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2020高考物理一輪復習 第十一章 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述學案(含解析).doc

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2020高考物理一輪復習 第十一章 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述學案(含解析).doc

第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述高考地位高考對本部分知識的考查主要以選擇題的形式出現(xiàn),但也出現(xiàn)過關(guān)于交變電流的計算題,試題的難度一般在中等偏下,分值在610分左右??季V下載1.交變電流、交變電流的圖象()2正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值()3理想變壓器()4遠距離輸電()實驗十二:傳感器的簡單使用考綱解讀1.交變電流的產(chǎn)生及其各物理量的變化規(guī)律,應用交流電的圖象解決問題。2利用有效值的定義,對交變電流的有效值進行計算。3理想變壓器原、副線圈中電流、電壓、功率之間的關(guān)系應用,變壓器動態(tài)變化的分析方法。4遠距離輸電的原理和相關(guān)計算。5傳感器的簡單使用,能夠解決與科技、社會緊密結(jié)合的問題。第1講交變電流的產(chǎn)生和描述主干梳理 對點激活知識點交變電流、交變電流的圖象1交變電流(1)定義:方向隨時間做周期性變化的電流叫做交變電流。(2)圖象:用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律,圖a、b、c、d所示電流都屬于交變電流,其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流,如圖a所示。2正弦式交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律(1)產(chǎn)生:在勻強磁場中,線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電流是正弦式交變電流。(2)中性面中性面:與磁感線垂直的平面稱為中性面。中性面的特點以及與峰值面(中性面的垂面)的比較中性面峰值面含義線圈平面與磁場方向垂直線圈平面與磁場方向平行磁通量最大(BS)0磁通量的變化率0最大感應電動勢0最大(nBS)電流方向發(fā)生改變方向不變(3)電流方向的改變:線圈通過中性面時,電流方向發(fā)生改變,一個周期內(nèi)線圈兩次通過中性面,因此電流的方向改變兩次。(4)正弦式交流電的圖象:如果從線圈位于中性面位置時開始計時,其圖象為正弦曲線。如圖甲、乙所示。(5)變化規(guī)律正弦式交變電流的函數(shù)表達式(線圈在中性面位置時開始計時)電動勢e隨時間變化的規(guī)律:eEmsint,其中表示線圈轉(zhuǎn)動的角速度,EmnBS。負載兩端的電壓u隨時間變化的規(guī)律:uUmsint。電流i隨時間變化的規(guī)律:iImsint。知識點描述交變電流的物理量1周期和頻率(1)周期(T):交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時間,單位是秒(s),公式T。(2)頻率(f):交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位是赫茲(Hz)。(3)周期和頻率的關(guān)系:T或f。2交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值(1)瞬時值:交變電流的電動勢、電流或電壓在某一時刻的值,是時間的函數(shù)。(2)峰值:交變電流的電動勢、電流或電壓所能達到的最大值。(3)有效值定義:讓交流和直流通過相同阻值的電阻,如果它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。有效值和峰值的關(guān)系:E,U,I。(僅適用于正弦式交流電)(4)平均值:交變電流圖象中波形與橫軸所圍面積跟時間的比值。一 思維辨析1將一個平面線圈置于勻強磁場中,并使它繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,線圈中產(chǎn)生的一定是正弦交變電流。 ()2矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,經(jīng)過中性面時,線圈中的感應電動勢最大。()3有效值公式I 適用于任何交變電流。()4交流電表的測量值是交變電流的有效值。 ()5我國使用的交變電流周期是0.02 s,電流方向每秒改變100次。()6電路中保險絲的熔斷電流是指電流的最大值。()7電容器的耐壓值是指交變電流的最大電壓。()答案1.2.3.4.5.6.7.二 對點激活1圖中不表示交變電流的是()答案A解析只要電流的方向發(fā)生周期性變化,就是交變電流,只有A項的電流方向不變,所以A是直流電而不是交流電。2.(人教版選修32P31做一做改編)把發(fā)光顏色不同的兩個二極管并聯(lián)(該類二極管具有單向?qū)щ娦?,導通時發(fā)光),使兩者正負極方向不同。當搖動如圖所示的手搖發(fā)電機時,兩個二極管交替發(fā)光,則流過其中一個二極管的電流是()A交流電 B直流電C恒定電流 D渦流答案B解析交流電是指電流方向發(fā)生變化的電流,直流電的方向不變,恒定電流是指大小與方向均不變,渦流是感應電流,而手搖發(fā)電機產(chǎn)生的是交流電,但因為二極管具有單向?qū)щ娦?,所以通過每個二極管的電流為直流電,B正確。3(人教版選修32P34T2改編)(多選)關(guān)于中性面,下列說法正確的是()A線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時,穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零B線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時,穿過線圈的磁通量為零,磁通量的變化率最大C線圈每經(jīng)過一次中性面,感應電流的方向就改變一次D線圈每轉(zhuǎn)動一周經(jīng)過中性面一次,所以線圈每轉(zhuǎn)動一周,感應電流的方向就改變一次答案AC解析在中性面位置,線圈的磁通量最大,沒有切割磁感線運動,磁通量變化率為零,每經(jīng)過一次中性面,電流的方向就改變一次,所以線圈每轉(zhuǎn)動一圈,兩次經(jīng)過中性面,感應電流的方向就改變兩次,B、D錯誤,A、C正確。4. (人教版選修32P34T5改編)(多選)如圖所示,閉合的矩形導體線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動,沿著OO方向觀察,線圈沿順時針方向轉(zhuǎn)動。已知勻強磁場的磁感應強度為B,線圈匝數(shù)為n,ab邊的邊長為L1,ad邊的邊長為L2,線圈電阻為R,轉(zhuǎn)動的角速度為,則當線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時()A線圈中感應電流的方向為abcdaB線圈中的感應電動勢為2nBL2C穿過線圈的磁通量隨時間的變化率最大D線圈ad邊所受安培力的大小為,方向垂直紙面向里答案AC解析由右手定則知圖示位置線圈中感應電流的方向為abcda,故A正確。電動勢為EnBL2L1,故B錯誤。此位置磁通量為零,磁通量的變化率最大,故C正確。線圈ad邊所受安培力大小為FnBL2,方向垂直紙面向里,故D錯誤。5(人教版選修32P35思考與討論改編)某交變電流的it圖象如圖所示,則其電流的有效值為()A1.5 A B2 A C. A D. A答案C解析將交流與直流通過阻值都為R的電阻,設(shè)直流電流為I,則根據(jù)有效值的定義有,IRt1IRt2I2RT其中t10.4 s,t20.6 s,T1 s,I11 A,I22 A,代入數(shù)據(jù)得,I A,故C正確??键c細研 悟法培優(yōu)考點1正弦式電流的變化規(guī)律及應用1正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置時開始計時)函數(shù)圖象磁通量mcost BScost電動勢eEmsint nBSsint電壓uUmsint sint電流iImsint sint2交流電產(chǎn)生過程中的兩個特殊位置圖示概念中性面位置與中性面垂直的位置特點BSBSBS,最大0,最小特點en0,最小ennBS,最大感應電流為零,方向改變感應電流最大,方向不變3書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路(1)求出角速度,2f。(2)確定正弦式交變電流的峰值,根據(jù)已知圖象讀出或由公式EmnBS求出相應峰值。(3)明確線圈的初始位置,找出對應的函數(shù)關(guān)系式。