高考物理一輪復(fù)習(xí) 分層限時(shí)跟蹤練30 交變電流的產(chǎn)生和描述-人教版高三物理試題

分層限時(shí)跟蹤練30交變電流的產(chǎn)生和描述(限時(shí)40分鐘)一、單項(xiàng)選擇題1．下圖中閉合線圈都在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，不能產(chǎn)生正弦式交變電流的是()【解析】A、B選項(xiàng)中閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)且過(guò)線圈平面的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足產(chǎn)生正弦式交變電流的條件，能產(chǎn)生正弦式交變電流；C選項(xiàng)中轉(zhuǎn)軸平行于磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，穿過(guò)線圈的磁通量始終為零，故C中不能產(chǎn)生正弦式交變電流；D選項(xiàng)中雖然只有一半線圈在磁場(chǎng)中，但是始終有一邊切割磁感線按照正弦規(guī)律產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且一邊出時(shí)，另一邊恰好入，保證轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)連續(xù)按照正弦規(guī)律變化．【答案】C2．(2015·河南豫北九校聯(lián)考)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)e＝220eq\r(2)sin100πt(V)，那么()A．該交變電流的頻率是100HzB．當(dāng)t＝0時(shí)，線圈平面恰好位于中性面C．當(dāng)t＝eq\f(1,100)s時(shí)，e有最大值D．該交變電流電動(dòng)勢(shì)的有效值為220eq\r(2)V【解析】根據(jù)交變電動(dòng)勢(shì)e＝220eq\r(2)sin100πt(V)，可知其最大值為220eq\r(2)V，有效值為220V，頻率f＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz，則選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；由瞬時(shí)值表達(dá)式可知：當(dāng)t＝0和t＝eq\f(1,100)s時(shí)，e＝0，線圈平面恰好位于中性面，選項(xiàng)B正確、C錯(cuò)誤．【答案】B3．(2016·黃石檢測(cè))如圖10-1-12甲所示，一矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈所圍面積的磁通量φ隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示，下列論述正確的是()甲乙圖10-1-12A．t1時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B．t2時(shí)刻導(dǎo)線ad的速度方向跟磁感線平行C．t3時(shí)刻線圈平面與中性面重合D．t4、t5時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向相同【解析】t1、t3、t5時(shí)刻線圈平面與中性面重合，電動(dòng)勢(shì)為零，磁通量最大；0、t2、t4時(shí)刻線圈平面與磁感線平行，電動(dòng)勢(shì)最大，導(dǎo)線ad的速度方向與磁感線垂直，故C正確．【答案】C圖10-1-134．(2015·玉溪檢測(cè))一小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖10-1-13所示，矩形線圈與阻值為10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，若不計(jì)線圈電阻，下列說(shuō)法中正確的是()A．t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零B．t2時(shí)刻感應(yīng)電流方向發(fā)生變化C．t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大D．交變電流的有效值為eq\r(2)A【解析】在t1時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，通過(guò)線圈的磁通量最大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈與中性面垂直，電流方向不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率成正比，t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，因而通過(guò)線圈的磁通量變化率也為零，C項(xiàng)錯(cuò)誤；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值是10eq\r(2)V，由閉合電路歐姆定律可得電流的有效值是eq\r(2)A，D項(xiàng)正確．【答案】D5．阻值不計(jì)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈兩端的電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖10-1-14所示．則下列說(shuō)法中正確的是()圖10-1-14A．線圈兩端電壓的平均值為10VB．電壓表連接在線圈兩端時(shí)，其示數(shù)為20VC．在0.01s時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直D．當(dāng)接外電路時(shí)，線圈內(nèi)的電流方向1s內(nèi)改變50次【解析】由于電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，平均值不是10V，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電壓表示數(shù)為電壓的有效值，故電壓表的示數(shù)為14.14V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；0.01s時(shí)，線圈兩端電壓為0，線圈內(nèi)的磁通量最大，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，選項(xiàng)C正確；由圖可知線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期T＝0.02s，則f＝eq\f(1,T)＝50Hz，故當(dāng)連接外電路時(shí)，線圈內(nèi)的電流方向1s內(nèi)改變100次，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】C6．如圖10-1-15所示，矩形線圈abcd與可變電容器C、理想電流表A組成閉合電路．線圈在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的bc邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝100πrad/s.線圈的匝數(shù)N＝100匝，邊長(zhǎng)ab＝0.2m、ad＝0.4m，電阻不計(jì)．磁場(chǎng)只分布在bc邊的左側(cè)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝eq\f(\r(2),16π)T.電容器放電時(shí)間不計(jì)．下列說(shuō)法正確的是()圖10-1-15A．該線圈產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)峰值為50VB．該線圈產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)有效值為25eq\r(2)VC．電容器的耐壓值至少為50VD．電容器的電容C變大時(shí)，電流表的示數(shù)變小【解析】該線圈產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)峰值為Em＝NBSω＝100×eq\f(\r(2),16π)×0.2×0.4×100πV＝50eq\r(2)V，在一個(gè)周期內(nèi)線圈只有一半時(shí)間在磁場(chǎng)中，有效值為25eq\r(2)V，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；電容器的耐壓值至少為50eq\r(2)V，電容器的電容C變大時(shí)，容抗變小，電流表的示數(shù)變大，C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】B二、多項(xiàng)選擇題7．(2016·寶雞檢測(cè))一正弦式交變電流的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖10-1-16所示．由圖可知()圖10-1-16A．該交變電流的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u＝100sin(25t)VB．該交變電流的頻率為25HzC．該交變電流的電壓的有效值為100eq\r(2)VD．