2020届高考物理一轮复习重要题型名师精讲之交变电流第1讲交变电流的产生和描述.pdf

2020 届高考物理一轮复习重要题型名师精讲之交变电流第1讲交变电流的产生和描述第 1 讲交变电流的产生图 10112 1如图 10112 所示，矩形线框置于竖直向下的磁场中，通过导线与灵敏电流表相连，线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，图中线框平面处于竖直面内下述讲法正确的选项是()A因为线框中产生的是交变电流，因此电流表示数始终为零B线框通过图中位置瞬时，穿过线框的磁通量最大C线框通过图中位置瞬时，通过电流表的电流瞬时值最大D假设使线框转动的角速度增大一倍，那么通过电流表电流的有效值也增大一倍解析：此题考查电磁感应现象，基础题 线框在匀强磁场中匀速转动时，在中性面即线框与磁感线垂直时，磁通量最大感应电动势最小，而在题中图示位置线框与磁感应线平行时，磁通量最小感应电动势最大，A、B 项错 C 项对；电流的有效值InBS2R，现在其余的量都不变，角速度增大一倍后，电流也增大一倍，D正确答案：CD 图 10113 2如图 10113 所示，矩形线圈abcd，面积为S，匝数为N，线圈电阻为R，在匀强磁场中能够分不绕垂直于磁场方向的轴P1和 P2以相同的角速度 匀速转动，(P1以 ab 边为轴，P2以 ad 边中点为轴)当线圈平面从与磁场方向平行开始计时，线圈转过90 的过程中，绕P1及 P2轴转动产生的交流电的电流大小，电量及焦耳热分不为I1，q1，Q1及 I2，q2，Q2，那么下面判定正确的选项是()A.线圈绕 P1和 P2转动时电流的方向相同，差不多上ab cdB q1q2NBS/2RC I1 I2(NB S)/2RD Q1Q2(NBS)2/2R解析：此题考查电磁感应中电量、热量、电流的运算和感应电流方向的判定.绕 P、P转动时电流的方向相同，但电流的方向为adc ba，A 错；电量qn R，与绕哪个轴转动没有关系，B 项错；线圈绕两轴转动时产生的电动势相同，因此电流相同，发热也相同，C 对，D 错答案：C 图 10114 3 如图 10114 所示，在水平方向的匀强磁场中，有一单匝矩形导线框可绕垂直于磁场方向的水平轴转动在线框由水平位置以角速 匀速转过90 的过程中，通过导线横截面的电荷量为q，导线框的电阻为R，那么以下讲法中正确的选项是()A导线框转到如下图的位置时电流的方向将发生改变B导线框转到如下图的位置时电流的方向为badcC以图中位置作为计时起点，该导线框产生的交流电瞬时值表达式为eqRsin tD题述过程中导线框上产生的焦耳热Qq2 R4解析：导线框转到中性面时电流方向发生改变，而图中表示的不是中性面，A 项错误；依照右手定那么或楞次定律判定导线框中电流的方向为abcd，B 项错误；该导线框产生的交流电瞬时值表达式为e BS cos t，由 qBSR可得该导线框产生的交流电瞬时值表达式为eqR cos t，C 项错误；题述过程中U有效qR/2，时刻 t2，QU2有效Rtq2 R4，D 正确答案：D 图 10115 4如图 10115 所示，边长为L 0.2 m 的正方形线圈abcd，其匝数为n10、总电阻为r2，外电路的电阻为 R8 ，ab 的中点和cd 的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度B 1 T，假设线圈从图示位置开始，以角速度2 rad/s 绕 OO轴匀速转动，那么以下判定中正确的选项是()A在 t4时刻，磁场穿过线圈的磁通量为零，但现在磁通量随时刻变化最快B闭合电路中感应电动势的瞬时表达式e0.8 sin 2tC从 t 0 时刻到 t4时刻，电阻R 上产生的热量为Q 3.2 104 J D从 t 0 时刻到 t4时刻，通过R 的电荷量q0.02 C 解析：线圈在磁场中转动，Em12nBS0.4 V，B 项错；当线圈平面与磁场平行时磁通量变化最快，A 正确；QRI2RtEm2(Rr)2Rt 1.6 103 J，C 错；qn Rr0.02 C，D 正确答案：AD 图 10116 5在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一个面积为S的矩形线圈匀速转动时所产生的交流电电压随时刻变化的波形如图 101 16 所示，线圈与一阻值R 9 的电阻串联在一起，线圈的电阻为1.那么()A通过电阻R 的电流瞬时值表达式为i10sin 200t(A)B电阻 R 两端的电压有效值为90 V C 1 s内电阻 R 上产生的热量为450 J D图中 t1102 s时，线圈位于中性面解析：通过电阻R 的电流最大值为ImEmRr10 A，线圈转动的角速度 2T22102rad/s 100 rad/s，故电流的瞬时值表达式为i 10sin 100t(A)，A 项错误；电阻 R 两端的电压有效值为U有效E有效RrR1002(91)9 V452 V，B 项错误；1 s 内电阻 R 上产生的热量QU2有效Rt450 J，C 项正确；t 1.0102 s 时感应电动势为零，现在穿过线圈的磁通量最大，线圈位于中性面，D 项正确答案：CD 图 10117 1如图10117 甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO以恒定的角速度转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，在t2时刻()A线圈中的电流最大B穿过线圈的磁通量为零C线圈所受的安培力为零D穿过线圈磁通量的变化率最大解析：注意线圈转动过程中通过两个专门位置(平行于磁感线和垂直于磁感线)时的特点；磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率不同；t2T4，线圈转过90，此题应选C 项答案：C 2一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T.从中性面开始计时，当t112T 时，感应电动势的瞬时值为2 V，那么此交变电动势的有效值为()A 2 2 V B2 V C.2 V D.22V 解析：依照交流电电动势的瞬时值表达式eEmsin t，当 tT12时，Em4 V，那么 E有22Em.答案：A 图 10118 3如图10118 所示，边长为L 的闭合正方形线框共有n 匝，总电阻为R.在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕中心轴OO匀速转动，线框中心轴OO与磁场方向垂直，线框转动的角速度为，从线框平面平行于磁感线的位置开始计时，那么()线框中产生电动势的瞬时值表达式为nBL2cos t t 0时，线框中感应电流值为nBL2/R线框中电流的有效值为22RnBL2cos t 线框中电流的频率为2ABCD答案：A 图 10119 4如图10119 所示，单匝闭合线框在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的转轴OO匀速转动，在转动过程中，穿过线框的最大磁通量为m，线框中的最大感应电动势为Em，以下讲法中正确的选项是()A在穿过线框的磁通量为m2的时刻，线框中的感应电动势为Em2B在穿过线框的磁通量为m2的时刻，线框中的感应电动势为Em2C线框每转动一周，线框中的感应电流方向改变一次D线框转动的角速度为Emm解析：闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，假设从中性面开始计时，穿过线框的磁通量 按余弦规律变化，线框中产生的感应电动势按正弦规律变化，在穿过线框的磁通量为m/2 的时刻，线框中的感应电动势大于Em/2，A 错误；在穿过线框的磁通量为m/2的时刻，线框中的感应电动势等于Em/2，B 项正确；线框每转动一周，线框中感应电流的方向改变两次，C 错误；由 EmBSm解得线框转动的角速度为Em/m，D 正确答案：BD 5.图 10120 如图 10 120 所示，面积为S、匝数为N、电阻为r 的线圈固定在图示位置，线圈与阻值为R 的电阻构成闭合电路，理想交流电压表并联在电阻R 的两端；U 形磁铁以线圈的中心轴线OO为轴以角速度匀速转动，U 形磁铁两极间的磁场为匀强磁场，磁感应强度为B，取磁铁转动到图示位置的时刻t0.那么()A在 t 0 时刻，线圈处于中性面，流过电阻R 的电流为0 B 1 s内流过电阻R 的电流方向改变次C线圈匝数减少为原先的一半，磁铁转动角速度增大到原先2 倍，电压表读数不变D在电阻R 的两端再并联一只阻值为R 的电阻后，电压表的读数不变解析：在 t0 时刻，线圈中的磁通量最小，线圈处于垂直于中性面的位置，感应电动势最大，流过电阻R的电流为最大值，A 错；由于一个周期内电流的方向改变两次，1 s 内流过电阻R 的电流方向改变的次数为 n2f，B 正确；线圈产生的感应电动势的最大值EmNBS ，线圈匝数减少为原先的一半，磁铁转动角速度增大到原先2 倍，Em不变，由于产生的交变电流为正弦交变电流，因此其有效值为EEm2也不变，因匝数减半，内阻也减半，外电阻不变因此路端电压增加，即电压读数变大，因此C 不正确当并联一个电阻R 后，外电阻内电阻不变，因此路端电压减小，即电压读数减小，因此D 错答案：B 图 10121 6 某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电流的图象如图10 121 所示，以下讲法中正确的选项是()A交变电流的频率为0.02 Hz B交变电流的瞬时表达式为i5cos 50 t(A)C在 t 0.01 s 时，穿过交流发电机线圈的磁通量最大D假设发电机线圈电阻为0.4，那么其产生的热功率为5 W 解析：由图象知，交流电的周期为0.02 s，故频率为50 Hz，A 项错；转动的角速度 2T100 ，故电流瞬时表达式为i5cos 100t(A)，B 错；t0.01 s 时，电流最大，现在线圈磁通量应为0，C 错；交流电电流的有效值IIm252A，故 PI2R5220.4 W5 W，故 D 正确答案：D 图 10122 7如图10122 所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，当两板间加上交变电压后，能使电子有可能做往返运动的电压是()解析：对 A 图象可知，电子先做加速度减小的加速运动，14T 时刻速度最大，由14T 到12T 做加速度增加的减速运动，12T 时刻速度为零从12T 到34T 电子反向做加速度减小的加速运动，34T 时刻速度最大，由34T 到 T做加速度增大的减速运动，T 时刻速度为零，回到原位置，即电子能做往复运动同样的方法可得B、C也对答案：ABC 甲乙图 10123 8正弦交变电源与电阻R、交流电压表、交流电流表按照图10123 甲所示的方式连接，R 200.