2019高考物理一輪優(yōu)級（備講練）全國經(jīng)典版限時規(guī)范特訓11-1交變電流的產(chǎn)生和描述a

板塊三限時規(guī)范特訓時間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共10小題，每小題7分，共70分。其中1～6為單選，7～10為多選)1.在磁感應強度B＝0.1T的勻強磁場中，一面積S＝0.06m2，電阻值r＝0.2Ω的矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉軸勻速轉動，產(chǎn)生頻率為50Hz的交變電流。t＝0時，線圈平面與磁場垂直，如圖所示。則()A．t1＝0.005s時線框的磁通量最大B．t2＝0.055s時，電流的方向為abcdaC．從t＝0至t1＝0.005s內(nèi)，流經(jīng)線框截面的電荷量為0.03CD．保持交變電流頻率不變，增加磁感應強度可增大電動勢的最大值，但有效值不變答案C解析交流電的頻率為50Hz，周期為0.02s，在t＝0.005s時，線圈由圖示位置轉過90°，此時的磁通量為零，A選項錯誤。t＝0.055s時，也就是線圈由圖示位置轉270°時，由楞次定律可知，電流方向應為adcba，B選項錯誤。從t＝0至t1＝0.005s內(nèi)，q＝eq\x\to(I)Δt＝eq\f(ΔΦ,r)＝eq\f(BS,r)＝0.03C，C選項正確。電動勢的最大值Em＝BSω＝BS·2πf，當磁感應強度增大，其他量不變時，電動勢的最大值增大，產(chǎn)生的是正弦式交流電，有效值E＝eq\f(Em,\r(2))也增大，D選項錯誤。2.如圖所示為發(fā)電機結構示意圖，其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極，其表面呈半圓柱面狀。M是圓柱形鐵芯，它與磁極柱面共軸，鐵芯上繞有矩形線框，可繞與鐵芯共軸的固定軸轉動。磁極與鐵芯間的磁場均勻輻向分布。從圖示位置開始計時，當線框勻速轉動時，下圖中能正確反映線框感應電動勢e隨時間t的變化規(guī)律的是()答案D解析矩形線框在均勻輻向磁場中轉動，v始終與B垂直，由E＝Blv知E大小不變，方向周期性變化，D正確。3．如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，磁場的邊界由x軸和y＝2sineq\f(π,2)x曲線圍成(x≤2m)，現(xiàn)把一邊長為2m的正方形單匝線框以水平速度v＝10m/s勻速地拉過該磁場區(qū)，磁場區(qū)的磁感應強度為0.4T，線框電阻R＝0.5Ω，不計一切摩擦阻力，則()A．水平拉力F的最大值為8NB．拉力F的最大功率為12.8WC．拉力F要做25.6J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)D．拉力F要做12.8J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)答案C解析線框勻速通過磁場區(qū)，產(chǎn)生的感應電流先增大后減小，形成正弦交流電，周期為eq\f(2l,v)＝0.4s，感應電動勢最大值為Em＝Blv＝8V，有效值為4eq\r(2)V，感應電流最大值為16A，有效值為8eq\r(2)A，則水平拉力最大值為Fm＝BIml＝12.8N，A選項錯誤。拉力的最大功率為Pm＝Fmv＝128W，B選項錯誤；線框勻速通過，拉力做的功等于焦耳熱，Q＝I2Rt＝25.6J，C選項正確，D選項錯誤。4.如圖所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉動，當線圈平面轉到與磁場方向平行時()A．線圈繞P1轉動時的電流等于繞P2轉動時的電流B．線圈繞P1轉動時的電動勢小于繞P2轉動時的電動勢C．線圈繞P1和P2轉動時電流的方向相同，都是a→b→c→d→aD．線圈繞P1轉動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉動時dc邊受到的安培力答案A解析閉合線圈繞垂直磁感線的軸勻速轉動就能產(chǎn)生正弦式交流電，產(chǎn)生的交流電與線圈的形狀、軸的位置無關，由圖示位置開始計時，產(chǎn)生的交流電的電動勢e＝nBSω·cosωt，它只跟線圈的匝數(shù)n、線圈的面積S、轉動的角速度ω及磁感應強度有關，由題可知，不管繞P1還是P2軸轉動，產(chǎn)生的交流電完全相同，所以A選項正確，B、D選項錯誤。由右手定則可知，電流方向都是adcba，C選項錯誤。5．小型交流發(fā)電機的矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉動，產(chǎn)生的感應電動勢與時間的關系是正弦函數(shù)。