如:線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動,則it圖象為正弦函數(shù)圖象,函數(shù)式為iImsint。線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動,則it圖象為余弦函數(shù)圖象,函數(shù)式為iImcost。例1(2018湖南懷化三模)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)生的交變電流的電動勢的圖象如圖乙所示,則()At0.005 s時,線圈平面與磁場方向平行Bt0.01 s時,線圈的磁通量變化率最大C線圈產(chǎn)生的交變電流的頻率為100 HzD線圈產(chǎn)生的交變電流的電動勢有效值為311 V解題探究(1)感應電動勢最大的位置有什么特點?提示:0,最大。(2)圖乙中311 V指最大值還是有效值?提示:最大值。嘗試解答選A。根據(jù)題圖乙,t0.005 s時,電動勢最大,則線圈平面與磁場方向平行,故A正確;t0.01 s時,電動勢為0,則線圈的磁通量變化率為0,故B錯誤;周期T0.02 s,則頻率f50 Hz,故C錯誤;線圈產(chǎn)生的交變電動勢有效值為 V,故D錯誤。總結(jié)升華解決交變電流圖象問題的四點注意(1)只有當線圈從中性面位置開始計時,電流的瞬時值表達式才是正弦形式,其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān)。(2)注意峰值公式EmnBS中的S為線框處于磁場中的有效面積。(3)在解決有關(guān)交變電流的圖象問題時,應先把交變電流的圖象與線圈的轉(zhuǎn)動位置對應起來,再根據(jù)特殊位置求特殊解。(4)根據(jù)法拉第電磁感應定律En,若按余弦規(guī)律變化,則E必按正弦規(guī)律變化;按正弦規(guī)律變化,E必按余弦規(guī)律變化,即msint,Enmcost,故增大時,E必減小;最大時,E最小,與E除系數(shù)不同外,二者具有“互余”關(guān)系。變式11(2018河南適應性測試)(多選) 如圖所示,閉合的正方形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動。為了使線圈中的感應電動勢的最大值增大為原來的2倍,下列方法可行的是()A僅把線圈改為圓形B僅把轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍C僅把磁感應強度變?yōu)樵瓉淼?倍D僅把轉(zhuǎn)軸移到cd位置答案BC解析線圈在磁場中繞垂直磁場的軸OO做勻速圓周運動產(chǎn)生正弦交流電,其電動勢最大值EmnBS,將正方形線框改為圓形,其面積由SL2變?yōu)镾2,面積增大為原來的倍,感應電動勢的最大值變?yōu)樵瓉淼谋叮珹錯誤;將線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍,最大值Em變?yōu)樵瓉淼?倍,B正確;將磁感應強度變?yōu)樵瓉淼?倍,最大值Em變?yōu)樵瓉淼?倍,C正確;最大值與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān),D錯誤。變式12(2018山西太原一模)(多選)圖1中,單匝矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直磁場的軸轉(zhuǎn)動。改變線圈的轉(zhuǎn)速,穿過該線圈的磁通量隨時間分別按圖2中圖線甲、乙的規(guī)律變化。設(shè)線圈的電阻為1.0 ,則()A圖線甲對應線圈在t0時產(chǎn)生的感應電動勢最大B圖線甲、乙對應的線圈在t 2.0 s時,線圈平面均平行于磁感線C圖線甲、乙對應的線圈轉(zhuǎn)速之比為54D圖線甲對應的線圈中交變電流的峰值為2.5 A答案BC解析在t0時,甲最大,則產(chǎn)生的感應電動勢最小,故A錯誤;因為在t2.0 s12.5T甲10T乙時,甲乙0,所以線圈平面均平行于磁感線,故B正確;由圖2可知圖線甲、乙對應的周期之比為45,而線圈的轉(zhuǎn)速n,所以圖線甲、乙對應的線圈轉(zhuǎn)速之比為54,故C正確;圖線甲對應的線圈中交流電壓的峰值EmBSm0.4 V5 V,電流的峰值Im5 A,故D錯誤??键c2交流電有效值的計算1交流電有效值的求解(1)公式法利用E、U、I計算,只適用于正(余)弦式交變電流。(2)有效值的定義計算法(非正弦式電流)計算時要抓住“三同”:“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”,列式求解,注意時間至少取一個周期或為周期的整數(shù)倍。