2020版高考物理一轮复习 第十一章 课时作业37 交变电流的产生和描述课件 新人教版

课时作业37交变电流的产生和描述时间：45分钟1．将闭合多匝线圈置于如图所示的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，线圈可绕MN轴自由转动，则下列表述中正确的是()CA．当磁感应强度均匀增加时，线圈不动，线圈中感应电动势的大小与线圈的匝数无关B．当磁感应强度均匀增加时，线圈不动，线圈中感应电流为顺时针方向C．线圈以MN为轴匀速转动时，可以产生正弦式交流电D．当磁感应强度恒定时，线圈匝数越大，穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大解析：根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势E＝nΔΦΔt＝nΔBSΔt，感应电动势与线圈的匝数有关，故A错误；根据楞次定律可知，线圈中产生的感应电流的方向为逆时针方向，故B错误；当线圈以MN为轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生周期性变化，故可以产生正弦式交流电，故C正确；根据E＝nΔΦΔt可知，当磁感应强度恒定时，穿过线圈的磁通量的变化率为零，感应电动势为零，故D错误．2．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示，则下列说法中正确的是()CA．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直B．t＝0.02s时刻，线圈磁通量的变化率达最大C．t＝0.01s时刻，瞬时电流达到最大D．该线圈相应的交流电动势图象如图乙所示解析：由甲图知t＝0时刻磁通量最大，线圈平面应在中性面，A错误；t＝0.02s时刻，磁通量最大，磁通量的变化率为零，B错误；t＝0.01s时刻，磁通量为零，磁通量的变化率最大，交流电动势最大，瞬时电流最大，故C正确；由甲图知交流电动势的图象应为正弦图象，D错误．3．(多选)如图甲所示，标有“220V40W”的电灯和标有“20μF300V”的电容器并联接到交流电源上，V为交流电压表．交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关．下列判断正确的是()A．t＝T2时刻，V的示数为零B．电灯恰正常发光C．电容器有可能被击穿D．交流电压表V的示数保持1102V不变BC解析：交流电压表V的示数应是电压的有效值220V，故A、D错误；电压的有效值恰等于电灯的额定电压，电灯正常发光，B正确；电压的峰值2202V≈311V，大于电容器的耐压值，故有可能被击穿，C正确．4．如图所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可视为零，反向电阻可视为无穷大)，在A、B间加一正弦交流电u＝202sin100πt(V)，则加在R2上的电压有效值为()A．10VB．20VC．15VD．510VD解析：由二极管的单向导电性可知，加在R2上的电压波形的半个周期最大值为202V，半个周期最大值为102V．由有效值的定义可得加在R2上的电压有效值为510V，选项D正确．5．如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界)．则线框内产生的感应电流的有效值为()A.BL2ω2RB.2BL2ω2RC.2BL2ω4RD.BL2ω4RD解析：扇形闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径L，平均速度v＝Lω2，导线框进磁场和出磁场时有感应电流产生，由法拉第电磁感应定律和有效值的定义有：E＝BL2ω2，E2R×T4＝I2RT，可得I＝BL2ω4R，故D正确，A、B、C错误．6．(多选)图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，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象如图乙所示．以下判断正确的是()DACA．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解析：由题图乙知Im＝102A，I＝Im2＝10A，A正确．T＝2×10－2s，ω＝2πT＝100πrad/s，B错误．t＝0.01s时，i＝Im，此时线圈平面与磁场方向平行，C正确．由右手定则判定0.02s时电阻R中电流方向自左向右，D错误．7．(多选)图1中，单匝矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直磁场的轴转动．改变线圈的转速，穿过该线圈的磁通量随时间分别按图2中图线甲、乙的规律变化．设线圈的电阻为1.0Ω，则()BCA．图线甲对应线圈在t＝0时产生的感应电动势最大B．图线甲、乙对应的线圈在t＝2.0s时，线圈平面均平行于磁感线C．图线甲、乙对应的线圈转速之比为54D．图线甲对应的线圈中交变电流的峰值为2.5πA解析：在t＝0时，Φ甲最大，则产生的感应电动势最小，故A错误；因为在t＝0.2s×10＝2.0s时，Φ甲＝Φ乙＝0，所以线圈平面均平行于磁感线，故B正确；由图可知甲、乙图线对应的周期之比为45，而线圈的转速n＝1T，所以图线甲、乙对应的线圈转速之比为54，故C正确；甲图线对应的线圈中交流电压的峰值Em＝BSω＝Φmω＝0.4×2π0.16V＝5πV，电流的峰值Im＝EmR＝5πA，故D项错误．8．