2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述學(xué)案（含解析）.doc

第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述高考地位高考對(duì)本部分知識(shí)的考查主要以選擇題的形式出現(xiàn)，但也出現(xiàn)過關(guān)于交變電流的計(jì)算題，試題的難度一般在中等偏下，分值在610分左右?？季V下載1.交變電流、交變電流的圖象()2正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值()3理想變壓器()4遠(yuǎn)距離輸電()實(shí)驗(yàn)十二：傳感器的簡單使用考綱解讀1.交變電流的產(chǎn)生及其各物理量的變化規(guī)律，應(yīng)用交流電的圖象解決問題。2利用有效值的定義，對(duì)交變電流的有效值進(jìn)行計(jì)算。3理想變壓器原、副線圈中電流、電壓、功率之間的關(guān)系應(yīng)用，變壓器動(dòng)態(tài)變化的分析方法。4遠(yuǎn)距離輸電的原理和相關(guān)計(jì)算。5傳感器的簡單使用，能夠解決與科技、社會(huì)緊密結(jié)合的問題。第1講交變電流的產(chǎn)生和描述主干梳理 對(duì)點(diǎn)激活知識(shí)點(diǎn)交變電流、交變電流的圖象1交變電流(1)定義：方向隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流。(2)圖象：用以描述交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律，圖a、b、c、d所示電流都屬于交變電流，其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流，如圖a所示。2正弦式交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律(1)產(chǎn)生：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電流是正弦式交變電流。(2)中性面中性面：與磁感線垂直的平面稱為中性面。中性面的特點(diǎn)以及與峰值面(中性面的垂面)的比較中性面峰值面含義線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直線圈平面與磁場(chǎng)方向平行磁通量最大(BS)0磁通量的變化率0最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)0最大(nBS)電流方向發(fā)生改變方向不變(3)電流方向的改變：線圈通過中性面時(shí)，電流方向發(fā)生改變，一個(gè)周期內(nèi)線圈兩次通過中性面，因此電流的方向改變兩次。(4)正弦式交流電的圖象：如果從線圈位于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，其圖象為正弦曲線。如圖甲、乙所示。(5)變化規(guī)律正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式(線圈在中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí))電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律：eEmsint，其中表示線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，EmnBS。負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律：uUmsint。電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律：iImsint。知識(shí)點(diǎn)描述交變電流的物理量1周期和頻率(1)周期(T)：交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間，單位是秒(s)，公式T。(2)頻率(f)：交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位是赫茲(Hz)。(3)周期和頻率的關(guān)系：T或f。2交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值(1)瞬時(shí)值：交變電流的電動(dòng)勢(shì)、電流或電壓在某一時(shí)刻的值，是時(shí)間的函數(shù)。(2)峰值：交變電流的電動(dòng)勢(shì)、電流或電壓所能達(dá)到的最大值。(3)有效值定義：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。有效值和峰值的關(guān)系：E，U，I。(僅適用于正弦式交流電)(4)平均值：交變電流圖象中波形與橫軸所圍面積跟時(shí)間的比值。一 思維辨析1將一個(gè)平面線圈置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并使它繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的一定是正弦交變電流。 ()2矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過中性面時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。()3有效值公式I 適用于任何交變電流。()4交流電表的測(cè)量值是交變電流的有效值。 ()5我國使用的交變電流周期是0.02 s，電流方向每秒改變100次。()6電路中保險(xiǎn)絲的熔斷電流是指電流的最大值。()7電容器的耐壓值是指交變電流的最大電壓。()答案1.2.3.4.5.6.7.二 對(duì)點(diǎn)激活1圖中不表示交變電流的是()答案A解析只要電流的方向發(fā)生周期性變化，就是交變電流，只有A項(xiàng)的電流方向不變，所以A是直流電而不是交流電。2.