化如图2所示。这段时间内电风扇的用电量为()图2A．3.9×10－2度 B．5.5×10－2度图3C．7.8×10－2度 D．11.0×10－2度图34.(2014·合肥模拟)一台发电机的结构示意图如图3所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图示位置开始计时电动势为正值，图4中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是()图45．(2014·广东调研)如图5所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()图5A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B．线圈先后两次转速之比为2∶3C．交流电a的瞬时值为u＝10sin(10πt)VD．交流电b的最大值为eq\f(20,3)V二、多项选择题6．(2012·广东高考)某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin100πt(V)。对此电动势，下列表述正确的有()A．最大值是50eq\r(2)VB．频率是100HzC．有效值是25eq\r(2)VD．周期是0.02s7.如图6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2Ω。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1A。那么()图6A．线圈消耗的电功率为4WB．线圈中感应电流的有效值为2AC．任意时刻线圈中的感应电动势为e＝4coseq\f(2π,T)tD．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝eq\f(T,π)sineq\f(2π,T)t8.矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图7所示，则下列结论正确的是()图7A．在t＝0.1s和t＝0.3s时电动势最大B．在t＝0.2s和t＝0.4s时电动势改变方向C．电动势的最大值是157VD．在t＝0.4s时磁通量变化率最大，其值为3.14Wb/s三、计算题9．(2014·郑州模拟)如图8甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n＝100匝，总电阻r＝1.0Ω，所围成矩形的面积S＝0.040m2，小灯泡的电阻R＝9.0Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：图8(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0～eq\f(T,4)时间内，通过小灯泡的电荷量。10．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图9所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为eq\f(4,9)π，磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。求：图9(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；(3)外接电阻上电流的有效值I。答案1．选C由图可知，交流电的最大电压E＝100V，则有效值U＝eq\f(100,\r(2))V＝50eq\r(2)V，故A错误；根据图像可知，交流电电压的瞬时值不断变化，故B错误；由图像可知，t＝0.02s时刻，感应电动势为零，线圈平面在中性面，故C正确；因周期T＝0.02s，周期与频率关系有，f＝eq\f(1,T)＝50Hz，故D错误。2．选A电压表测量的是有效值，用交流电压表测该电源电压时，示数是6V，故A正确，B错误；由u＝6eq\r(2)sin100πt(V)，可知，该交流电的最大值为6eq\r(2)V，ω＝100π，所以T＝eq\f(2π,100π)s＝0.02s，频率为50Hz，用此电源给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔为0.02s，故C错误；小灯泡的额定电压为有效值，所以小灯泡正常发光，故D错误。3．选B根据电流的变化情况，分段计算求电功，W1＝I1Ut1＝0.3×220×10×60J＝3.96×104J，W2＝I2Ut2＝0.4×220×10×60J＝5.28×104J，W3＝I3Ut3＝0.2×220×40×60J＝1.056×105J，则总功W＝W1＋W2＋W3＝1.98×105J＝5.5×10－2度，选项B正确。4．选D由于磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动过程中，都垂直切割磁感线，所以能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是图D。5．选Dt＝0时刻线圈处于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由题中图象可知交流电a、b周期之比是2∶3，所以线圈先后两次转速之比为3∶2，B错误；交流电a的瞬时值为u＝Umsinωt＝10sin(eq\f(2π,Ta)t)V＝10sin(5πt)V，C错误；又由Um＝nBSω可知Ubm＝eq\f(Ta,Tb)Uam＝eq\f(0.4,0.6)×10V＝eq\f(20,3)V，D正确。6．选CD最大值Em＝50V，有效值为E＝eq\f(Em,\r(2))＝25eq\r(2)V，频率为50Hz，周期为T＝eq\f(1,f)＝0.02s，所以C、D正确。7．选AC线圈转动角速度ω＝eq\f(2π,T)，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i＝Imcos60°＝1A⇒Im＝2A，正弦交变电流有效值I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\r(2)A，B项错；线圈消耗的功率P＝I2R＝4W，A项正确；由欧姆定律可知，感应电动势最大值Em＝ImR＝4V，所以瞬时值表达式为e＝4coseq\f(2π,T)t，C项正确；通过线圈的磁通量Φ＝Φmsinωt＝Φmsineq\f(2π,T)t，由感应电动势的最大值Em＝BSω＝Φm×eq\f(2π,T)⇒Φm＝eq\f(EmT,2π)，解两式得：Φ＝eq\f(EmT,2π)sineq\f(2π,T)t＝eq\f(2T,π)sineq\f(2π,T)t，D项错。8．选CDΦ－t图线的斜率表示磁通量的变化率即eq\f(ΔΦ,Δt)，而E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，故0.2s和0.4s时电动势最大，0.1s和0.3s时电动势为零且方向改变，故AB错；电动势最大值Em＝nBSω，ω＝eq\f(2π,T)＝eq\f(2×3.14,0.4)＝15.7(rad/s)，Φm＝BS＝0.2(Wb)，Em＝50×0.2×15.7＝157(V)；在0.2s、0.4s时磁通量变化率最大为eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(Em,n)＝BSω＝3.14(Wb/s)。9．解析：(1)由图象知，线圈中产生的交变电流的周期T＝3.14×10－2s，所以Em＝nBmSω＝eq\f(2πnBmS,T)＝8.0V。(2)电流的最大值Im＝eq\f(Em,R＋r)＝0.80A，有效值I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\f(2\r(2),5)A，小灯泡消耗的电功率P＝I2R＝2.88W。(3)在0～eq\f(T,4)时间内，电动势的平均值eq\x\to(E)＝eq\f(nSΔB,Δt)，平均电流eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)＝eq\f(nSΔB,R＋rΔt)，流过灯泡的电荷量Q＝eq\x\to(I)Δt＝eq\f(nSΔB,R＋r)＝4.0×10－3C。答案：(1)8.0V(2)2.88W(3)4.0×10－310．解析：(1)bc、ad边的运动速度v＝ωeq\f(l,2)，感应电动势Em＝4NBlv