2幾種典型的交變電流及其有效值名稱電流(電壓)圖象有效值正弦式交變電流IU正弦式半波交變電流IU續(xù)表名稱電流(電壓)圖象有效值正弦單向脈動電流IU矩形脈動電流I I1U U1非對稱性交變電流I U 例2一個匝數(shù)為100匝,電阻為0.5 的閉合線圈處于某一磁場中,磁場方向垂直于線圈平面,從某時刻起穿過線圈的磁通量按圖所示規(guī)律變化。則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為()A5 A B2 A C6 A D5 A解題探究(1)如何求出感應電流的值?提示:由En求出各段的感應電動勢,再由I求出各段的感應電流。(2)如何求交變電流的有效值?提示:利用電流熱效應來計算。嘗試解答選B。01 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應電動勢E1n1000.01 V1 V,11.2 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應電動勢E2n100 V5 V,由電流熱效應有:t1t2I2Rt,得I2 A,故B正確。總結(jié)升華(4)其他情況的有效值一般不能進行定量計算,但有的可以與正弦式交變電流定性比較。如圖1交變電流與如圖2正弦式交變電流比較,可知其有效值小于Im。變式2(2018武漢調(diào)研)(多選)圖甲和圖乙為兩種電壓的波形,其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化,圖乙所示的電壓波形是正弦函數(shù)圖象的一部分。下列說法正確的是()A圖甲、圖乙均表示交流電B圖甲所示電壓的瞬時值表達式為u20sin100t(V)C圖乙所示電壓的有效值為20 VD圖乙所示電壓的有效值為10 V答案ABD解析根據(jù)交流電的定義,圖甲、圖乙均表示交流電,A正確;圖甲所示電壓最大值為Um20 V,周期為0.02 s,則電壓的瞬時值表達式uUmsint20sin100t(V),B正確;根據(jù)有效值的定義有T,解得圖乙所示電壓的有效值為U10 V,C錯誤,D正確。考點3交變電流的“四值”的比較交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值eEmsintiImsint計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值EmnBSIm討論電容器的擊穿電壓續(xù)表物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值EUI(適用于正弦式交變電流)(1)計算與電流的熱效應有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電器設(shè)備“銘牌”上所標的額定電流、額定電壓一般是指有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值(4)交流電壓表和電流表的讀數(shù)為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所圍的面積與時間的比值Bln計算通過電路導體截面的電荷量例3(2018滄州模擬)(多選)如圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機,電阻為r2 的N匝矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中,繞垂直于磁場方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與右側(cè)電路連接,右側(cè)電路中滑動變阻器R的最大阻值為R0 ,滑片P位于滑動變阻器中央,定值電阻R1R0、R2,其他電阻不計。從線圈平面與磁場方向平行時開始計時,閉合開關(guān)S,線圈轉(zhuǎn)動過程中理想交流電壓表示數(shù)是10 V,圖乙是穿過矩形線圈的磁通量隨時間t變化的圖象,下列說法正確的是()A電阻R2上的熱功率為 WB0.01 s時滑動變阻器R兩端的電壓瞬時值為零C線圈產(chǎn)生的感應電動勢隨時間t變化的規(guī)律是e10cos100t(V)D線圈開始轉(zhuǎn)動到t s的過程中,通過R1的電荷量為 C解題探究(1)求R2上的熱功率用交流電的什么值?提示:有效值。(2)求電荷量用交流電的什么值?提示:平均值。嘗試解答選AD。