(人教版選修32P31做一做改編)把發(fā)光顏色不同的兩個(gè)二極管并聯(lián)(該類二極管具有單向?qū)щ娦?，?dǎo)通時(shí)發(fā)光)，使兩者正負(fù)極方向不同。當(dāng)搖動(dòng)如圖所示的手搖發(fā)電機(jī)時(shí)，兩個(gè)二極管交替發(fā)光，則流過其中一個(gè)二極管的電流是()A交流電 B直流電C恒定電流 D渦流答案B解析交流電是指電流方向發(fā)生變化的電流，直流電的方向不變，恒定電流是指大小與方向均不變，渦流是感應(yīng)電流，而手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的是交流電，但因?yàn)槎O管具有單向?qū)щ娦?，所以通過每個(gè)二極管的電流為直流電，B正確。3(人教版選修32P34T2改編)(多選)關(guān)于中性面，下列說法正確的是()A線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中經(jīng)中性面位置時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零B線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中經(jīng)中性面位置時(shí)，穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大C線圈每經(jīng)過一次中性面，感應(yīng)電流的方向就改變一次D線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周經(jīng)過中性面一次，所以線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向就改變一次答案AC解析在中性面位置，線圈的磁通量最大，沒有切割磁感線運(yùn)動(dòng)，磁通量變化率為零，每經(jīng)過一次中性面，電流的方向就改變一次，所以線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，兩次經(jīng)過中性面，感應(yīng)電流的方向就改變兩次，B、D錯(cuò)誤，A、C正確。4. (人教版選修32P34T5改編)(多選)如圖所示，閉合的矩形導(dǎo)體線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著OO方向觀察，線圈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈匝數(shù)為n，ab邊的邊長為L1，ad邊的邊長為L2，線圈電阻為R，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，則當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí)()A線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcdaB線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為2nBL2C穿過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化率最大D線圈ad邊所受安培力的大小為，方向垂直紙面向里答案AC解析由右手定則知圖示位置線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcda，故A正確。電動(dòng)勢(shì)為EnBL2L1，故B錯(cuò)誤。此位置磁通量為零，磁通量的變化率最大，故C正確。線圈ad邊所受安培力大小為FnBL2，方向垂直紙面向里，故D錯(cuò)誤。5(人教版選修32P35思考與討論改編)某交變電流的it圖象如圖所示，則其電流的有效值為()A1.5 A B2 A C. A D. A答案C解析將交流與直流通過阻值都為R的電阻，設(shè)直流電流為I，則根據(jù)有效值的定義有，IRt1IRt2I2RT其中t10.4 s，t20.6 s，T1 s，I11 A，I22 A，代入數(shù)據(jù)得，I A，故C正確。考點(diǎn)細(xì)研 悟法培優(yōu)考點(diǎn)1正弦式電流的變化規(guī)律及應(yīng)用1正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí))函數(shù)圖象磁通量mcost BScost電動(dòng)勢(shì)eEmsint nBSsint電壓uUmsint sint電流iImsint sint2交流電產(chǎn)生過程中的兩個(gè)特殊位置圖示概念中性面位置與中性面垂直的位置特點(diǎn)BSBSBS，最大0，最小特點(diǎn)en0，最小ennBS，最大感應(yīng)電流為零，方向改變感應(yīng)電流最大，方向不變3書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的基本思路(1)求出角速度，2f。(2)確定正弦式交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式EmnBS求出相應(yīng)峰值。(3)明確線圈的初始位置，找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。如：線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則it圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImsint。線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImcost。