2016届高三物理一轮复习课时跟踪检测(34)交变电流的产生及描述

-1-课时跟踪检测(三十四)交变电流的产生及描述对点训练：交变电流的产生及变化规律1．(2015·北京丰台期末)在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则()图1A．t＝0.005s时线圈平面与磁场方向平行B．t＝0.010s时线圈的磁通量变化率最大C．线圈产生的交变电动势频率为100HzD．线圈产生的交变电动势有效值为311V2．(2015·济宁模拟)电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器。如图2甲所示为电吉他的拾音器的原理图，在金属弦的下方放置有一个连接到放大器的螺线管。一条形磁铁固定在管内，当拨动金属弦后，螺线管内就会产生感应电流，经一系列转化后可将电信号转为声音信号。若由于金属弦的振动，螺线管内的磁通量Φ随时间t的变化如图乙所示，则螺线管内感应电流i随时间t变化图像为()图2图33．(多选)(2015·吉林模拟)如图4所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿顺时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为L1，ad边的边长为L2，线圈电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时()-2-图4A．线圈中感应电流的方向为abcdaB．线圈中的感应电动势为2nBL2ωC．穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大D．线圈ad边所受安培力的大小为n2B2L1L2ωR，方向垂直纸面向里对点训练：有效值的理解与计算4．(多选)(2015·北京东城期末)北京市东城区民用电网改造完成后，某居民小区变压器输出端的交变电压瞬时值表达式为u＝2202sin100πt(V)，对此交变电压，下列表述正确的是()A．最大值是220VB．频率是50HzC．有效值是220VD．周期是0.01s5.(多选)如图5所示，某玩具电磁驱动发电机可简化为在匀强磁场中的一匝闭合金属线圈，线圈平面与磁感应强度方向垂直，磁场的磁感应强度大小为B，线圈面积为S，电阻为R。当线圈以右边为轴，以恒定的角速度ω匀速转动时，下列叙述中正确的是()图5A．产生的感应电流的有效值为2BSω2RB．转过30°时，线圈中的电流方向为逆时针C．转过90°的过程中，通过线圈导线某一横截面的电荷量为BSRD．线圈转动一周产生的热量为2πωB2S2R6．(多选)(2013·山东高考)图6甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，○A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正-3-确的是()图6A．电流表的示数为10AB．线圈转动的角速度为50πrad/sC．0.01s时线圈平面与磁场方向平行D．0.02s时电阻R中电流的方向自右向左7．(2015·唐山模拟)一个U形金属线框在匀强磁场中绕OO′轴以相同的角速度匀速转动，通过导线给同一电阻R供电，如图7甲、乙所示。其中甲图中OO′轴右侧有磁场，乙图中整个空间均有磁场，两磁场感应强度相同。则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为()图7A．1∶2B．1∶2C．1∶4D．1∶1对点训练：交变电流的“四值”8.(2015·宝鸡质检)如图8所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线b所示。以下关于这两个正弦交流电的说法中正确的是()图8A．线圈先后两次转速之比为1∶2B．交流电a的电压瞬时值u＝10sin0.4πt(V)C．交流电b的电压最大值为203VD．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量为零9．(2013·福建高考)如图9，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1.0Ω，外接R＝9.0Ω的电阻。闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝102sin10πt(V)，则()-4-图9A．该交变电流的频率为10HzB．该电动势的有效值为102VC．外接电阻R所消耗的电功率为10WD．电路中理想交流电流表○A的示数为1.0A10.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图10所示。此线圈与一个R＝10Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是()图10A．交变电流的周期为0.125sB．交变电流的频率为8HzC．交变电流的有效值为2AD．交变电流的最大值为4A考点综合训练11．(2012·江苏高考)某兴趣小组设计了一种发电装置，如图11所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为49π，磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。