高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題44 交變電流的產(chǎn)生及描述（練）（含解析）1

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專題44 交變電流的產(chǎn)生及描述（練） 1．（多選）如圖所示的正方形線框abcd邊長為L，每邊電阻均為r，在垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞cd軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，c、d兩點與一阻值為r的電阻相連，各表均可視為理想表，導(dǎo)線電阻不計，則下列說法中正確的是： （ ） A．線框abcd產(chǎn)生的電流為交變電流 B．當(dāng)S斷開時，電壓表的示數(shù)為零 C．當(dāng)S斷開時，電壓表的示數(shù)為 D．當(dāng)S閉合時，電流表的示數(shù)為 【答案】ACD 【名師點睛】本題考查了交流電的產(chǎn)生過程，最好能畫出等效電路圖，只有切割的邊相當(dāng)于電源，結(jié)合串并聯(lián)電路分析電壓電流的大小關(guān)系，注意交流電表示數(shù)為有效值。 2．兩個相同的電阻，分別通以如圖所示的正弦交流電和方波電流，兩種交變電流的最大值、周期如圖所示，則在一個周期內(nèi)，正弦交流電在電阻上產(chǎn)生的熱量Q1與方波電流在電阻上產(chǎn)生的熱量Q2之比等于：（） A．3:1 B．1:2 C．2:1 D．1:1 【答案】D 【名師點睛】對于交變電流，求解熱量、電功和電功率等與熱效應(yīng)有關(guān)的量，都必須用有效值。 3．交流發(fā)電機線圈電阻r＝1 Ω，用電器電阻R＝9 Ω，電壓表示數(shù)為9 V，如圖所示，那么該交流發(fā)電機： （ ） A．電動勢的峰值為10 V B．電動勢的有效值為9 V C．交流發(fā)電機線圈通過中性面時電動勢的瞬時值為 D．交流發(fā)電機線圈自中性面轉(zhuǎn)過90的過程中的平均感應(yīng)電動勢為 【答案】D 【解析】用電器電阻R=9Ω，電壓表示數(shù)為9V，則電路中的電流：所以，電路中的電動勢：E=I（R+r）=1（1+9）V=10V．電壓表的讀數(shù)是交流電的有效值，所以10V是電路中電動勢的有效值，其最大值：，故A、B錯誤；由交流電的產(chǎn)生與變化的規(guī)律可知，交流發(fā)電機線圈通過中性面時電動勢的瞬時值最小為零，故C錯誤；線圈自中性面轉(zhuǎn)過90的過程中的平均感應(yīng)電動勢為：，故D正確。 【名師點睛】本題考查交變電流最大值、有效值的理解和應(yīng)用的能力，對于交流電表的測量值、計算交流電功率、電功等都用到有效值，求電量時，I需要用平均值。 4．（多選）一矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流電動勢如圖所示，下面說法正確的是：（ ） A．交流電動勢的最大值為20 V B．交流電動勢的有效值為10V C．交流電動勢的頻率為50 Hz D．交流電動勢的周期為0．04s 【答案】ABD 【名師點睛】矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦交變電流．磁通量為零，感應(yīng)電動勢最大；磁通量最大時，感應(yīng)電動勢為零，線圈恰好通過中性面．經(jīng)過中性一次，電流方向改變一次．根據(jù)法拉第定律，感應(yīng)電動勢與磁通量變化率成正比． 5．某臺交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)可以簡化為，多匝線框在勻強磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生正弦式交流電。當(dāng)線框勻速轉(zhuǎn)動時，電動勢瞬時值表達式，其他條件不變，現(xiàn)只將線框轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍，發(fā)電機輸出端接入如圖所示電路。已知發(fā)電機內(nèi)阻r=1Ω，，，求： （1）理想交流電壓的示數(shù)； （2）通過電阻的電流的最大值； （3）電阻在1分鐘內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱。 【答案】（1）18V（2）（3）600J 【解析】（1）根據(jù)可得其他條件不變，現(xiàn)只將線框轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍后， 線圈相當(dāng)于電源，電源的電動勢為，內(nèi)阻r=1Ω， 電壓表測量的是路端電壓，所以根據(jù)閉合回路歐姆定律可得 【名師點睛】本題的突破口是根據(jù)公式判斷變化后交流電的最大值，然后根據(jù)閉合回路歐姆定律分析解題。 1．（多選）如圖所示，有矩形線圈，面積為S，匝數(shù)為N，整個線圈內(nèi)阻為，在勻強磁場B 中繞軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，外電路電阻為R．當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過的過程中，下列說法正確的是：（ ） A．磁通量的變化量為 B．平均感應(yīng)電動勢為 C．電阻R所產(chǎn)生的熱量為 D．通過電阻R的電荷量為 【答案】BD 【解析】圖示位置磁通量為，轉(zhuǎn)過時磁通量為，則磁通量的變化量，故A錯誤；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得，平均感應(yīng)電動勢為，故B正確；感應(yīng)電動勢的最大值為，有效值為，電流的有效值為，電阻R產(chǎn)生的熱量，時間，聯(lián)立解得，故C錯誤；通過電阻R的電量，故D正確。 【名師點睛】對于交變電流，求解熱量、電功和電功率時要用有效值，而求解電荷量時要用平均值．要注意磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)。 