例1(2018湖南懷化三模)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線圈繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電流的電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示，則()At0.005 s時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行Bt0.01 s時(shí)，線圈的磁通量變化率最大C線圈產(chǎn)生的交變電流的頻率為100 HzD線圈產(chǎn)生的交變電流的電動(dòng)勢(shì)有效值為311 V解題探究(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大的位置有什么特點(diǎn)？提示：0，最大。(2)圖乙中311 V指最大值還是有效值？提示：最大值。嘗試解答選A。根據(jù)題圖乙，t0.005 s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)最大，則線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，故A正確；t0.01 s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為0，則線圈的磁通量變化率為0，故B錯(cuò)誤；周期T0.02 s，則頻率f50 Hz，故C錯(cuò)誤；線圈產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為 V，故D錯(cuò)誤?？偨Y(jié)升華解決交變電流圖象問題的四點(diǎn)注意(1)只有當(dāng)線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式才是正弦形式，其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān)。(2)注意峰值公式EmnBS中的S為線框處于磁場(chǎng)中的有效面積。(3)在解決有關(guān)交變電流的圖象問題時(shí)，應(yīng)先把交變電流的圖象與線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)位置對(duì)應(yīng)起來，再根據(jù)特殊位置求特殊解。(4)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律En，若按余弦規(guī)律變化，則E必按正弦規(guī)律變化；按正弦規(guī)律變化，E必按余弦規(guī)律變化，即msint，Enmcost，故增大時(shí)，E必減?。蛔畲髸r(shí)，E最小，與E除系數(shù)不同外，二者具有“互余”關(guān)系。變式11(2018河南適應(yīng)性測(cè)試)(多選) 如圖所示，閉合的正方形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。為了使線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值增大為原來的2倍，下列方法可行的是()A僅把線圈改為圓形B僅把轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍C僅把磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍D僅把轉(zhuǎn)軸移到cd位置答案BC解析線圈在磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)的軸OO做勻速圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生正弦交流電，其電動(dòng)勢(shì)最大值EmnBS，將正方形線框改為圓形，其面積由SL2變?yōu)镾2，面積增大為原來的倍，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值變?yōu)樵瓉淼谋?，A錯(cuò)誤；將線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍，最大值Em變?yōu)樵瓉淼?倍，B正確；將磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，最大值Em變?yōu)樵瓉淼?倍，C正確；最大值與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，D錯(cuò)誤。變式12(2018山西太原一模)(多選)圖1中，單匝矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。改變線圈的轉(zhuǎn)速，穿過該線圈的磁通量隨時(shí)間分別按圖2中圖線甲、乙的規(guī)律變化。設(shè)線圈的電阻為1.0 ，則()A圖線甲對(duì)應(yīng)線圈在t0時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B圖線甲、乙對(duì)應(yīng)的線圈在t 2.0 s時(shí)，線圈平面均平行于磁感線C圖線甲、乙對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為54D圖線甲對(duì)應(yīng)的線圈中交變電流的峰值為2.5 A答案BC解析在t0時(shí)，甲最大，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，故A錯(cuò)誤；因?yàn)樵趖2.0 s12.5T甲10T乙時(shí)，甲乙0，所以線圈平面均平行于磁感線，故B正確；由圖2可知圖線甲、乙對(duì)應(yīng)的周期之比為45，而線圈的轉(zhuǎn)速n，所以圖線甲、乙對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為54，故C正確；圖線甲對(duì)應(yīng)的線圈中交流電壓的峰值EmBSm0.4 V5 V，電流的峰值Im5 A，故D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)2交流電有效值的計(jì)算1交流電有效值的求解(1)公式法利用E、U、I計(jì)算，只適用于正(余)弦式交變電流。