外電路總電阻R總R0R010 ,電壓表示數(shù)為10 V,則交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢EUr12 V,最大值Em12 V,故C錯誤。0.01 s時0,感應電動勢最大,則R兩端電壓瞬時值不為零,故B錯誤。干路電流I1 A,則通過R2的電流I20.5 A,R2的功率PIR2 W,故A正確。的瞬時值表達式為msin100tBSsin100t,當t s時,BS,從開始到t s磁通量的改變量BS,通過R1的電荷量qN C C,故D正確。總結(jié)升華解決交變電流“四值”問題的關(guān)鍵(1)涉及到交流電表的讀數(shù),功、功率都用有效值。(2)涉及計算通過截面電荷量用平均值。(3)涉及電容器的擊穿電壓考慮峰值。(4)涉及到電流、電壓隨時間變化規(guī)律時,即與不同時刻有關(guān),考慮瞬時值。變式3(2018湖北黃岡中學模擬)(多選)如圖甲所示是一種振動發(fā)電裝置的示意圖,半徑為r0.1 m、匝數(shù)n20的線圈位于輻向分布的磁場中,磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示),線圈所在位置的磁感應強度的大小均為B T,線圈電阻為R10.5 ,它的引出線接有R29.5 的小電珠L,外力推動線圈框架的P端,使線圈沿軸線做往復運動,線圈運動速度v隨時間t變化的規(guī)律如圖丙所示(摩擦等損耗不計),則()A小電珠中電流的峰值為0.16 AB小電珠中電流的有效值為0.16 AC電壓表的示數(shù)約為1.5 VDt0.1 s時外力的大小為0.128 N答案AD解析由題意及法拉第電磁感應定律可知,線圈在磁場中做往復運動,產(chǎn)生的感應電動勢的大小符合正弦曲線變化規(guī)律,線圈中的感應電動勢的峰值為EmnB2rvm,故小電珠中電流的峰值為Im A0.16 A,A正確,B錯誤;電壓表示數(shù)為UR21.07 V,C錯誤;當t0.1 s也就是和時的情況一樣,外力的大小為FnB2rIm0.128 N,D正確。高考模擬 隨堂集訓1(2018全國卷)一電阻接到方波交流電源上,在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方;若該電阻接到正弦交變電源上,在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正。該電阻上電壓的峰值為u0,周期為T,如圖所示。則Q方Q正等于()A1 B.1 C12 D21答案D解析根據(jù)題述,正弦交變電流的電壓有效值為,而方波交流電的有效值為u0,根據(jù)焦耳定律和歐姆定律,QI2RTT,可知在一個周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量與電壓有效值的二次方成正比,Q方Q正u221,D正確。2(2017天津高考)(多選) 在勻強磁場中,一個100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2 ,則()At0時,線圈平面平行于磁感線Bt1 s時,線圈中的電流改變方向Ct1.5 s時,線圈中的感應電動勢最大D一個周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為82 J答案AD解析t0時,0,故線圈平面平行于磁感線,A正確;線圈每經(jīng)過一次中性面電流的方向改變一次,線圈經(jīng)過中性面時,磁通量最大,故在t0.5 s、1.5 s時線圈中的電流改變方向。在t1 s時線圈平面平行于磁感線,線圈中的電流方向不變,B錯誤;線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,磁通量最大時,感應電動勢為0,磁通量為0時,感應電動勢最大,故t1.5 s時,感應電動勢為0,C錯誤;線圈中感應電動勢的最大值EmnBSnmnm1000.04 V4 V,有效值E2 V,故在一個周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量QT2 J82 J,D正確。3(2016全國卷) (多選)如圖,M為半圓形導線框,圓心為OM;N是圓心角為直角的扇形導線框,圓心為ON;兩導線框在同一豎直面(紙面)內(nèi);兩圓弧半徑相等;過直線OMON的水平面上方有一勻強磁場,磁場方向垂直于紙面。