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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時作業(yè)29 交變電流的產(chǎn)生及描述（含解析） 一、單項選擇題 1．一交流電壓為u＝100sin100πt V，由此表達式可知(　　) A．用電壓表測該電壓其示數(shù)為50 V B．該交流電壓的周期為0.02 s C．將該電壓加在“100 V　100 W”的燈泡兩端，燈泡的實際功率小于100 W D．t＝1/400 s時，該交流電壓的瞬時值為50 V 解析：電壓有效值為100 V，故用電壓表測該電壓其示數(shù)為100 V，A項錯誤；ω＝100π rad/s，則周期T＝＝0.02 s，B項正確；該電壓加在“100 V　100 W”的燈泡兩端，燈泡恰好正常工作，C項錯；t＝1/400 s代入瞬時值表達式得電壓的瞬時值為100 V，D項錯． 答案：B 2. 如圖，實驗室一臺手搖交流發(fā)電機，內(nèi)阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的電阻．閉合開關(guān)S，當發(fā)電機轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的電動勢e＝10sin10πt V，則(　　) A．該交變電流的頻率為10 Hz B．該電動勢的有效值為10 V C．外接電阻R所消耗的電功率為10 W D．電路中理想交流電流表?的示數(shù)為1.0 A 解析：由交變電流電動勢的表達式e＝10sin10πt V＝Emsinωt可知，該交變電流的頻率為f＝＝Hz＝5 Hz，A錯誤．該交變電流電動勢的有效值E＝V＝V＝10 V，B錯誤．電流的有效值I＝＝A＝1.0 A，外接電阻R所消耗的電功率PR＝I2R＝1.029.0 W＝9 W，故C錯誤，D正確． 答案：D 3. 如圖所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，線圈的面積為S、匝數(shù)為n、線圈總電阻為r，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻R連接，與電阻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，則下列說法正確的是(　　) A．交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢的最大值Em＝BSω B．交流電壓表的示數(shù)為 C．線圈從t＝0時刻開始轉(zhuǎn)過90的過程中，通過電阻的電荷量為 D．線圈從t＝0時刻開始轉(zhuǎn)過90的過程中，電阻產(chǎn)生的熱量為 解析：交流發(fā)電機產(chǎn)生電動勢的最大值Em＝nBSω，A錯誤；因為交流電壓表是測量電阻R兩端的電壓有效值，所以交流電壓表的示數(shù)為，B正確；線圈從t＝0時刻開始轉(zhuǎn)過90的過程中，通過電阻的電荷量是按平均值求解，即利用q＝＝，C錯誤；線圈從t＝0時刻開始轉(zhuǎn)過90的過程中，電阻產(chǎn)生的熱量按有效值計算，即Q＝2R＝，D錯誤． 答案：B 4. 如圖所示，閉合金屬線框曲線部分恰好是半個周期的正弦曲線，直線部分長度為0.4 m，線框的電阻為1 Ω，若線框從虛線位置開始以2 m/s的速度勻速進入足夠大的勻強磁場(線框直線部分始終與磁場右邊界垂直)，這個過程中線框釋放出的焦耳熱為0.4 J，線框中電流隨時間變化的關(guān)系式為(　　) A．i＝2sin10πt A B．i＝sin10πt A C．i＝2sin5πt A D．i＝sin5πt A 解析：設(shè)該正弦式交流電的電流有效值為I，由題意可得Q＝I2Rt，其中t＝＝0.2 s，解得I＝ A，所以該正弦式交流電的最大值為Im＝I＝2 A，金屬線框從圖示的位置到完全進入磁場為半個周期，故T＝2＝0.4 s，ω＝＝5 π rad/s，所以正弦式交流電的表達式為i＝2sin5πt(A)，C正確． 答案：C 5．電阻R1、R2與交流電源按照如圖甲所示方式連接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω.合上開關(guān)S后，通過電阻R2的正弦式交變電流i隨時間t變化的情況如圖乙所示，則(　　) A．通過R1的電流有效值是 A B．R1兩端的電壓有效值是6 V C．通過R2的電流的最大值是 A D．R2兩端的電壓最大值是6 V 解析：由圖可知通過R2的電流的最大值，為0.6 A，由I＝，可知通過R2的電流有效值為0.6 A，由于R1與R2串聯(lián)，所以通過R1的電流的有效值為0.6 A，A、C錯誤；R1兩端電壓的有效值為U1＝IR1＝6 V，B正確；R2兩端電壓的最大值為Um2＝ImR2＝0.620 V＝12 V，D錯誤． 答案：B 二、多項選擇題 6. 如圖所示，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的矩形線圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場方向，線圈電阻為2 Ω.從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈轉(zhuǎn)過60時的感應(yīng)電流為1 A．那么(　　) A．線圈消耗的電功率為4 W B．線圈中感應(yīng)電流的有效值為2 A C．任意時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為e＝4cos t D．任意時刻穿過線圈的磁通量為Φ＝sin t 解析：從線圈平面平行于磁感線開始計時，交變電流的感應(yīng)電動勢的表達式為e＝Emcos ωt，則感應(yīng)電流i＝＝cos ωt，由題給條件有1 A＝ A，解得Em＝4 V，則Im＝2 A，I＝＝ A，線圈消耗的電功率P＝I2R＝4 W，A正確，B錯誤；e＝4cos ωt＝4cos t，C正確；由Em＝BSω＝Φm得Φm＝，故任意時刻Φ＝sin t，D錯誤． 答案：AC 7．如圖所示，圖甲和圖乙分別表示正弦脈沖波和方波式的交變電流與時間的變化關(guān)系．若使這兩種電流分別通過兩個完全相同的電阻，經(jīng)過1 min的時間，則(　　) A．圖甲所示交變電流的有效值為 A B．圖乙所示交變電流的有效值為 A C．兩電阻消耗的電功之比為13 D．