(2)有效值的定義計(jì)算法(非正弦式電流)計(jì)算時(shí)要抓住“三同”：“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”，列式求解，注意時(shí)間至少取一個(gè)周期或?yàn)橹芷诘恼麛?shù)倍。2幾種典型的交變電流及其有效值名稱電流(電壓)圖象有效值正弦式交變電流IU正弦式半波交變電流IU續(xù)表名稱電流(電壓)圖象有效值正弦單向脈動(dòng)電流IU矩形脈動(dòng)電流I I1U U1非對(duì)稱性交變電流I U 例2一個(gè)匝數(shù)為100匝，電阻為0.5 的閉合線圈處于某一磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，從某時(shí)刻起穿過線圈的磁通量按圖所示規(guī)律變化。則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為()A5 A B2 A C6 A D5 A解題探究(1)如何求出感應(yīng)電流的值？提示：由En求出各段的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再由I求出各段的感應(yīng)電流。(2)如何求交變電流的有效值？提示：利用電流熱效應(yīng)來計(jì)算。嘗試解答選B。01 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1n1000.01 V1 V,11.2 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2n100 V5 V，由電流熱效應(yīng)有：t1t2I2Rt，得I2 A，故B正確?？偨Y(jié)升華(4)其他情況的有效值一般不能進(jìn)行定量計(jì)算，但有的可以與正弦式交變電流定性比較。如圖1交變電流與如圖2正弦式交變電流比較，可知其有效值小于Im。變式2(2018武漢調(diào)研)(多選)圖甲和圖乙為兩種電壓的波形，其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化，圖乙所示的電壓波形是正弦函數(shù)圖象的一部分。下列說法正確的是()A圖甲、圖乙均表示交流電B圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u20sin100t(V)C圖乙所示電壓的有效值為20 VD圖乙所示電壓的有效值為10 V答案ABD解析根據(jù)交流電的定義，圖甲、圖乙均表示交流電，A正確；圖甲所示電壓最大值為Um20 V，周期為0.02 s，則電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式uUmsint20sin100t(V)，B正確；根據(jù)有效值的定義有T，解得圖乙所示電壓的有效值為U10 V，C錯(cuò)誤，D正確。考點(diǎn)3交變電流的“四值”的比較交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值eEmsintiImsint計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值EmnBSIm討論電容器的擊穿電壓續(xù)表物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值EUI(適用于正弦式交變電流)(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電器設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的額定電流、額定電壓一般是指有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值(4)交流電壓表和電流表的讀數(shù)為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時(shí)間軸所圍的面積與時(shí)間的比值Bln計(jì)算通過電路導(dǎo)體截面的電荷量例3(2018滄州模擬)(多選)如圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)，電阻為r2 的N匝矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與右側(cè)電路連接，右側(cè)電路中滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為R0 ，滑片P位于滑動(dòng)變阻器中央，定值電阻R1R0、R2，其他電阻不計(jì)。從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，閉合開關(guān)S，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中理想交流電壓表示數(shù)是10 V，圖乙是穿過矩形線圈的磁通量隨時(shí)間t變化的圖象，下列說法正確的是()A電阻R2上的熱功率為 WB0.01 s時(shí)滑動(dòng)變阻器R兩端的電壓瞬時(shí)值為零C線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間t變化的規(guī)律是e10cos100t(V)D線圈開始轉(zhuǎn)動(dòng)到t s的過程中，通過R1的電荷量為 C解題探究(1)求R2上的熱功率用交流電的什么值？提示：有效值。(2)求電荷量用交流電的什么值？提示：平均值。嘗試解答選AD。外電路總電阻R總R0R010 ，電壓表示數(shù)為10 V，則交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)EUr12 V，最大值Em12 V，故C錯(cuò)誤。0.01 s時(shí)0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，則R兩端電壓瞬時(shí)值不為零，故B錯(cuò)誤。干路電流I1 A，則通過R2的電流I20.5 A，R2的功率PIR2 W，故A正確。的瞬時(shí)值表達(dá)式為msin100tBSsin100t，當(dāng)t s時(shí)，BS，從開始到t s磁通量的改變量BS，通過R1的電荷量qN C C，故D正確?？