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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)29 交變電流的產(chǎn)生及描述（含解析） 一、單項(xiàng)選擇題 1．一交流電壓為u＝100sin100πt V，由此表達(dá)式可知(　　) A．用電壓表測(cè)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(shí)際功率小于100 W D．t＝1/400 s時(shí)，該交流電壓的瞬時(shí)值為50 V 解析：電壓有效值為100 V，故用電壓表測(cè)該電壓其示數(shù)為100 V，A項(xiàng)錯(cuò)誤；ω＝100π rad/s，則周期T＝＝0.02 s，B項(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)；t＝1/400 s代入瞬時(shí)值表達(dá)式得電壓的瞬時(shí)值為100 V，D項(xiàng)錯(cuò)． 答案：B 2. 如圖，實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)手搖交流發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的電阻．閉合開(kāi)關(guān)S，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e＝10sin10πt V，則(　　) A．該交變電流的頻率為10 Hz B．該電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)的表達(dá)式e＝10sin10πt V＝Emsinωt可知，該交變電流的頻率為f＝＝Hz＝5 Hz，A錯(cuò)誤．該交變電流電動(dòng)勢(shì)的有效值E＝V＝V＝10 V，B錯(cuò)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(cuò)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(jī)的原理圖，其矩形線圈在磁感應(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′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)刻，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝BSω B．交流電壓表的示數(shù)為 C．線圈從t＝0時(shí)刻開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，通過(guò)電阻的電荷量為 D．線圈從t＝0時(shí)刻開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，電阻產(chǎn)生的熱量為 解析：交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBSω，A錯(cuò)誤；因?yàn)榻涣麟妷罕硎菧y(cè)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(shí)刻開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，通過(guò)電阻的電荷量是按平均值求解，即利用q＝＝，C錯(cuò)誤；線圈從t＝0時(shí)刻開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，電阻產(chǎn)生的熱量按有效值計(jì)算，即Q＝2R＝，D錯(cuò)誤． 答案：B 4. 如圖所示，閉合金屬線框曲線部分恰好是半個(gè)周期的正弦曲線，直線部分長(zhǎng)度為0.4 m，線框的電阻為1 Ω，若線框從虛線位置開(kāi)始以2 m/s的速度勻速進(jìn)入足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(線框直線部分始終與磁場(chǎng)右邊界垂直)，這個(gè)過(guò)程中線框釋放出的焦耳熱為0.4 J，線框中電流隨時(shí)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(jìn)入磁場(chǎng)為半個(gè)周期，故T＝2＝0.4 s，ω＝＝5 π rad/s，所以正弦式交流電的表達(dá)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(kāi)關(guān)S后，通過(guò)電阻R2的正弦式交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖乙所示，則(　　) A．通過(guò)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(guò)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(guò)R2的電流的最大值，為0.6 A，由I＝，可知通過(guò)R2的電流有效值為0.6 A，由于R1與R2串聯(lián)，所以通過(guò)R1的電流的有效值為0.6 A，A、C錯(cuò)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(cuò)誤． 答案：B 二、多項(xiàng)選擇題 6. 如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形線圈的周期為T(mén)，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場(chǎng)方向，線圈電阻為2 Ω.從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)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(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e＝4cos t D．任意時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為Φ＝sin t 解析：從線圈平面平行于磁感線開(kāi)始計(jì)時(shí)，交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)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(cuò)誤；e＝4cos ωt＝4cos t，C正確；由Em＝BSω＝Φm得Φm＝，故任意時(shí)刻Φ＝sin t，D錯(cuò)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(shí)間的變化關(guān)系．若使這兩種電流分別通過(guò)兩個(gè)完全相同的電阻，經(jīng)過(guò)1 min的時(shí)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(cuò)誤；由W＝I2Rt得W1W2＝II＝13，C正確，D錯(cuò)誤． 答案：AC 8. 如圖所示，交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈邊長(zhǎng)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(qiáng)度B＝0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸以ω＝100π rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外接電阻R＝9 Ω，以圖示時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，則(　　) A．電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為160πsin100πt V B．t＝0時(shí)線圈中磁通量變化率最大 C．t＝ s時(shí)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 D．交變電流的有效值是8π A 解析：圖示時(shí)刻線圈平面垂直于中性面，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e＝NBSωcos ωt＝1000.2(0.40.2)100πcos100πt V＝160πcos100πt V，A錯(cuò)誤；圖示時(shí)刻即t＝0時(shí)，Φ＝0，但最大，B正確；t＝ s時(shí)，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(tái)小型發(fā)電機(jī)的示意圖，單匝線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示．已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1.0 Ω，外接燈泡的電阻為9.0 Ω. (1)寫(xiě)出流經(jīng)燈泡的瞬時(shí)電流的表達(dá)式； (2)求轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線圈的最大磁通量； (3)線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)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(dòng)勢(shì)的最大值： Em＝BSω 由圖乙可知電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝6 V 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度：ω＝100π rad/s 轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)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(dòng)勢(shì)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(dòng)一周的過(guò)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(chǎng)．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(qiáng)度隨時(shí)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(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝nB0Scost，其中B0為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T為磁場(chǎng)變化的周期，不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變化．求： (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的0～時(shí)間內(nèi)，通過(guò)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(zhǎng)、寬分別為L(zhǎng)1、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(dòng)．線框的兩個(gè)末端分別與兩個(gè)彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起，并通過(guò)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(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)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(shí)間內(nèi)，線框保持靜止，且線框平面和磁場(chǎng)垂直；t1時(shí)刻后 線框在外力的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．求： (1)0～t1時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R的電流大小； (2)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后，在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中電流通過(guò)電阻R產(chǎn)生的熱量； (3)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后，從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，通過(guò)電阻R的電荷量． 解析：(1)0～t1時(shí)間內(nèi)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E＝n＝ 根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，通過(guò)電阻R的電流 I＝＝ (2)線框產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nB1L1L2ω 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值E＝nB1L1L2ω 通過(guò)電阻R的電流的有效值I＝ 線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需的時(shí)間t＝ 此過(guò)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(guò)90的過(guò)程中， 平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)＝n＝ 平均感應(yīng)電流＝ 通過(guò)電阻R的電荷量q＝Δt＝ 答案：(1)　(2)πRω2 (3)