現(xiàn)使線框M、N在t0時從圖示位置開始,分別繞垂直于紙面、且過OM和ON的軸,以相同的周期T逆時針勻速轉(zhuǎn)動,則()A兩導線框中均會產(chǎn)生正弦交流電B兩導線框中感應電流的周期都等于TC在t時,兩導線框中產(chǎn)生的感應電動勢相等D兩導線框的電阻相等時,兩導線框中感應電流的有效值也相等答案BC解析本題中導線框的半徑旋轉(zhuǎn)切割磁感線時產(chǎn)生大小不變的感應電流,故A項錯誤;兩導線框產(chǎn)生的感應電流的周期與線框轉(zhuǎn)動周期相同,B項正確;在t時,兩導線框切割磁感線的導線長度相同,且切割速度大小相等,故產(chǎn)生的感應電動勢相等,均為EBR2,C項正確;兩導線框中感應電流隨時間變化的圖象如圖所示,故兩導線框中感應電流的有效值不相等,D項錯誤。4(2018湖南瀏陽三中月考)某正弦交流電通過一阻值為20 的電阻,2 s內(nèi)產(chǎn)生的電熱為40 J,則()A此交流電的電流強度的有效值為1 A,最大值為 AB此交流電的電流強度的有效值為 A,最大值為4 AC電阻兩端的交流電電壓的有效值為20 V,最大值為40 VD電阻兩端的交流電電壓的有效值為40 V,最大值為40 V答案A解析由QI2Rt得有效值I1 A,最大值為 A,則A正確,B錯誤;電壓最大值為20 20 V,有效值為20 V,則C、D錯誤,故選A。5. (2018河北衡水模擬)電動機的內(nèi)電阻r2 ,與R8 的電阻串聯(lián)接在線圈上,如圖所示,已知線圈面積為 m2,共100匝,線圈的電阻為2 ,線圈在B T的勻強磁場中繞OO軸以轉(zhuǎn)速n600 r/min勻速轉(zhuǎn)動,在合上開關(guān)S后電動機正常工作時,電壓表的示數(shù)為100 V,則下列說法正確的是()A電路中電流的最大值為5 AB電路中電流的最大值為10 AC電動機正常工作時的輸出功率為1000 WD電動機正常工作時的輸出功率為800 W答案B解析線圈轉(zhuǎn)動時的角速度:2n210 rad/s20 rad/s;線圈轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電動勢的最大值為:EmNBS10020 V200 V;有效值為:E200 V;設(shè)線圈的電阻為r,則電路中的電流為:I A10 A;故最大電流為10 A,A錯誤,B正確;電動機正常工作時的輸出功率為:PUII2r10010 W1022 W800 W,故C、D錯誤;故選B。配套課時作業(yè)時間:45分鐘滿分:100分一、選擇題(本題共9小題,每小題8分,共72分。其中 17為單選,89為多選)1圖中閉合線圈都在勻強磁場中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,不能產(chǎn)生正弦式交變電流的是()答案C解析只要閉合線圈繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,就能產(chǎn)生正弦式交流電,與軸的位置、線圈的形狀無關(guān)。除C項的軸與磁感線平行外,其他都能產(chǎn)生正弦式交流電。所以C項正確,A、B、D三項錯誤。2(2018廣東惠州模擬)如圖甲所示,在磁感應強度大小為B的勻強磁場中,有一矩形單匝線圈,其面積為S,總電阻為r,線圈兩端外接一電阻R和一個理想交流電流表。若線圈繞對稱軸OO以角速度做勻速轉(zhuǎn)動,圖乙是線圈轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的感應電動勢e隨時間t變化的圖象,下列說法正確的是()A在t1t3時間內(nèi),穿過線圈平面的磁通量的變化量為BSB在t3t4時間內(nèi),通過電阻R的電荷量為C在t3時刻穿過線圈平面的磁通量的變化率為2BSD在t3時刻電流表的示數(shù)為答案D解析由題圖可知,在t1和t3時刻穿過線圈平面的磁通量大小為BS,方向相反,則在t1t3時間內(nèi)穿過線圈平面的磁通量的變化量為2BS,A錯誤;在t3t4時間內(nèi),磁通量的變化量為BS,則平均電動勢,因此通過電阻R的電荷量為qtt,故B錯誤;在t3時刻電動勢EBS,則由法拉第電磁感應定律E可知,穿過線圈的磁通量變化率為BS,故C錯誤;在t3時刻電流表的示數(shù)為交變電流的有效值,則有I,故D正確。