偨Y(jié)升華解決交變電流“四值”問題的關(guān)鍵(1)涉及到交流電表的讀數(shù)，功、功率都用有效值。(2)涉及計(jì)算通過截面電荷量用平均值。(3)涉及電容器的擊穿電壓考慮峰值。(4)涉及到電流、電壓隨時(shí)間變化規(guī)律時(shí)，即與不同時(shí)刻有關(guān)，考慮瞬時(shí)值。變式3(2018湖北黃岡中學(xué)模擬)(多選)如圖甲所示是一種振動(dòng)發(fā)電裝置的示意圖，半徑為r0.1 m、匝數(shù)n20的線圈位于輻向分布的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示)，線圈所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B T，線圈電阻為R10.5 ，它的引出線接有R29.5 的小電珠L，外力推動(dòng)線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，線圈運(yùn)動(dòng)速度v隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖丙所示(摩擦等損耗不計(jì))，則()A小電珠中電流的峰值為0.16 AB小電珠中電流的有效值為0.16 AC電壓表的示數(shù)約為1.5 VDt0.1 s時(shí)外力的大小為0.128 N答案AD解析由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈在磁場(chǎng)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小符合正弦曲線變化規(guī)律，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為EmnB2rvm，故小電珠中電流的峰值為Im A0.16 A，A正確，B錯(cuò)誤；電壓表示數(shù)為UR21.07 V，C錯(cuò)誤；當(dāng)t0.1 s也就是和時(shí)的情況一樣，外力的大小為FnB2rIm0.128 N，D正確。高考模擬 隨堂集訓(xùn)1(2018全國卷)一電阻接到方波交流電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦交變電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正。該電阻上電壓的峰值為u0，周期為T，如圖所示。則Q方Q正等于()A1 B.1 C12 D21答案D解析根據(jù)題述，正弦交變電流的電壓有效值為，而方波交流電的有效值為u0，根據(jù)焦耳定律和歐姆定律，QI2RTT，可知在一個(gè)周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量與電壓有效值的二次方成正比，Q方Q正u221，D正確。2(2017天津高考)(多選) 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過該線圈的磁通量隨時(shí)間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2 ，則()At0時(shí)，線圈平面平行于磁感線Bt1 s時(shí)，線圈中的電流改變方向Ct1.5 s時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D一個(gè)周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為82 J答案AD解析t0時(shí)，0，故線圈平面平行于磁感線，A正確；線圈每經(jīng)過一次中性面電流的方向改變一次，線圈經(jīng)過中性面時(shí)，磁通量最大，故在t0.5 s、1.5 s時(shí)線圈中的電流改變方向。在t1 s時(shí)線圈平面平行于磁感線，線圈中的電流方向不變，B錯(cuò)誤；線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，磁通量最大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，磁通量為0時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，故t1.5 s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，C錯(cuò)誤；線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmnBSnmnm1000.04 V4 V，有效值E2 V，故在一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量QT2 J82 J，D正確。3(2016全國卷) (多選)如圖，M為半圓形導(dǎo)線框，圓心為OM；N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框，圓心為ON；兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi)；兩圓弧半徑相等；過直線OMON的水平面上方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面?