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2R210－2＋0＋2R210－2＝IR610－2，解得I1＝ A，而I2＝1 A，A正確，B錯誤；由W＝I2Rt得W1W2＝II＝13，C正確，D錯誤． 答案：AC 8. 如圖所示，交流發(fā)電機的矩形線圈邊長ab＝cd＝0.4 m，ad＝bc＝0.2 m，線圈匝數(shù)N＝100，電阻r＝1 Ω，線圈在磁感應(yīng)強度B＝0.2 T的勻強磁場中繞垂直于磁場的軸以ω＝100π rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，外接電阻R＝9 Ω，以圖示時刻開始計時，則(　　) A．電動勢瞬時值為160πsin100πt V B．t＝0時線圈中磁通量變化率最大 C．t＝ s時線圈中感應(yīng)電動勢最大 D．交變電流的有效值是8π A 解析：圖示時刻線圈平面垂直于中性面，電動勢的瞬時值e＝NBSωcos ωt＝1000.2(0.40.2)100πcos100πt V＝160πcos100πt V，A錯誤；圖示時刻即t＝0時，Φ＝0，但最大，B正確；t＝ s時，e＝Em，C正確；交變電流的有效值是＝8π，A，D正確． 答案：BCD 三、非選擇題 9．如圖甲所示，為一臺小型發(fā)電機的示意圖，單匝線圈逆時針轉(zhuǎn)動．若從中性面開始計時，產(chǎn)生的電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示．已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為1.0 Ω，外接燈泡的電阻為9.0 Ω. (1)寫出流經(jīng)燈泡的瞬時電流的表達式； (2)求轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的最大磁通量； (3)線圈勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中，求外力所做的功． 解析：(1)由圖乙得e＝Emsinωt＝6sin100πt V 則電流i＝e/(R＋r)＝sin100πt A. (2)線圈產(chǎn)生的交變電動勢的最大值： Em＝BSω 由圖乙可知電動勢的最大值Em＝6 V 線圈轉(zhuǎn)動的角速度：ω＝100π rad/s 轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的最大磁通量Φ＝BS＝Em/ω＝2.710－2 Wb. (3)線圈產(chǎn)生的交變電動勢的有效值E＝Em/＝6 V 線圈產(chǎn)生的電功率：P＝EI＝ 線圈勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中產(chǎn)生的電能 E電＝PT＝T 根據(jù)功能關(guān)系，外力所做的功W＝E電＝T＝7.210－2 J. 答案：(1)i＝sin100πt A　(2)2.710－2 Wb (3)7.210－2 J 10．如圖所示，一固定的矩形導(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．已知線圈的匝數(shù)n＝100匝，總電阻r＝1.0 Ω，所圍成矩形的面積S＝0.040 m2，小燈泡的電阻R＝9.0 Ω，磁感應(yīng)強度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達式為e＝nB0Scost，其中B0為磁感應(yīng)強度的最大值，T為磁場變化的周期，不計燈絲電阻隨溫度的變化．求： (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感應(yīng)強度變化的0～時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量． 解析：(1)由e＝nB0Scost可知 最大值Em＝nB0S＝8 V (2)電路中電流的最大值Im＝＝ A I＝＝ A P燈＝I2R＝2.88 W (3)＝nS① q＝Δt② ＝③ 由①②③得：q＝n＝410－3 C 答案：(1)8 V　(2)2.88 W　(3)410－3 C 11．如圖甲所示，長、寬分別為L1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi)，其匝數(shù)為n，總電阻為r，可繞其豎直中心軸O1O2轉(zhuǎn)動．線框的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起，并通過電刷和定值電阻R相連．線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場，磁感應(yīng)強度B的大小隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示，其中B0、B1和t1均為已知．在0～t1的時間內(nèi)，線框保持靜止，且線框平面和磁場垂直；t1時刻后 線框在外力的驅(qū)動下開始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動．求： (1)0～t1時間內(nèi)通過電阻R的電流大?。? (2)線框勻速轉(zhuǎn)動后，在轉(zhuǎn)動一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量； (3)線框勻速轉(zhuǎn)動后，從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90的過程中，通過電阻R的電荷量． 解析：(1)0～t1時間內(nèi)，線框中的感應(yīng)電動勢 E＝n＝ 根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，通過電阻R的電流 I＝＝ (2)線框產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值Em＝nB1L1L2ω 感應(yīng)電動勢的有效值E＝nB1L1L2ω 通過電阻R的電流的有效值I＝ 線框轉(zhuǎn)動一周所需的時間t＝ 此過程中，電阻R產(chǎn)生的熱量 Q＝I2Rt＝πRω2 (3)線框從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90的過程中， 平均感應(yīng)電動勢＝n＝ 平均感應(yīng)電流＝ 通過電阻R的電荷量q＝Δt＝ 答案：(1)　(2)πRω2 (3)