2．電阻為1 Ω的單匝矩形線圈繞垂直于磁場方向的軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖象如圖所示，現(xiàn)把此交變電動勢加在電阻為9 Ω的電熱絲上，下列判斷正確的是： （ ） A．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為100 rad/s B．在0～0．005 s時間內(nèi)，通過電阻的電荷量為 C C．電熱絲兩端的電壓為180 V D．電熱絲的發(fā)熱功率為3600 W 【答案】B 【名師點睛】矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢最大值為，由圖讀出電動勢的最大值．讀出周期，求出有效值，根據(jù)功率的公式求出電熱絲的發(fā)熱功率。 3．如圖甲所示，豎直放置的長直導(dǎo)線MN通有圖示方向的恒定電流I，有一閉合矩形金屬框abcd與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，在金屬框內(nèi)部通有如圖乙所示的變化磁場（規(guī)定垂直于紙面向里為磁場的正方向），下列說法正確的是： （ ） A．O~t1時間內(nèi)，MN與ab相斥 B．t2~t3時間內(nèi)，MN與ab相吸 C．t1時刻MN與ab作用力最小 D．t2時刻MN與ab作用力最小 【答案】C 【名師點睛】考查右手螺旋定則、楞次定則、左手定則，及法拉第電磁感應(yīng)定律，得出電流方向同向的相互吸引，電流方向反向的相互排斥．且磁場與時間的圖象斜率表示磁場的變化。 4．如圖表示兩種電壓的波形，其中圖甲表示電壓按正弦規(guī)律變化，下列說法正確的是： （ ） A．圖甲表示交流電，圖乙表示直流電 B．兩種電壓的有效值都是311 V C．圖甲所示電壓的瞬時值表達式為u=220sin 100πt V D．以上說法都不對 【答案】D 【解析】A、由于兩圖中表示的電流方向都隨時間變化，因此都為交流電，故A錯誤； B、兩種電壓的最大值都是311V，圖甲表示正弦交流電，有效值U==220V，故B錯誤； C、從圖1可知，Em=311V，ω==100πrad/s，所以圖1電壓的瞬時值表達式為u=311sin100πtV，故C錯誤，D正確． 【名師點睛】解本題時應(yīng)該掌握：交流電和直流電的定義，直流電是指電流方向不發(fā)生變化的電流； 理解并會求交流電的有效值，U=只適用于正余弦交流電；根據(jù)圖象書寫交流電的表達式． 5．如圖所示，一個小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機，其矩形線圈的長度為a，寬度為b，共有n匝，總電阻為r，與線圈兩端相接觸的集流環(huán)上接有一個阻值為R的定值電阻，線圈以角速度ω在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞與磁場方向垂直的對稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，沿轉(zhuǎn)軸OO′方向看去，線圈轉(zhuǎn)動沿逆時針方向，t＝0時刻線圈平面如圖所示。 （1）寫出線圈轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式； （2）求線圈從t＝0位置開始到轉(zhuǎn)過60時的瞬時電流； （3）求線圈從t＝0位置開始到轉(zhuǎn)過90的過程中的流過電阻R的電量； （4）求圖中電壓表的讀數(shù)。 【答案】（1）e＝nBabωcosωt（2）（3） （4） 【解析】 （3） （4）感應(yīng)電動勢的有效值 圖中電壓表的讀數(shù) 【名師點睛】本題考查了有關(guān)交流電描述的基礎(chǔ)知識，要能根據(jù)題意寫出瞬時值的表達式，知道有效值跟峰值的關(guān)系，難度不大，屬于基礎(chǔ)題．線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生正弦式交變電流．而對于電表讀數(shù)由交變電的有效值來確定。 1．【2015四川4】小型手搖發(fā)電機線圈共N匝，每匝可簡化為矩形線圈abcd，磁極間的磁場視為勻強磁場，方向垂直于線圈中心軸OO′，線圈繞OO′勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示。矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值都為e0，不計線圈電阻，則發(fā)電機輸出電壓： （ ） A．峰值是e0 B．峰值是2e0 C．有效值是 D．有效值是 【答案】D 【名師點睛】熟知并理解教材中正弦式交變電流的產(chǎn)生原理，能自己熟練推導(dǎo)該交變電流的瞬時值表達式。 【方法技巧】（1）高三復(fù)習(xí)要能不忘回歸教材，千萬不能“舍本求源”，一味做、復(fù)習(xí)課本以外的內(nèi)容。 （2）根據(jù)題圖分析對ab邊、cd邊而言，它們產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向雖然相反，但對單匝線圈，ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相同，又因為有N匝線圈，因此總感應(yīng)電動勢峰值應(yīng)累加，另外要能熟記有效值的計算方法。 【規(guī)律總結(jié)】對正弦式交變電流，峰值為其有效值的倍，另在進行四值運算時，要注意量與量之間、四值之間的對應(yīng)。 2．（多選）【2014天津7】如圖1所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢圖象如圖2中曲線a、b所示，則： （ ） A．兩次t=0是時刻線圈平面均與中性面重合 B．曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2：3 C．曲線a表示的交變電動勢頻率為25Hz D．曲線b表示的交變電動勢有效值為10V 【答案】AC 【方法技巧】由電動勢隨時間變化的圖像可知線圈在不同時刻的位置，以及轉(zhuǎn)動的周期，結(jié)合有效值與最大值的關(guān)系。