，F(xiàn)使線框M、N在t0時(shí)從圖示位置開始，分別繞垂直于紙面、且過OM和ON的軸，以相同的周期T逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則()A兩導(dǎo)線框中均會(huì)產(chǎn)生正弦交流電B兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于TC在t時(shí)，兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等D兩導(dǎo)線框的電阻相等時(shí)，兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等答案BC解析本題中導(dǎo)線框的半徑旋轉(zhuǎn)切割磁感線時(shí)產(chǎn)生大小不變的感應(yīng)電流，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；兩導(dǎo)線框產(chǎn)生的感應(yīng)電流的周期與線框轉(zhuǎn)動(dòng)周期相同，B項(xiàng)正確；在t時(shí)，兩導(dǎo)線框切割磁感線的導(dǎo)線長度相同，且切割速度大小相等，故產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，均為EBR2，C項(xiàng)正確；兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，故兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值不相等，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4(2018湖南瀏陽三中月考)某正弦交流電通過一阻值為20 的電阻，2 s內(nèi)產(chǎn)生的電熱為40 J，則()A此交流電的電流強(qiáng)度的有效值為1 A，最大值為 AB此交流電的電流強(qiáng)度的有效值為 A，最大值為4 AC電阻兩端的交流電電壓的有效值為20 V，最大值為40 VD電阻兩端的交流電電壓的有效值為40 V，最大值為40 V答案A解析由QI2Rt得有效值I1 A，最大值為 A，則A正確，B錯(cuò)誤；電壓最大值為20 20 V，有效值為20 V，則C、D錯(cuò)誤，故選A。5. (2018河北衡水模擬)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻r2 ，與R8 的電阻串聯(lián)接在線圈上，如圖所示，已知線圈面積為 m2，共100匝，線圈的電阻為2 ，線圈在B T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO軸以轉(zhuǎn)速n600 r/min勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在合上開關(guān)S后電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電壓表的示數(shù)為100 V，則下列說法正確的是()A電路中電流的最大值為5 AB電路中電流的最大值為10 AC電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率為1000 WD電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率為800 W答案B解析線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度：2n210 rad/s20 rad/s；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為：EmNBS10020 V200 V；有效值為：E200 V；設(shè)線圈的電阻為r，則電路中的電流為：I A10 A；故最大電流為10 A，A錯(cuò)誤，B正確；電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率為：PUII2r10010 W1022 W800 W，故C、D錯(cuò)誤；故選B。配套課時(shí)作業(yè)時(shí)間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共9小題，每小題8分，共72分。其中 17為單選，89為多選)1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()答案C解析只要閉合線圈繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，就能產(chǎn)生正弦式交流電，與軸的位置、線圈的形狀無關(guān)。除C項(xiàng)的軸與磁感線平行外，其他都能產(chǎn)生正弦式交流電。所以C項(xiàng)正確，A、B、D三項(xiàng)錯(cuò)誤。2(2018廣東惠州模擬)如圖甲所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一矩形單匝線圈，其面積為S，總電阻為r，線圈兩端外接一電阻R和一個(gè)理想交流電流表。若線圈繞對(duì)稱軸OO以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圖乙是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的圖象，下列說法正確的是()A在t1t3時(shí)間內(nèi)，穿過線圈平面的磁通量的變化量為BSB在t3t4時(shí)間內(nèi)，通過電阻R的電荷量為C在t3時(shí)刻穿過線圈平面的磁通量的變化率為2BSD在t3時(shí)刻電流表的示數(shù)為答案D解析由題圖可知，在t1和t3時(shí)刻穿過線圈平面的磁通量大小為BS，方向相反，則在t1t3時(shí)間內(nèi)穿過線圈平面的磁通量的變化量為2BS，A錯(cuò)誤；在t3t4時(shí)間內(nèi)，磁通量的變化量為BS，則平均電動(dòng)勢(shì)，因此通過電阻R的電荷量為qtt，故B錯(cuò)誤；在t3時(shí)刻電動(dòng)勢(shì)EBS，則由法拉第電磁感應(yīng)定律E可知，穿過線圈的磁通量變化率為BS，故C錯(cuò)誤；在t3時(shí)刻電流表的示數(shù)為交變電流的有效值，則有I，故D正確。