將發(fā)電機與一個標有“6V,6W”的小燈泡連接形成閉合回路，不計電路的其他電阻。當線圈的轉速為n＝5r/s時，小燈泡恰好正常發(fā)光，則電路中電流的瞬時值表達式為()A．i＝sin5t(A) B．i＝sin10πt(A)C．i＝1.41sin5t(A) D．i＝1.41sin10πt(A)答案D解析小燈泡正常發(fā)光，所以電流的有效值為I＝eq\f(P,U)＝eq\f(6W,6V)＝1A，由于金屬線圈產(chǎn)生的是正弦交流電，所以電流的最大值Im＝eq\r(2)I＝eq\r(2)A＝1.41A，轉速n＝5r/s，所以角速度ω＝2πn＝10πrad/s，由以上條件可知，電流的瞬時值表達式i＝Imsinωt＝1.41sin10πt(A)，D選項正確。6.如圖所示，矩形線圈abcd與可變電容器C、理想電流表組成閉合電路。線圈在有界勻強磁場中繞垂直于磁場的bc邊勻速轉動，轉動的角速度ω＝100πrad/s。線圈的匝數(shù)N＝100匝，邊長ab＝0.2m、ad＝0.4m，電阻不計。磁場只分布在bc邊的左側，磁感應強度大小B＝eq\f(\r(2),16π)T。電容器放電時間不計。下列說法正確的是()A．該線圈產(chǎn)生的交流電動勢峰值為50VB．該線圈產(chǎn)生的交流電動勢有效值為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，電流表的示數(shù)變小答案B解析該線圈產(chǎn)生的交流電動勢峰值Em＝NBSω＝50eq\r(2)V，A項錯誤；因為該線圈產(chǎn)生的交流電不是完整的正弦式交流電，只有一半，所以根據(jù)有效值的定義eq\f(E2,R)×eq\f(T,2)＝eq\f(E′2,R)T，E＝eq\f(Em,\r(2))，聯(lián)立解得電動勢有效值E′＝25eq\r(2)V，B項正確；電容器的耐壓值至少為50eq\r(2)V，C項錯誤。電容器的電容C變大時，容抗變小，電容器的充放電電流增大，D項錯誤。7．一正弦交流電源的u-t圖象如圖甲所示，將它接在圖乙所示電路的e、f兩端，若電阻的阻值為110Ω，電源的內(nèi)阻不計，交流電壓表是量程為250V的理想電表，則下列說法中正確的是()A．通過電阻的電流方向1秒鐘改變50次B．交流電壓表示數(shù)為220VC．產(chǎn)生該交流電的線圈在磁場中勻速轉動的角速度為100πrad/sD．在1分鐘內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為5.28×104J答案BC解析由圖甲知交流電的周期為T＝0.02s，頻率f＝eq\f(1,T)＝50Hz，而一個周期內(nèi)電流方向改變兩次，即通過電阻的電流方向1秒鐘改變100次，A選項錯。交流電壓的峰值為220eq\r(2)V，有效值為220V，B選項對。由ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s可知，C選項對。由Q＝eq\f(U2,R)t得，在1分鐘內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為2.64×104J，D選項錯。8.如圖所示，先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化，如下圖甲所示；第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示。若圖甲、乙中的U0、T所表示的電壓、周期值是相等的，則以下說法正確的是()A．第一次燈泡兩端的電壓有效值是eq\f(\r(2),2)U0B．第二次燈泡兩端的電壓有效值是eq\f(3,2)U0C．第一次和第二次燈泡的電功率之比是2∶9D．第一次和第二次燈泡的電功率之比是1∶5答案AD解析第一次所加正弦交流電壓的有效值為U1＝eq\f(\r(2),2)U0，A項正確。設第二次所加交流電壓的有效值為U2，則根據(jù)有效值的定義有eq\f(U\o\al(2,2),R)T＝eq\f(2U02,R)·eq\f(T,2)＋eq\f(U\o\al(2,0),R)·eq\f(T,2)，解得U2＝eq\f(\r(10),2)U0，B項錯誤。根據(jù)電功率的定義式P＝eq\f(U2,R)可知，P1∶P2＝1∶5，C項錯誤，D項正確。9．如圖所示，N匝矩形導線框以角速度ω在磁感應強度為B的勻強磁場中繞軸OO′勻速轉動，線框面積為S，線框的電阻、電感均不計，外電路接有電阻R、理想交流電流表和二極管D。二極管D具有單向導電性，即正向電阻為零，反向電阻無窮大。下列說法正確的是()A．