2019-2020年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 10.1交變電流的產(chǎn)生和描述限時規(guī)范特訓(xùn)一、選擇題(本題共9小題，每小題8分，共72分)1. 在勻強磁場中，一矩形金屬線圈繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖乙所示，則 ( )A. t0.005 s時線圈平面與磁場方向平行B. t0.010 s時線圈的磁通量變化率最大C. 線圈產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100 HzD. 線圈產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311 V解析：t0.005 s時線圈平面與磁場方向平行，感應(yīng)電動勢最大，選項A正確；t0.010 s時線圈的磁通量最大，變化率最小，選項B錯誤；線圈產(chǎn)生的交變電動勢周期0.02 s，頻率為50 Hz，選項C錯誤；線圈產(chǎn)生的交變電動勢最大值為311 V，選項D錯誤。答案：A2. 交流發(fā)電機(jī)在工作時產(chǎn)生的電壓的表達(dá)式為uUmsint，保持其他條件不變，使該線圈的轉(zhuǎn)速和匝數(shù)同時增加一倍，則此時電壓的變化規(guī)律變?yōu)?( )A. 4UmsintB. 4Umsin2tC. 2Umsint D. Umsint解析：線圈的轉(zhuǎn)速和匝數(shù)同時增加一倍，則Um增加到原來的4倍，線圈的轉(zhuǎn)速增加一倍，則為原來的兩倍，故電壓的變化規(guī)律變?yōu)?Umsin2t，選項B正確。答案：B3. xx浙江五校聯(lián)考如圖甲所示，一小型發(fā)電機(jī)內(nèi)有n100匝矩形線圈，線圈電阻為1 。在外力作用下矩形線圈在勻強磁場中以恒定的角速度繞垂直于磁場方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)線圈兩端與R10 的電阻構(gòu)成閉合回路。通過電阻R的交變電流如圖乙所示，下列判斷正確的是()A. 該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流的頻率為100 HzB. 該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電的最大感應(yīng)電動勢為200 VC. 穿過線圈的最大磁通量約為0.01 WbD. 若線圈的轉(zhuǎn)速增加一倍，電阻R的功率為32 kW解析：由圖乙知交流電的周期T0.02 s，即f50 Hz，A錯誤；最大感應(yīng)電動勢EmIm(Rr)220 V，B錯誤；且EmnBS，而，解得m0.01 Wb，C正確；由EmnBS知線圈轉(zhuǎn)速增加一倍，感應(yīng)電動勢增為原來的2倍，則通過電阻的電流為40 A，其功率PI2R16 kW，D錯誤。答案：C4. (多選)如圖所示，發(fā)電機(jī)內(nèi)部線圈處于磁鐵和圓柱形鐵芯之間的徑向磁場中，兩半邊間的過渡區(qū)域?qū)挾群苄?，可忽略不計。線圈的總匝數(shù)為N、總電阻為r，每匝線圈的面積為S，線圈所在位置的磁感應(yīng)強度大小為B。當(dāng)線圈以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，額定電壓為U、電阻為R的小燈泡在電路中恰能正常發(fā)光，則發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值是()A. NBS B. NBSC. U D. (1)U解析：根據(jù)題述線圈處于磁鐵和圓柱形鐵芯之間的徑向磁場中，當(dāng)線圈以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的交變電流為矩形波，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值為NBS，故選項A正確，B錯誤；由閉合電路的歐姆定律可得EUr(1)U，故選項C錯誤，D正確。答案：AD5. 將硬導(dǎo)線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長為l，它在磁感應(yīng)強度為B、方向如圖所示的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)線在a、b兩處通過電刷與外電路連接，外電路接有額定功率為P的小燈泡并正常發(fā)光，電路中除燈泡外，其余部分的電阻不計，燈泡的電阻應(yīng)為()A. B. C. D. 解析：導(dǎo)線轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生正弦交流電，其最大值Em2nBl2，小燈泡正常發(fā)光，則P()2，解得R，B項正確。答案：B6. xx寧波聯(lián)考如圖所示電路，電阻R1與電阻R2阻值相同，都為R，和R1并聯(lián)的D為理想二極管(正向電阻可看作零，反向電阻可看作無窮大)，在A、B間加一正弦交流電u20sin(100t) V，則加在R2上的電壓有效值為()A. 10 V B. 20 VC. 15 V D. 5 V解析：由二極管的單項導(dǎo)電性可知，若二極管導(dǎo)通，加在R2上的電壓波形為半個周期最大值為20 V，若二極管截止，R1、R2串聯(lián)，則R2上的電壓半個周期最大值為10 V。