2021新高考物理选择性考试B方案一轮复习课时作业第11章第1讲交变电流的产生和描述

第11章第1讲交变电流的产生和描述课时作业时间：50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1～7题为单选，8～10题为多选)1．图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是()答案C解析只要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，与轴的位置、线圈的形状无关。除C项的轴与磁感线平行外，其他选项的轴都与磁感线垂直。所以C正确，A、B、D错误。2．(2019·东北三省三校二模)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为理想交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的图象如图乙所示。已知发电机线圈电阻为10Ω，外接一只阻值为90Ω的电阻，不计电路的其他电阻，则()A．电流表的示数为0.31AB．线圈转动的角速度为50πrad/sC．0.01s时线圈平面与磁场方向平行D．在线圈转动一周过程中，外电阻发热约为0.087J答案D解析在交流电路中电流表的示数为电流的有效值，E有效＝eq\f(Em,\r(2))V＝22V，电流表的示数I＝eq\f(E有效,R总)＝eq\f(22,100)A＝0.22A，A错误；从图象可知线圈转动的周期为0.02s，则线圈转动的角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，B错误；0.01s时线圈的电动势为0，因此线圈在中性面处，C错误；线圈发热应用电流的有效值进行计算，则线圈转动一圈外电阻的发热量Q＝I2RT＝(0.22)2×90×0.02J≈0.087J，D正确。3．(2019·湖北省高三一月联考)2018年4月15日，中国国际小家电展览会在广州拉开帷幕，家电展上有些国家家用电器的额定电压和我国是不同的，例如美国家用电器不能直接接到220V的照明电路上，可以接到交变电压是u＝110eq\r(2)sin120πt(V)的电源上使用，交变电压是由矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的，下列说法正确的是()A．用电压表测该电压其示数为110eq\r(2)VB．电流方向每秒改变60次C．交流电的频率为60Hz，当t＝0.1s时u＝110eq\r(2)VD．将该电压加在110Ω的电阻两端，则该电阻消耗的电功率为110W答案D解析由交变电压的表达式可知，该交流电的频率为f＝eq\f(120π,2π)Hz＝60Hz，电压最大值为Um＝110eq\r(2)V。电压表读数等于电压的有效值，为U＝eq\f(Um,\r(2))＝110V，故A错误；一个周期内电流方向改变2次，故1s内改变的次数为60×2＝120次，B错误；当t＝0.1s时u＝0，C错误；将该电压加在110Ω的电阻两端，该电阻消耗的功率为P＝eq\f(U2,R)＝110W，故D正确。4．匀强磁场中有一长方形闭合导线框，分别以相同的角速度绕图a、b、c、d所示的固定转轴旋转，用Ia、Ib、Ic、Id表示四种情况下线框中电流的有效值，则()A．Ia>Id B.Ia>IbC.Ib>Ic D.Ic＝Id答案D解析线圈绕垂直匀强磁场的轴匀速转动，产生的电动势与转轴位置无关，则四种情况下线框中电流的有效值相等，即Ia＝Ib＝Ic＝Id，故D正确。5．(2019·湖南岳阳一模)如图所示，电阻为r、匝数为N、面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以某一角速度ω匀速转动，接入电路中变阻器的阻值为R，t＝0时，线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则()A．t＝0时，线圈中的感应电动势Em＝NBSωB．电压表的示数为eq\f(NBSω,\r(2))C．滑片P向下滑动时，电流表的读数变大D．线圈匀速转动的角速度ω变大时，电流表的读数变大答案D解析t＝0时，线圈位于中性面处，此时感应电动势为零，故A错误；电压表的示数为路端电压的有效值，即U＝eq\f(NBSω,\r(2)R＋r)·R，故B错误；滑片P向下滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路中电流减小，所以电流表读数变小，故C错误；线圈匀速转动的角速度ω变大时，电动势的最大值Em＝NBSω增大，电动势有效值增大，电流表的读数变大，故D正确。6．如图所示区域内存在匀强磁场，磁场的边界由x轴和y＝2sineq\f(π,2)x曲线围成(x≤2m)，现把一边长为2m的正方形单匝线框以水平速度v＝10m/s匀速地拉过该磁场区，磁场区的磁感应强度为0.4T，线框电阻R＝0.5Ω，不计一切摩擦阻力，则()A．水平拉力F的最大值为8NB．拉力F的最大功率为12.8WC．拉力F要做25.6J的功才能让线框通过此磁场区D．拉力F要做12.8J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，持续时间t＝eq\f(2l,v)＝0.4s，感应电动势最大值为Em＝Blv＝8V，有效值为4eq\r(2)V，感应电流最大值为16A，有效值为8eq\r(2)A，则水平拉力最大值为Fm＝BIml＝12.8N，A错误。拉力的最大功率为Pm＝Fmv＝128W，B错误；线框匀速通过，拉力做的功等于焦耳热，Q＝I2Rt＝25.6J，C正确，D错误。7．如图所示，一半径为L的导体圆环位于纸面内，O为圆心。环内两个圆心角为90°且关于O中心对称的扇形区域内分布有匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B、方向相反且均与纸面垂直。导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触，在圆心和圆环间连有电阻R，不计圆环和导体杆的电阻，当杆OM以恒定角速度ω逆时针转动时，理想电流表A的示数为()A.eq\f(\r(2)BL2ω,4R) B.eq\f(BL2ω,4R)C.eq\f(\r(2)BL2ω,2R) D.eq\f(BL2ω,2R)答案A解析OM切割磁感线产生的电动势E＝eq\f(BL2ω,2)，OM切割磁感线时产生的感应电流I＝eq\f(E,R)，设电流的有效值为I有效，则Ieq\o\al(2,有效)RT＝2I2R·eq\f(1,4)T，解得I有效＝eq\f(\r(2)BL2ω,4R)，A正确。