2021年高考物理一轮复习第11章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述课后作业含解析

第1讲交变电流的产生和描述

时间：50分钟嗓满分：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OO1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10Q,

外接一只阻值为90。的电阻，不计电路的其他电阻，则（）

A.电流表的示数为0.31A

B.线圈转动的角速度为50“rad/s

C.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

P

解析在交流电路中电流表的示数为电流的有效值，£有效=/V=22V,电流表的示数

/=常=而A=0.22A,A错误；从图象可知线圈转动的周期为。.02s,则线圈转动的角速

2Ji

度=100JTrad/s,B错误：（）.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=fRT=

（0.22）2X90X0.02J^O.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=U（h「sinl20JiMV）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11附V

B.电流方向每秒改变60次

C.交流电的频率为60Hz,当£=0.1s时u=ll外「V

D.将该电压加在110Q的电阻两端，则该电阻消耗的电功率为110TV

答案I）

解析由交变电压的表达式可知，该交流电的频率为F=堞上Hz=60Hz,电压最大值

乙JI

为a=110y/iVo次

电压表读数等于电压的有效值，为〃=亚=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60X2=120次，B错误；当£=0.1s时〃=0,C

错误；将该电压加在110。的电阻两端，该电阻消耗的功率为々5=110W,故D正确。

K

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£、A、4、人表示四种情况下线框中电流的有效值，则（）

A.IayIdB./a>/b

C.I"D.k=IA

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4=4=4=4故D正确。

5.（2019•湖南岳阳一模）如图所示，电阻为八匝数为M面积为S的矩形线圈在磁感

应强度为8的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以某一角速度3匀速转动，接入电路中变阻器的

阻值为此£=0时，线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则（）

A.f=0时，线圈中的感应电动势Zi=A3s3

B.电压表的示数为''飞

C.滑片〃向下滑动时，电流表的读数变大

D.线圈匀速转动的角速度3变大时，电流表的读数变大

答案I)

解析£=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

NBSa

路端电压的有效值，即〃=-?「------R，故B错误；滑片尸向下滑动时，滑动变阻器接入

y/2R+r

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Q变大时，电动势的最大值瓦=ABSg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=2sin为曲线围成(>W2m),

现把一边长为2m的正方形单匝线框以水平速度r=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Q0.5Q,不计一切摩擦阻力，则()

A.水平拉力/的最大值为8N

B.拉力〃的最大功率为12.8W

C.拉力尸要做25.6J的功才能让线框通过此磁场区

D.拉力尸要做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1=^=0.4s,感应电动势最大值为四=8/r=8V,有效值为44V,感应电流最大值为

16A,有效值为队「A,则水平拉力最大值为凡=8，J=12.8N,A错误。拉力的最大功率为

2=月/=128肌B错误；线框匀速通过，拉力做的功等于焦耳热，心，放=25.6J,C正确,

D错误。

7.如图所示，一半径为£的导体圆环位于纸面内，。为圆心。环内两个圆心角为90°且

关于0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反方向相反且

均与纸面垂直。导体杆〃犷可绕。转动，V端通过滑动触点与圆环良好接触，在圆心和圆环间

连有电阻尼不计圆环和导体杆的电阻，当杆以恒定角速度3逆时针转动时，理想电流表

A的示数为（）

C也应%D型

2R2R

答案A

解析〃犷切割磁感线产生的电动势£=今竺，〃，心切割磁感线时产生的感应电流/=]

设电流的有效值为/〃效，贝IJ元效解得八效=一筹”,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=0.1

叽匝数〃=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6=产T,线圈电阻为兆=0.5Q,

它的引出线接有尼=9.5Q的小屯珠L,外力推动线圈框架的尸端，使线圈沿轴线做往复运

动,线圈运动速度/随时间「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（）

甲乙

«/(nj•s-1)

2

0

21416\8/101112//(x叫)

-2

内

A.小电珠中电流的峰值为0.16A

B.小电珠中电流的有效值为0.16A

C.电压表的示数约为1.5V

D.1=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£=〃8・2兀r-夕，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£=〃4・2nr%,故