求：(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；(3)外接电阻上电流的有效值I。图11-5-12．(2015·北京海淀联考)如图12甲所示，长、宽分别为L1、L2的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n，总电阻为r，可绕其竖直中心轴O1O2转动。线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起，并通过电刷和定值电阻R相连。线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场，磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示，其中B0、B1和t1均为已知。在0～t1的时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度ω匀速转动。求：(1)0～t1时间内通过电阻R的电流大小；(2)线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量；(3)线框匀速转动后，从图甲所示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量。图12-6-课时跟踪检测(三十四)交变电流的产生及描述答案1．选At＝0.005s时线圈平面与磁场方向平行，感应电动势最大，选项A正确；t＝0.010s时线圈的磁通量最大，变化率最小，选项B错误；线圈产生的交变电动势周期为0.02s，频率为50Hz，选项C错误；线圈产生的交变电动势最大值为311V，选项D错误。2．选B由法拉第电磁感应定律，则螺线管内感应电流i随时间t变化图像为B。3．选AC当线圈转至图示位置时由楞次定律可判断出线圈中感应电流的方向为abcda，线圈中的感应电动势为nBL1L2ω，穿过线圈磁通量随时间的变化率最大，选项A、C正确，选项B错误；线圈ad边所受安培力的大小为n2B2L1L22ωR，方向垂直纸面向里，选项D错误。4．选BC此交变电压最大值是2202V，有效值是220V，频率是50Hz，周期是0.02s，选项B、C正确A、D错误。5．选AC线圈中产生的感应电动势最大值为Em＝BSω，电动势有效值为E＝22Em＝22BSω，则电流的有效值为I＝ER＝2BSω2R，选项A正确；据楞次定律可知转过30°时，线圈中感应电流方向为顺时针，选项B错误；由E＝ΔΦΔt，I＝ER，q＝IΔt，得到电荷量q＝ΔΦR＝BSR，故选项C正确；线圈转一周的过程中，产生的热量为Q＝I2Rt＝πωB2S2R，选项D错误。6．选AC根据i­t图像可知，交流电的最大值为102A，所以电流表的示数(有效值)为10A，A正确。交流电的周期T＝0.02s，线圈转动的角速度ω＝2πT＝100πrad/s，B错误。0.01s时，感应电流达到峰值，线圈平面与磁场方向平行，C正确。0.02s时，线圈又回到题图所示位置，根据右手定则可以判断，电阻R中电流的方向自左向右，D错误。7．选A题图甲中的磁场只在OO′轴的右侧，所以线框只在半周期内有感应电流产生，如图甲，电流表测得是有效值，所以I＝12BSωR。题图乙中的磁场布满整个空间，线框中产生的感应电流如图乙，所以I′＝22BSωR，则I∶I′＝1∶2，即A正确。8．选C产生的正弦交流电的周期之比为2∶3，线圈先后两次转速之比为3∶2，选项A错误；交流电a的周期为0.4s，交流电a的电压瞬时值u＝10sin5πt(V)，选项B错误；由最大值nBSω可知，二者最大值之比为3∶2，交流电b的电压最大值为203V，选项C正确；-7-在图中t＝0时刻感应电动势为零，穿过线圈的磁通量最大，选项D错误。9．选D由交流电的表达式可知ω＝10πrad/s，Em＝102V，得f＝ω2π＝5Hz，E＝10V，A、B错误。I＝ER＋r＝1A，D正确。PR＝I2R＝9W，C错误。10．选C由图像可知交变电流的周期T＝0.250s，频率f＝1T＝4Hz，故选项A、B错误；交变电流的有效值I＝Um2R＝202×10A＝2A，故选项C正确；交变电流的最大值Im＝UmR＝2010A＝2A，故选项D错误。11．解析：(1)bc、ad边的运动速度v＝ωl2，感应电动势Em＝4NBlv解得Em＝2NBl2ω。(2)电流Im＝Emr＋R，安培力F＝2NBIml解得F＝4N2B2l3ωr＋R。(3)一个周期内，通电时间t＝49TR上消耗的电能W＝I2mRt且W＝I2RT解得I＝4NBl2ω3r＋R。答案：(1)2NBl2ω(2)4N2B2l3ωr＋R(3)4NBl2ω3r＋R12．解析：(1)0～t1时间内，线框中的感应电动势E＝nΔΦΔt＝nL1L2B1－B0t1根据闭合电路欧姆定律可知，通过电阻R的电流I＝ER＋r＝nL1L2B1－B0R＋rt1。(2)线框产生感应电动势的最大值Em＝nB1L1L2ω感应电动势的有效值E＝22nB1L1L2ω通过电阻R的电流的有效值I＝2nB1L1L2ω2R＋r线框转动一周所需的时间t＝2πω此过程中，电阻R产生的热量-8-Q＝I2Rt＝πRωnB1L1L2R＋r2。(3)线框从图甲所示位置转过90°的过程中，平均感应电动势E＝nΔΦΔt＝nB1L1L2Δt平均感应电流I＝ER＋r＝nB1L1L2ΔtR＋r通过电阻R的电荷量q＝IΔt＝nB1L1L2R＋r。答案：(1)nL1L2B1－B0R＋rt1(2)πRωnB1L1L2R＋r2(3)nB1L1L2R＋r