3. (2018湘東五校聯(lián)考)如圖所示,圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象,當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后,所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示,以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法錯誤的是()A在圖中t0時刻穿過線圈的磁通量均為最大B線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為32C圖線b所對應的交流電的有效值為 VD圖線a所對應的交流電的瞬時值表達式u10sin5t(V)答案D解析由題圖可知,t0時刻線圈均在中性面,穿過線圈的磁通量最大,故A正確;由題圖可知TaTb23,故ab32,nanb32,故B正確;交流電最大值UmNBS,故UmaUmb32,故UmbUma V,所以圖線b所對應的交流電電壓的有效值為 V,故C正確;由題圖可知,圖線a所對應的交流電電壓的最大值為20 V,角速度為5 rad/s,所以瞬時值表達式為u20sin5t(V),故D錯誤。4勻強磁場中有一長方形閉合導線框,分別以相同的角速度繞圖a、b、c、d所示的固定轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),用Ia、Ib、Ic、Id表示四種情況下線框中電流的有效值,則()AIa>Id BIa>Ib CIb>Ic DIcId答案D解析線圈繞垂直勻強磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的電動勢與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān),則四種情況下線框中電流的有效值相等,即IaIbIcId,故D正確。5(2018安慶模擬)小型手搖發(fā)電機線圈共有N匝,每匝可簡化為矩形線圈abcd,磁極間的磁場視為勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向垂直于線圈中心軸OO,線圈繞OO勻速轉(zhuǎn)動,如圖所示。矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應電動勢的最大值都為E0,該發(fā)電機外接負載電阻,則()A當線圈處于中性面位置時磁通量的變化率最大B線圈從中性面位置轉(zhuǎn)過180過程中,線圈中磁通量的變化量為零C線圈轉(zhuǎn)動過程中電動勢的有效值為D線圈轉(zhuǎn)動過程中電動勢的最大值為2NE0答案D解析圖示位置即中性面,穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零,A錯誤;線圈從中性面位置轉(zhuǎn)過180過程中線圈中磁通量的變化量不為零,B錯誤;因為E0BLabLadBS,所以每匝線圈產(chǎn)生的電動勢的最大值為2E0,故N匝線圈轉(zhuǎn)動過程中電動勢的最大值為2NE0,有效值為NE0,C錯誤,D正確。6如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場,磁場的邊界由x軸和y2sinx曲線圍成(x2 m),現(xiàn)把一邊長為2 m的正方形單匝線框以水平速度v10 m/s勻速地拉過該磁場區(qū),磁場區(qū)的磁感應強度為0.4 T,線框電阻R0.5 ,不計一切摩擦阻力,則()A水平拉力F的最大值為8 NB拉力F的最大功率為12.8 WC拉力F要做25.6 J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)D拉力F要做12.8 J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)答案C解析線框勻速通過磁場區(qū),產(chǎn)生的感應電流先增大后減小,形成正弦交流電,持續(xù)時間t0.4 s,感應電動勢最大值為EmBlv8 V,有效值為4 V,感應電流最大值為16 A,有效值為8 A,則水平拉力最大值為FmBIml12.8 N,A項錯誤。拉力的最大功率為PmFmv128 W,B項錯誤;線框勻速通過,拉力做的功等于焦耳熱,QI2Rt25.6 J,C項正確,D項錯誤。7. 如圖所示,矩形線圈abcd有三分之二的部分垂直放置在勻強磁場中,垂直于ad、bc邊的軸OO恰好處在磁場的右邊界,矩形線圈abcd可繞軸OO以角速度按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動。如果把線圈平面從圖示位置開始第一次轉(zhuǎn)到與磁場夾角為45時當成計時起點,規(guī)定電流沿abcda方向為正。則下列四幅圖中正確反映感應電流隨時間變化的關(guān)系的是()答案C解析從題圖可看出線圈從中性面開始旋轉(zhuǎn),由楞次定律可判斷,此時電流方向為b到a,設(shè)ab邊長為l,ad邊長為3r,如果將線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場夾角為45時當成計時起點,則瞬時電流為isin,經(jīng)過四分之一周期,當ab邊轉(zhuǎn)出磁場,cd邊恰好轉(zhuǎn)入磁場時,線圈中產(chǎn)生的電流為isin,所以C正確。