图乙是交变电源输出电压u 随时刻 t 变化的图象那么()A交流电压表的读数是311 V B交流电流表的读数是1.1 A C R 两端电压随时刻变化的规律是uR311cos t V D R 两端电压随时刻变化的规律是uR311cos 100t V 解析：由图乙可知，电源输出电压峰值为311 V，有效值为220 V，因此电压表示数为有效值220 V，电流表读数为电流的有效值IUR1.1 A，A 错，B 对，由图乙可知T 2102s，2T100，因此 R 两端电压随时刻变化的规律为UR311cos 100t V，C 错，D 对答案：BD 图 10124 9(2018 重庆，18)某实物投影机有10 个相同的强光灯L1L10(24 V、200 W)和 10 个相同的指示灯X1 X10(220 V、2 W)，将其连接在220 V 交流电源上，电路如图10124.假设工作一段时刻后L2灯丝烧断，那么()A X1的功率减小，L1的功率增大B X1的功率增大，L1的功率增大C X2的功率增大，其他指示灯的功率减小D X2的功率减小，其他指示灯的功率增大解析：L2灯丝烧断，那么电路中的总电阻变大，由欧姆定律知，总电流减小，那么除L2支路外，其他支路两端的电压减小，强光灯和指示灯的功率都要减小其他支路电压减小，那么L2两端电压升高，其功率增大答案：C 图 10125 10(2018 天津，9)如图 10125 所示，单匝矩形闭合导线框abcd 全部处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd 边重合的竖直固定转轴以角速度 匀速转动，线框中感应电流的有效值I_.线框从中性面开始转过2的过程中，通过导线横截面的电荷量q_.解析：由题意可知EmaxBS，那么回路中电流的有效值为IEmax2R；当线圈从中性面转过2时，由 E tBS t，I ER及 qI t 可求得 qBSR.答案：2BS2RBSR图 10126 11如图 101 26 所示，一台模型发电机的电枢是矩形导线框abcd，其 ab 和 cd 边长 l10.4 m，ad 和 bc边长 l20.2 m，匝数 n100 匝，它在磁感应强度B 0.2 T 的匀强磁场中绕通过线框对称中心线且垂直于磁场方向的轴OO匀速转动，当开关S 断开时，电压表的示数为102 V，开关 S 闭合时，外电路上标有 10 V、10 W 的灯泡恰好正常发光，求：(1)导线框 abcd 在磁场中转动的角速度？(2)S 闭合后，当导线框从图示位置转过 60 时的过程中通过灯泡的电荷量？解析：(1)E102 VEm20 VnBS EmnBL1L2201000.20.40.2rad/s 12.5 rad/s.(2)S 闭合后UL10 V，PL10 W，IPLUL1 A，因此R总EI102，qn R总10012BL1L2102100120.20.40.2102C225C.答案：(1)12.5 rad/s(2)225C 图 10127 12如图10127 甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r 0.10 m、匝数 n20 匝的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向平均分布(其右视图如图101 27 乙所示)在线圈所在位置磁感应强度B 的大小均为B0.20T，线圈的电阻为R10.50，它的引出线接有R29.5 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，便有电流通过小电珠当线圈运动速度v 随时刻 t 变化的规律如图10127 丙所示时(摩擦等损耗不计)求：(1)小电珠中电流的最大值；(2)电压表的示数；(3)t0.1 s 时外力 F 的大小；(4)在不改变发电装置结构的条件下，要使小电珠的功率提高双倍，可采取什么方法(至少讲出两种方法)?解析：(1)由题意及法拉第电磁感应定律明白，由于线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势的大小符合正弦曲线变化规律，线圈中的感应电动势的最大值为：EmnBl vnB2 rvm，电路总电阻为：R1R2，那么小电珠中电流的最大值为ImnB2 rvmR1R2200.22 0.12(9.5 0.5)0.16 A.(2)电压表示数为有效值UUm222ImR222 0.169.5 V0.762 V1.07 V.(3)当 t0.1 s也确实是T/4 时，外力F 的大小为FnB2 rImn2B2(2 r)2R1R2vm0.128 N.(4)提高 vm用变压器答案：(1)0.16 A(2)1.07 V(3)0.128 N(4)提高 vm用变压器