若將該交流電壓加在阻值為R＝100Ω的電阻兩端，則電阻消耗的功率是50W【解析】從題圖可知，交變電流周期T＝4×10－2s，峰值電壓Um＝100V，故交變電流的頻率f＝eq\f(1,T)＝25Hz，有效值U＝eq\f(Um,\r(2))＝50eq\r(2)V；加在R＝100Ω的電阻上時(shí)的熱功率P＝eq\f(U2,R)＝50W；電壓瞬時(shí)值表達(dá)式u＝Umsinωt＝100sin(50πt)V，正確選項(xiàng)為B、D.【答案】BD8．如圖10-1-17甲和乙分別表示正弦脈沖波和方波式的交變電流與時(shí)間的變化關(guān)系．若使這兩種電流分別通過(guò)兩個(gè)完全相同的電阻，經(jīng)過(guò)1min的時(shí)間，則()圖10-1-17A．圖甲所示交變電流的有效值為eq\f(\r(3),3)AB．圖乙所示交變電流的有效值為eq\f(\r(2),2)AC．兩電阻消耗的電功之比為1∶3D．兩電阻消耗的電功之比為3∶1【解析】設(shè)題圖甲、乙所示交變電流的有效值分別為I1、I2，則eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,\r(2))))eq\s\up12(2)×R×2×10－2＋0＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,\r(2))))eq\s\up12(2)×R×2×10－2＝Ieq\o\al(2,1)R×6×10－2，解得I1＝eq\f(\r(3),3)A，而I2＝1A，故選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤；由W＝I2Rt得W1∶W2＝Ieq\o\al(2,1)∶Ieq\o\al(2,2)＝1∶3，故選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤．【答案】AC9．如圖10-1-18所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形線圈的周期為T(mén)，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場(chǎng)方向，線圈電阻為2Ω.從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的感應(yīng)電流為1A，圖10-1-18A．線圈消耗的電功率為4WB．線圈中感應(yīng)電流的有效值為2C．任意時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e＝4coseq\f(2π,T)tD．任意時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為Φ＝eq\f(T,π)sineq\f(2π,T)t【解析】從線圈平面平行于磁感線開(kāi)始計(jì)時(shí)，正弦式交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e＝Emcosθ，感應(yīng)電流i＝eq\f(e,R)＝eq\f(Em,R)cosθ，由題給條件有1＝eq\f(Em,2)×eq\f(1,2)，Em＝4V，則Im＝2A，I有效＝eq\r(2)A，電功率P＝Ieq\o\al(2,有效)R＝4W，所以A正確，B錯(cuò)誤；e＝4cosωt＝4coseq\f(2π,T)t，即C正確；由Em＝BSω＝Φm·eq\f(2π,T)得Φm＝eq\f(2T,π)，故Φ＝eq\f(2T,π)sineq\f(2π,T)t，即D錯(cuò)誤．【答案】AC10．如圖10-1-19所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形單匝線圈abcd，電阻為r，外電路的電阻為R，ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線OO′恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線上，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若線圈從圖示位置開(kāi)始，以角速度ω繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則以下判斷正確的是()圖10-1-19A．圖示位置線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，為Em＝BL2ωB．閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝eq\f(1,2)BL2ωsinωtC．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180°的過(guò)程中，流過(guò)電阻R的電荷量為q＝eq\f(2BL2,R＋r)D．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q＝eq\f(πB2ωL4R,4（R＋r）2)【解析】圖示位置線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，為零，A錯(cuò)；若線圈從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝eq\f(1,2)BL2ωsinωt，B正確；線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180°的過(guò)程中，流過(guò)電阻R的電荷量為q＝eq\f(ΔΦ,R總)＝eq\f(BL2,R＋r)，C錯(cuò)；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Em,\r(2))))\s\up12(2),R＋r)·eq\f(2π,ω)·eq\f(R,R＋r)＝eq\f(πB2ωL4R,4（R＋r）2)，D對(duì)．【答案】BD三、非選擇題11．如圖10-1-20所示，矩形線圈邊長(zhǎng)為ab＝20cm，bc＝10cm，匝數(shù)N＝100匝，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.01T．當(dāng)線圈以n＝50r/s的轉(zhuǎn)速?gòu)膱D示位置開(kāi)始逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圖10-1-20(1)線圈中交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)從線圈開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)起，經(jīng)0.01s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值．【解析】(1)線圈的角速度為ω＝2πn＝100πrad/s，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝NBωS＝NBω·ab·bc＝6.28V．又剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈平面與中性面夾角為30°，故線圈中交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωt＋\f(π,6)))＝6.28sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(100πt＋\f(π,6)))V.(2)把t＝0.01s代入上式，可得此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值：e＝－3.14V.【答案】(1)e＝6.28sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(100πt＋\f(π,6)))V(2)－3.14V12．如圖10-1-21甲所示，一個(gè)固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場(chǎng)．已知線圈的匝數(shù)n＝100匝，電阻r＝1.0Ω，所圍成矩形的面積S＝0.040m2，小燈泡的電阻R＝9.0Ω，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按如圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)V，其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T為磁場(chǎng)變化的周期．忽略燈絲電阻隨溫度的變化，求：甲乙圖10-1-21(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值；(2)小燈泡消耗的電功率；(3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的0～eq\f(T,4)的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)小燈泡的電荷量．【解析】(1)因?yàn)榫€圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流變化的周期與磁場(chǎng)變化的周期相同，所以由圖象可知，線圈中產(chǎn)生交變電流的周期為T(mén)＝3.14×10－2s.所以線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝2πnBmS/T＝8.0V.(2)根據(jù)歐姆定律，電路中電流的最大