8(2019洛陽尖子生聯(lián)考)在如圖所示的含有理想變壓器的電路中,變壓器原、副線圈匝數(shù)比為201,圖中電表均為理想電表,R為光敏電阻(其阻值隨光照強度增大而減小),L1和L2是兩個完全相同的燈泡,原線圈接入如圖乙所示的正弦交流電壓u,下列說法正確的是()A電壓表的示數(shù)為22 VB交流電的頻率為50 HzC若L1的燈絲燒斷,則電壓表的示數(shù)會變大D當照射R的光強增大時,電流表的示數(shù)變大答案BD解析原線圈輸入電壓的有效值為U1220 V,則副線圈輸出電壓U2U1220 V11 V,即電壓表示數(shù)為11 V,A錯誤;根據(jù)題圖乙所示的交流電壓圖象可知,交流電壓的周期為T0.02 s,頻率為f50 Hz,B正確;若燈泡L1的燈絲燒斷,變壓器輸出電流減小,但是變壓器輸出電壓不變,故電壓表的示數(shù)不變,C錯誤;當照射光敏電阻R的光強增大時,光敏電阻R的阻值減小,變壓器輸出電流增大,輸出功率增大,根據(jù)變壓器輸入功率等于輸出功率可知,變壓器輸入電流增大,電流表的示數(shù)變大,D正確。9如圖所示,N匝矩形導線框以角速度在磁感應強度為B的勻強磁場中繞軸OO勻速轉(zhuǎn)動,線框面積為S,線框的電阻、電感均不計,外電路接有電阻R、理想交流電流表和二極管D。二極管D具有單向?qū)щ娦?,即正向電阻為零,反向電阻無窮大。下列說法正確的是()A交流電流表的示數(shù)INBSB一個周期內(nèi)通過R的電荷量qCR兩端電壓的有效值UNBSD圖示位置電流表的示數(shù)為0答案AB解析由圖示位置開始計時,產(chǎn)生正弦交流電,電動勢的瞬時值eNBSsint,由于二極管具有單向?qū)щ娦?,則電阻R的電壓隨時間變化的圖象如圖所示,所以有效值T,U,C項錯誤。由歐姆定律得I,A項正確。電流表顯示的是有效值,所以不為0,D項錯誤。q,B項正確。二、非選擇題(本題共2小題,共28分)10(14分)如圖所示,光滑平行的長金屬導軌固定在水平面上,相距L1 m,左端連接R2 的電阻,一質(zhì)量m0.5 kg、電阻r1 的導體棒MN垂直放置在兩平行金屬導軌上,彼此接觸良好,導軌的電阻不計。在兩導軌間有這樣的磁場,磁場方向豎直向下,磁感應強度B大小隨x變化關(guān)系是B0.6sin(T),x00.5 m;兩區(qū)域磁感應強度大小關(guān)于直線x0.5 m對稱。(1)導體棒在水平向右的拉力F作用下,以速度v01 m/s 勻速穿過磁場區(qū),求此過程中感應電流的最大值Im?(2)在(1)的情況下,求棒穿過磁場過程中拉力做的功W以及電阻R上產(chǎn)生的熱量QR?答案(1)0.2 A(2)0.06 J0.04 J解析(1)導體棒以不變的速度穿過磁場區(qū),B0.6sin,xv0t,得B0.6sint由法拉第電磁感應定律得 eBLv00.6sint V這是一正弦交流電,Em0.6 V由歐姆定律得Im0.2 A。(2)電流的有效值 I棒在磁場中的時間 t拉力做功等于回路中產(chǎn)生的熱量WQI2(Rr)t電阻R上產(chǎn)生的熱量 QRI2Rt代入數(shù)據(jù)解得W0.06 J,QR0.04 J。11(14分)如圖,勻強磁場的磁感應強度B0.5 T,邊長為L10 cm的正方形線圈abcd共N100匝,線圈電阻r1 。線圈繞垂直于磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動的角速度2 rad/s,外電路電阻R4 。(1)求感應電動勢的最大值;由圖示位置轉(zhuǎn)過60角時的感應電動勢的值;(2)取210,求線圈轉(zhuǎn)動一周電流產(chǎn)生的總熱量;(3)由圖示位置開始,求在線圈轉(zhuǎn)過周期的時間內(nèi)通過電阻R的電荷量。答案(1)3.14 V1.57 V(2)1 J(3)0.1 C解析(1)由題意可得,感應電動勢的最大值EmNBL21000.50.122 V3.14 V由圖示位置轉(zhuǎn)過60角時的瞬時感應電動勢eEmcos603.140.5 V1.57 V。(2)周期T1 s線圈轉(zhuǎn)動一周電流產(chǎn)生的熱量QT聯(lián)立解得Q1 J。(3)tT時間內(nèi)通過電阻R的電荷量qtNBL20聯(lián)立解得q0.1 C。

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