0.20

&20X—X2HX0,1X2

小电珠中电流的峰值为Zr.=n[n=.-*Q-A=0.16A,有效值为I=~F^—

为十姮U.3十y.□yj2

0.08^/2A,A正确，B错误；电压表示数为Q/•是%1.07V,C错误；当£=0.01s也就是

;时，由广£图象知线圈的加速度为0,外力等于安培力，所以外力的大小为尸

=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=

5.0Q,外电路电阻495Q,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3绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数〃=100。转动过程中穿过每匝线

圈的磁通量。随时间「按正弦规律变化，如图乙所示，（兀=3.14,*=1.4）则（）

A.该小型发电机的电动势的最大值为200V

B.1=3.14X10T$时，磁通量的变化率为2Wb/s

C.2=3.14X10-2$时，串联在外电路中的交流电流表的读数为2A

I）.8=3.14X102$时，串联在外电路中的交流电流表的读数为1.4A

答案ABD

解析从办。图线可以看出，03=1.0X10々7=3.14X10-2s,3=半，感应

电动势的最大值瓜X=〃303、=1OOXi：ji「2XlXl()Tv=200V,故A正确；£=3.14X10

o.14X1U

S时，磁通量G的变化率最大，最大值为詈=虚Wb/s=2Wb/s,B正确；电路中电流有

^2200

效值/=A=1.4A,则串联在外电路中的交流电流表的读数为L4A,故C错误,

斤+尸10岫

D正确。

10.如图所示，N匝矩形导线框以角速度3在磁感应强度为8的匀强磁场中绕轴如'匀

速转动，线框面积为S,线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻山理想交流电流表所

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/=/,皿S

41\

9NR0

B.一个周期内通过长的电荷量4=三票

K

C.#两端电压的有效值入比.防S

D.图示位置电流表的示数为0

答案AB

解析山图示位置开始计时，产生正弦交流电，电动势的瞬时值e="交3・sin3b山

于二极管具有单向导电性，则电阻〃两端的电压随时间变化的图象如图所示，由有效值的定

•罄T，所以"两端电压的有效值为/=等t，C错误。由欧姆定律得电流表

的示数/=/也箸，A正确，D错误。一个周期内通过"的电荷量。=*浮=¥，B正确。

K乙KKK

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£=lm,左端连接

R=2Q的电阻，一质量加=0.5kg、电阻丁=1。的导体棒,网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

JIX

应强度4大小随*变化关系是4=0.6sin丁（T）,照=0.5m；两区域磁感应强度大小关于直

ZAb

线x=0.5m对称。

（1）导体棒在水平向右的拉力〃作用下，以速度%=lm/s匀速穿过磁场区，求此过程中

感应电流的最大值A；

（2）在（1）的情况下，求棒穿过磁场过程中拉力做的功/以及电阻发上产生的热量

答案（1）0.2A（2）0.06J0.04J

解析（D导体棒以不变的速度穿过磁场区，

HX

-

B=0.GsinT,x=VottB=0.6sinnt

由法拉第电磁感应定律得e=BLw=0.6sinntV

这是一正弦交流电，E=0.6V

p

由欧姆定律得7iI=r,I=0.2Ao

H-Tr

棒在磁场中的时间t=—

拉力做功等于回路中产生的热量/=0=/（什#t

电阻??上产生的热量QR=fRt

代入数据解得W'=0.06J,0=0.04Jo

12.（16分）如图所示，一个半径为万的半圆形线圈，以直径a〃为轴匀速转动，转速为〃,

劭的左侧有垂直于纸面向里（与防垂直）的匀强磁场，磁感应强度为民M和N是两个集流环,

负载电阻为此线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：

R

(D感应电动势的最大值;

(2)从图示位置起转过彳圈的时间内，负载电阻弁上产生的热帚：

(3)从图示位置起转过3圈的时间内，通过负载电阻E的