(多选)图甲为小型交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n＝100、总电阻r＝5Ω，线圈的两端与阻值为95Ω的电阻R连接，交流电压表为理想电表．t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化．若交流发电机产生的电动势的最大值为Em，电压表的示数为U，则()ADA．Em＝200V，U＝134VB．Em＝134V，U＝95VC．通过电阻R的电流每秒内方向改变约50次D．电阻R实际消耗的功率为190W解析：交流发电机产生的电动势的最大值Em＝nBSω，而Φm＝BS，由Φ­t图线可知Φm＝2.0×10－2Wb，T＝2π×10－2s，所以ω＝100rad/s，Em＝200V，电动势的有效值E＝Em2＝1002V，由闭合电路的欧姆定律，可知电路中电流的有效值I＝ER＋r＝2A，电压表的示数为U＝IR＝134V，故选项A正确，B错误；由题图乙可知，周期T＝2π×10－2s，频率f＝1T≈16Hz，故通过电阻R的电流每秒内方向改变约32次，选项C错误；电阻R消耗的功率为P＝I2R＝190W，故选项D正确．9．(2019·北京东城模拟)阻值R＝10Ω的电阻与交流电源连接，通过电阻R的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图所示．则()BA．通过R的电流有效值是0.62AB．R两端的电压有效值是6VC．此交变电流的周期是2sD．此交变电流的频率是100Hz解析：从题图可以看出，交变电流中电流最大值为0.62A，通过R电流的有效值是I＝0.622A＝0.6A，所以R两端电压的有效值为6V，此交流电源的周期是2×10－2s，交流电源的频率是f＝1T＝50Hz，故B正确，A、C、D错误．10．(2019·陕西联考)(多选)如图所示，由导体材料制成的闭合线框，曲线部分PNQ满足函数y＝0.5sin0.5πx，其中x、y单位为m，x满足0≤x≤2，曲线部分电阻不计，直线部分PMQ的电阻为R＝10Ω.将线框从图示的位置开始(t＝0)，以v＝2m/s的速度匀速通过宽度为d＝2m、磁感应强度B＝1T的匀强有界磁场，在线框穿越磁场的过程中，下列说法正确的是()BCA．线框穿越磁场的时间为4sB．线框穿越磁场的过程中，PQ两点间的最大电压为1VC．线框穿越磁场的过程中，线框中产生的焦耳热为0.1JD．线框穿越磁场的过程中，感应电流变化规律为i＝0.1sin0.5πt(A)解析：线框穿越磁场的时间为t＝2dv＝2×22s＝2s，选项A错误；当y最大时，PQ两点间的电压最大，最大值为Um＝Em＝Bymv＝1×0.5×2V＝1V，选项B正确；线框通过磁场过程中产生正弦式交变电流，最大值为Em＝1V，则有效值为U＝12V＝22V，产生的热量为Q＝U2Rt＝22210×2J＝0.1J，选项C正确；因Im＝EmR＝110A＝0.1A，x＝vt＝2t，则线框穿越磁场的过程中，感应电流变化规律为i＝0.1sin(πt)A，选项D错误．11．(2019·山西五校联考)如图所示，一矩形线圈的面积为S，匝数为N，电阻为r，处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴OO′以角速度ω匀速转动．线圈通过滑环与定值电阻R及理想电流表组成闭合回路．已知理想电压表的示数为U，从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时，则()BA．R两端电压瞬时值的表达式为uR＝2UsinωtB．理想电流表的示数为2NBSω2R＋rC．从π2ω到3π2ω的时间内，穿过线圈平面磁通量的变化量为零D．若ω＝100πrad/s，通过R的电流每秒钟方向改变50次解析：线圈产生的感应电动势的最大值为Em＝NBSω，从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时，产生的瞬时感应电动势e＝NBSωcosωt，根据闭合电路的欧姆定律可知uR＝NBSωRR＋rcosωt，故A错误；产生感应电动势的有效值E＝Em2＝NBSω2，根据闭合电路的欧姆定律可知，电流I＝ER＋r＝2NBSω2R＋r，故B正确；从π2ω到3π2ω时间内，线圈转过的角度为π，故磁通量的变化量为2BS，故C错误；若ω＝100πrad/s，周期T＝2πω＝0.02s，在一个周期内电流方向改变2次，故1s内电流方向改变次数n＝10.02×2＝100，故D错误．12．如图所示，线圈abcd的面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝1πT，当线圈以300r/min的转速匀速旋转时．问：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)线圈转过130s时电动势的瞬时值是多大？(3)电路中，电压表和电流表的示数各是多少？(4)从中性面开始计时，经130s通过电阻R的电荷量是多少？解析：(1)e＝Emsinωt＝nBS·2πfsin(2πft)＝100×1π×0.05×2π×30060sin2π×30060tV＝50sin10πt(V)．(2)当t＝130s时，e＝50sin10π×130V≈43.3V.(3)电动势的有效值为E＝Em2＝502V≈35.4V电流表示数I＝ER＋r＝35.49＋1A＝3.54A电压表示数U＝IR＝3.54×9V＝31.86V.(4)130s内线圈转过的角度θ＝ωt＝30060×2π×130＝π3该过程中，ΔΦ＝BS－BScosθ＝12BS由I＝qΔt，I＝ER＋r，E＝nΔΦΔt得q＝nΔΦR＋r＝nBS2R＋r＝100×1π×0.052×9＋1C＝14πC.答案：(1)e＝50sin10πt(V)(2)43.3V(3)31.86V3.54A(4)14πC