3. (2018湘東五校聯(lián)考)如圖所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說法錯(cuò)誤的是()A在圖中t0時(shí)刻穿過線圈的磁通量均為最大B線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為32C圖線b所對(duì)應(yīng)的交流電的有效值為 VD圖線a所對(duì)應(yīng)的交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式u10sin5t(V)答案D解析由題圖可知，t0時(shí)刻線圈均在中性面，穿過線圈的磁通量最大，故A正確；由題圖可知TaTb23，故ab32，nanb32，故B正確；交流電最大值UmNBS，故UmaUmb32，故UmbUma V，所以圖線b所對(duì)應(yīng)的交流電電壓的有效值為 V，故C正確；由題圖可知，圖線a所對(duì)應(yīng)的交流電電壓的最大值為20 V，角速度為5 rad/s，所以瞬時(shí)值表達(dá)式為u20sin5t(V)，故D錯(cuò)誤。4勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一長方形閉合導(dǎo)線框，分別以相同的角速度繞圖a、b、c、d所示的固定轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，用Ia、Ib、Ic、Id表示四種情況下線框中電流的有效值，則()AIa>Id BIa>Ib CIb>Ic DIcId答案D解析線圈繞垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，則四種情況下線框中電流的有效值相等，即IaIbIcId，故D正確。5(2018安慶模擬)小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共有N匝，每匝可簡化為矩形線圈abcd，磁極間的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于線圈中心軸OO，線圈繞OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示。矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為E0，該發(fā)電機(jī)外接負(fù)載電阻，則()A當(dāng)線圈處于中性面位置時(shí)磁通量的變化率最大B線圈從中性面位置轉(zhuǎn)過180過程中，線圈中磁通量的變化量為零C線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中電動(dòng)勢(shì)的有效值為D線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中電動(dòng)勢(shì)的最大值為2NE0答案D解析圖示位置即中性面，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，A錯(cuò)誤；線圈從中性面位置轉(zhuǎn)過180過程中線圈中磁通量的變化量不為零，B錯(cuò)誤；因?yàn)镋0BLabLadBS，所以每匝線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為2E0，故N匝線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中電動(dòng)勢(shì)的最大值為2NE0，有效值為NE0，C錯(cuò)誤，D正確。6如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的邊界由x軸和y2sinx曲線圍成(x2 m)，現(xiàn)把一邊長為2 m的正方形單匝線框以水平速度v10 m/s勻速地拉過該磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4 T，線框電阻R0.5 ，不計(jì)一切摩擦阻力，則()A水平拉力F的最大值為8 NB拉力F的最大功率為12.8 WC拉力F要做25.6 J的功才能讓線框通過此磁場(chǎng)區(qū)D拉力F要做12.8 J的功才能讓線框通過此磁場(chǎng)區(qū)答案C解析線框勻速通過磁場(chǎng)區(qū)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流先增大后減小，形成正弦交流電，持續(xù)時(shí)間t0.4 s，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為EmBlv8 V，有效值為4 V，感應(yīng)電流最大值為16 A，有效值為8 A，則水平拉力最大值為FmBIml12.8 N，A項(xiàng)錯(cuò)誤。拉力的最大功率為PmFmv128 W，B項(xiàng)錯(cuò)誤；線框勻速通過，拉力做的功等于焦耳熱，QI2Rt25.6 J，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。7. 如圖所示，矩形線圈abcd有三分之二的部分垂直放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，垂直于ad、bc邊的軸OO恰好處在磁場(chǎng)的右邊界，矩形線圈abcd可繞軸OO以角速度按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。如果把線圈平面從圖示位置開始第一次轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)夾角為45時(shí)當(dāng)成計(jì)時(shí)起點(diǎn)，規(guī)定電流沿abcda方向?yàn)檎?。則下列四幅圖中正確反映感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的關(guān)系的是()答案C解析從題圖可看出線圈從中性面開始旋轉(zhuǎn)，由楞次定律可判斷，此時(shí)電流方向?yàn)閎到a，設(shè)ab邊長為l，ad邊長為3r，如果將線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)夾角為45時(shí)當(dāng)成計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則瞬時(shí)電流為isin，經(jīng)過四分之一周期，當(dāng)ab邊轉(zhuǎn)出磁場(chǎng)，cd邊恰好轉(zhuǎn)入磁場(chǎng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電流為isin，所以C正確。