8．(2019·湖北黄冈中学模拟)如图甲所示是一种振动发电装置的示意图，半径为r＝0.1m、匝数n＝20的线圈位于辐向分布的磁场中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)，线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B＝eq\f(0.20,π)T，线圈电阻为R1＝0.5Ω，它的引出线接有R2＝9.5Ω的小电珠L，外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计，图丙为正弦函数图线)，则()A．小电珠中电流的峰值为0.16AB．小电珠中电流的有效值为0.16AC．电压表的示数约为1.5VD．t＝0.01s时外力的大小为0.128N答案AD解析由题意及法拉第电磁感应定律可知E＝nB·2πr·v，线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势随时间按正弦函数变化，线圈中的感应电动势的峰值为Em＝nB·2πrvm，故小电珠中电流的峰值为Im＝eq\f(Em,R1＋R2)＝eq\f(20×\f(0.20,π)×2π×0.1×2,0.5＋9.5)A＝0.16A，有效值为I＝eq\f(Im,\r(2))＝0.08eq\r(2)A，A正确，B错误；电压表示数为U＝I·R2≈1.07V，C错误；当t＝0.01s也就是eq\f(T,4)时，由v­t图象知线圈的加速度为0，外力等于安培力，所以外力的大小为F＝nB·2πrIm＝0.128N，D正确。9．(2019·甘肃靖远一中高三下学期二模)图甲为一台小型发电机构造示意图，内阻r＝5.0Ω，外电路电阻R＝95Ω，电路中其余电阻不计。发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n＝100。转动过程中穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化，如图乙所示，(π＝3.14，eq\r(2)＝1.4)则()A．该小型发电机的电动势的最大值为200VB．t＝3.14×10－2s时，磁通量的变化率为2Wb/sC．t＝3.14×10－2s时，串联在外电路中的交流电流表的读数为2AD．t＝3.14×10－2s时，串联在外电路中的交流电流表的读数为1.4A答案ABD解析从Φ­t图线可以看出，Φmax＝1.0×10－2Wb，T＝3.14×10－2s，ω＝eq\f(2π,T)，感应电动势的最大值Emax＝nωΦmax＝100×eq\f(2π,3.14×10－2)×1×10－2V＝200V，故A正确；t＝3.14×10－2s时，磁通量Φ的变化率最大，最大值为eq\f(Emax,n)＝eq\f(200,100)Wb/s＝2Wb/s，B正确；电路中电流有效值I＝eq\f(\f(Emax,\r(2)),R＋r)＝eq\f(200,100\r(2))A＝1.4A，则串联在外电路中的交流电流表的读数为1.4A，故C错误，D正确。10．如图所示，N匝矩形导线框以角速度ω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I＝eq\f(ω,2R)NBSB．一个周期内通过R的电荷量q＝eq\f(2NBS,R)C．R两端电压的有效值U＝eq\f(ω,\r(2))NBSD．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e＝NBSω·sinωt，由于二极管具有单向导电性，则电阻R两端的电压随时间变化的图象如图所示，由有效值的定义有eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(NBSω,\r(2))))2,R)·eq\f(T,2)＝eq\f(U2,R)T，所以R两端电压的有效值为U＝eq\f(NBSω,2)，C错误。由欧姆定律得电流表的示数I＝eq\f(U,R)＝eq\f(NBSω,2R)，A正确，D错误。一个周期内通过R的电荷量q＝eq\f(NΔΦ,R)＝eq\f(2NBS,R)，B正确。二、非选择题(本题共2小题，共30分)11．(14分)如图所示，光滑平行的长金属导轨固定在水平面上，相距L＝1m，左端连接R＝2Ω的电阻，一质量m＝0.5kg、电阻r＝1Ω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B＝0.6sineq\f(πx,2x0)(T)，x0＝0.5m；两区域磁感应强度大小关于直线x＝0.5m对称。(1)导体棒在水平向右的拉力F作用下，以速度v0＝1m/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)0.2A(2)0.06J0.04J解析(1)导体棒以不变的速度穿过磁场区，B＝0.6sineq\f(πx,2x0)，x＝v0t，得B＝0.6sinπt由法拉第电磁感应定律得e＝BLv0＝0.6sinπtV这是一正弦交流电，Em＝0.6V由欧姆定律得Im＝eq\f(Em,R＋r)＝0.2A。(2)电流的有效值I＝eq\f(Im,\r(2))棒在磁场中的时间t＝eq\f(x,v0)拉力做功等于回路中产生的热量W＝Q＝I2(R＋r)t电阻R上产生的热量QR＝I2Rt代入数据解得W＝0.06J，QR＝0.04J。12．(16分)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eq\f(1,4)圈的时间内，负载电阻R上产生的热量；(3)从图示位置起转过eq\f(1,4)圈的时间内，通过负载电阻R的电荷量；(4)电流表的示数。答案(1)π2Bnr2(2)eq\f(π4B2r4n,8R)(3)eq\f(πBr2,2R)(4)eq\f(π2r2nB,2R)解析(1)线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流。此交变电流电动势的最大值为Em＝BSω＝B·eq\f(πr2,2)·2πn＝π2Bnr2。(2)在线圈从图示位置转过eq\f(1,4)圈的时间内，电动势的有效值为E＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(\r(2)π2Bnr2,2)电阻R上产生的热量为Q＝(eq\