由有效值的定義可得加在R2上的電壓有效值為5 V，選項D正確。答案：D7. xx合肥模擬傳統(tǒng)的自行車發(fā)電機(jī)內(nèi)部電路如圖甲所示，驅(qū)動軸一端與自行車車輪相連，另一端連接條形永磁鐵，車輪轉(zhuǎn)動過程中，驅(qū)動軸帶動磁鐵在鐵芯之間勻速轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)線圈兩端產(chǎn)生的交變電壓波形如圖乙所示。已知波形圖中正負(fù)尖峰電壓分別為Um和Um。兩個相鄰正負(fù)尖峰電壓所對應(yīng)的時間差為t，發(fā)電機(jī)線圈匝數(shù)為n。以下判斷正確的是()A. 驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的角速度2/tB. 線圈電壓的有效值UUm/2C. 穿過線圈磁通量變化率的最大值kmUm/nD. 相鄰兩個向上尖峰時間內(nèi)，線圈電壓的平均值UUm/2解析：根據(jù)題述兩個相鄰正負(fù)尖峰電壓所對應(yīng)的時間差為t，可得交變電流周期T2t，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的角速度2/2t/t，選項A錯誤。由于產(chǎn)生的交變電流不是按照正弦規(guī)律變化，線圈電壓的有效值不是UUm/2，選項B錯誤。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢與磁通量變化率成正比，Umnkm，穿過線圈磁通量變化率的最大值kmUm/n，選項C正確。相鄰兩個向上尖峰時間內(nèi)，線圈電壓的平均值Un，因為線圈轉(zhuǎn)過一個完整的周期，磁通量變化量0，所以電壓平均值等于零，選項D錯誤。答案：C8. xx黃岡中學(xué)適應(yīng)性考試(多選)如圖所示，電阻為r的矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸以某一角速度勻速轉(zhuǎn)動。t0時，線圈平面與磁場垂直，各電表均為理想交流電表，則()A. 1 s內(nèi)電路中的電流方向改變了次B. 滑片P向下滑動時，電壓表的讀數(shù)不變C. 線圈勻速運動的角速度變大時，電流表的讀數(shù)也變大D. t0時，線圈中的感應(yīng)電動勢最大解析：一個周期交變電流方向改變兩次，所以1 s內(nèi)電路中的電流方向改變了2，選項A正確。當(dāng)滑片P向下滑動時，外電路電阻變大，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，路端電壓變大，則電壓表的讀數(shù)變大，所以選項B錯誤。當(dāng)線圈勻速運動的角速度變大時，感應(yīng)電動勢峰值變大，有效值變大，電流表的讀數(shù)變大，所以選項C正確。t0時，線圈處于中性面，所以感應(yīng)電動勢最小，選項D錯誤。答案：AC9. (多選)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 。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 WB. 線圈中感應(yīng)電流的有效值為2 AC. 任意時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為e4costD. 任意時刻穿過線圈的磁通量為sint解析：由題圖位置開始計時，其感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為eBScos(t)，轉(zhuǎn)過60時，瞬時電流為1 A，得：BS4 V，所以選項C正確；感應(yīng)電流的有效值I A，所以選項B錯誤；線圈消耗功率PI2R4 W，所以選項A正確；磁通量最大值mBS，所以任意時刻磁通量sin(t)，所以選項D錯誤。答案：AC二、非選擇題(本題共28分)10. 交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，勻速轉(zhuǎn)動的角速度為，線圈電阻為r，外電路電阻為R。當(dāng)線圈處于中性面時開始計時，逆時針勻速轉(zhuǎn)動180過程中，求：(1)通過R的電荷量q；(2)寫出R兩端的電壓瞬時值的表達(dá)式；(3)R上產(chǎn)生的電熱Q；(4)外力做的功W。解析：本題考查交流電的平均值、瞬時值和有效值的意義，意在考查學(xué)生正確區(qū)分相似概念的能力。(1)通過電阻R的電荷量qt由閉合電路歐姆定律得，由法拉第電磁感應(yīng)定律得，nBS(BS)2BS聯(lián)立以上四式得：q(2)線圈由中性面開始轉(zhuǎn)動，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為enBSsint(V)由閉合電路歐姆定律可知，i電阻R兩端的電壓uiR解以上三式得：unBSsint(3)感應(yīng)電動勢的最大值為EmnBS感應(yīng)電動勢的有效值為E由閉合電路歐姆定律可知，I由焦耳定律可知，QI2Rt，其中t解以上四式得：Q(4)線圈勻速運動，外力所做的功等于線圈轉(zhuǎn)動過程產(chǎn)生的總焦耳熱，即WQ總I2(Rr)t答案：(1)(2)unBSsint(3)(4)