8(2019洛陽尖子生聯(lián)考)在如圖所示的含有理想變壓器的電路中，變壓器原、副線圈匝數(shù)比為201，圖中電表均為理想電表，R為光敏電阻(其阻值隨光照強(qiáng)度增大而減小)，L1和L2是兩個(gè)完全相同的燈泡，原線圈接入如圖乙所示的正弦交流電壓u，下列說法正確的是()A電壓表的示數(shù)為22 VB交流電的頻率為50 HzC若L1的燈絲燒斷，則電壓表的示數(shù)會(huì)變大D當(dāng)照射R的光強(qiáng)增大時(shí)，電流表的示數(shù)變大答案BD解析原線圈輸入電壓的有效值為U1220 V，則副線圈輸出電壓U2U1220 V11 V，即電壓表示數(shù)為11 V，A錯(cuò)誤；根據(jù)題圖乙所示的交流電壓圖象可知，交流電壓的周期為T0.02 s，頻率為f50 Hz，B正確；若燈泡L1的燈絲燒斷，變壓器輸出電流減小，但是變壓器輸出電壓不變，故電壓表的示數(shù)不變，C錯(cuò)誤；當(dāng)照射光敏電阻R的光強(qiáng)增大時(shí)，光敏電阻R的阻值減小，變壓器輸出電流增大，輸出功率增大，根據(jù)變壓器輸入功率等于輸出功率可知，變壓器輸入電流增大，電流表的示數(shù)變大，D正確。9如圖所示，N匝矩形導(dǎo)線框以角速度在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框面積為S，線框的電阻、電感均不計(jì)，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?qū)щ娦裕凑螂娮铻榱?，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)INBSB一個(gè)周期內(nèi)通過R的電荷量qCR兩端電壓的有效值UNBSD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(jì)時(shí)，產(chǎn)生正弦交流電，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值eNBSsint，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，則電阻R的電壓隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，所以有效值T，U，C項(xiàng)錯(cuò)誤。由歐姆定律得I，A項(xiàng)正確。電流表顯示的是有效值，所以不為0，D項(xiàng)錯(cuò)誤。q，B項(xiàng)正確。二、非選擇題(本題共2小題，共28分)10(14分)如圖所示，光滑平行的長金屬導(dǎo)軌固定在水平面上，相距L1 m，左端連接R2 的電阻，一質(zhì)量m0.5 kg、電阻r1 的導(dǎo)體棒MN垂直放置在兩平行金屬導(dǎo)軌上，彼此接觸良好，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)。在兩導(dǎo)軌間有這樣的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小隨x變化關(guān)系是B0.6sin(T)，x00.5 m；兩區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度大小關(guān)于直線x0.5 m對(duì)稱。(1)導(dǎo)體棒在水平向右的拉力F作用下，以速度v01 m/s 勻速穿過磁場(chǎng)區(qū)，求此過程中感應(yīng)電流的最大值Im?(2)在(1)的情況下，求棒穿過磁場(chǎng)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)0.2 A(2)0.06 J0.04 J解析(1)導(dǎo)體棒以不變的速度穿過磁場(chǎng)區(qū)，B0.6sin，xv0t，得B0.6sint由法拉第電磁感應(yīng)定律得 eBLv00.6sint V這是一正弦交流電，Em0.6 V由歐姆定律得Im0.2 A。(2)電流的有效值 I棒在磁場(chǎng)中的時(shí)間 t拉力做功等于回路中產(chǎn)生的熱量WQI2(Rr)t電阻R上產(chǎn)生的熱量 QRI2Rt代入數(shù)據(jù)解得W0.06 J，QR0.04 J。11(14分)如圖，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，邊長為L10 cm的正方形線圈abcd共N100匝，線圈電阻r1 。線圈繞垂直于磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度2 rad/s，外電路電阻R4 。(1)求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值；由圖示位置轉(zhuǎn)過60角時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值；(2)取210，求線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流產(chǎn)生的總熱量；(3)由圖示位置開始，求在線圈轉(zhuǎn)過周期的時(shí)間內(nèi)通過電阻R的電荷量。答案(1)3.14 V1.57 V(2)1 J(3)0.1 C解析(1)由題意可得，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmNBL21000.50.122 V3.14 V由圖示位置轉(zhuǎn)過60角時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eEmcos603.140.5 V1.57 V。(2)周期T1 s線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流產(chǎn)生的熱量QT聯(lián)立解得Q1 J。(3)tT時(shí)間內(nèi)通過電阻R的電荷量qtNBL20聯(lián)立解得q0.1 C。