交流電流表的示數(shù)I＝eq\f(ω,2R)NBSB．一個周期內(nèi)通過R的電荷量q＝eq\f(2NBS,R)C．R兩端電壓的有效值U＝eq\f(ω,\r(2))NBSD．圖示位置電流表的示數(shù)為0答案AB解析由圖示位置開始計時，產(chǎn)生正弦交流電，電動勢的瞬時值e＝NBSω·sinωt，由于二極管具有單向導電性，則電阻R的電壓隨時間變化的圖象如圖所示，所以有效值eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(NBSω,\r(2))))2,R)eq\f(T,2)＝eq\f(U2,R)T，U＝eq\f(NBSω,2)，C選項錯誤，由歐姆定律得I＝eq\f(U,R)＝eq\f(NBSω,2R)，A選項正確。電流表顯示的是有效值，所以不為0，D選項錯誤。q＝eq\f(NΔΦ,R)＝eq\f(2NBS,R)，B選項正確。10.邊長為L的正方形線框在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉動，產(chǎn)生的感應電流的最大值為Im，設燈泡的電阻為R，其他電阻不計。從如圖所示位置開始計時，則()A．電路中電流的最大值Im＝eq\f(BL2ω,R)B．電路中電流的瞬時值表達式為i＝ImsinωtC．電流表的讀數(shù)為eq\f(Im,2)D．燈泡的電功率為eq\f(I\o\al(2,m),2)R答案AD解析感應電動勢的最大值Em＝BL2ω，則電流的最大值Im＝eq\f(Em,R)＝eq\f(BL2ω,R)，選項A正確。由線圈電流為最大值時開始計時，故電路中電流的瞬時值表達式應為i＝Imcosωt，選項B錯誤。電流表的讀數(shù)為有效值，為I＝eq\f(\r(2),2)Im，選項C錯誤。燈泡的電功率P＝I2R＝eq\f(1,2)Ieq\o\al(2,m)R，選項D正確。二、非選擇題(本題共2小題，共30分)11．(15分)如圖所示，光滑平行的長金屬導軌固定在水平面上，相距L＝1m，左端連接R＝2Ω的電阻，一質(zhì)量m＝0.5kg、電阻r＝1Ω的導體棒MN垂直放置在兩平行金屬導軌上，彼此接觸良好，導軌的電阻不計。在兩導軌間有這樣的磁場，磁場方向豎直向下，磁感應強度B大小隨x變化關系是B＝0.6sineq\f(πx,2x0)(T)，x0＝0.5m；兩區(qū)域磁感應強度大小關于直線x＝0.5m對稱。(1)導體棒在水平向右的拉力F作用下，以速度v0＝1m/s勻速穿過磁場區(qū)，求此過程中感應電流的最大值Im?(2)在(1)的情況下，求棒穿過磁場過程中拉力做的功W以及電阻R上產(chǎn)生的熱量QR?答案(1)0.2A(2)0.06J0.04J解析(1)導體棒以不變的速度穿過磁場區(qū)，B＝0.6sineq\f(πx,2x0)x＝v0t得B＝0.6sinπt由法拉第電磁感應定律得e＝BLv0＝0.6sinπtV這是一正弦交流電，Em＝0.6V由歐姆定律得Im＝eq\f(Em,R＋r)＝0.2A。(2)電流的有效值I＝eq\f(Im,\r(2))棒在磁場中的時間t＝eq\f(s,v0)，s＝1m拉力做功等于回路中產(chǎn)生的熱量W＝Q＝I2(R＋r)t電阻R上產(chǎn)生的熱量QR＝I2Rt代入數(shù)據(jù)解得W＝0.06J，QR＝0.04J。12．(15分)如圖甲為小型旋轉電樞式發(fā)電機原理圖，其矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉動，線圈的匝數(shù)n＝100、電阻r＝10Ω，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R＝90Ω，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表。在t＝0時刻，線圈平面與磁場方向平行，穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化。求：(1)從t＝0時刻開始轉動四分之一周期過程中的平均感應電動勢？(2)從t＝0時刻開始轉動四分之一周期過程中流過電阻R的電荷量？(3)電路中交流電壓表的示數(shù)？(4)從t＝0時刻開始轉一周過程外力對線圈所做的功？答案(1)127.4V(2)0.02C(3)90eq\r(2)V(4)12.56J解析(1)eq\x\to(E)＝eq\f(nΔΦ,Δt)＝eq\f(100×2.0×10－2－0,1.57×10－2)V≈127.4V。(2)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)＝eq\f(127.4,90＋10)A＝1.274A，q＝eq\x\to(I)t＝1