（江苏专用）高三物理一轮复习 必考部分 第10章 交变电流 传感器 第1节 交变电流的产生及描述课时强化练-人教高三物理试题

交变电流的产生及描述(限时：40分钟)A级跨越本科线1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10­1­13甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则() 【导学号：96622371】图10­1­13At0.005 s时线圈平面与磁场方向平行Bt0.010 s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100 HzD线圈产生的交变电动势的有效值为311 VAt0.005 s时线圈平面与磁场方向平行，感应电动势最大，选项A正确；t0.010 s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0.02 s，频率为50 Hz，选项C错误；线圈产生的交变电动势的最大值为311 V，选项D错误2(多选)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10­1­14所示此线圈与一个R9 的电阻构成闭合电路，线圈自身的电阻r1 ，下列说法正确的是()图10­1­14A交变电流的周期为0.2 sB交变电流的频率为2.5 HzC发电机输出电压的有效值为9 VD发电机输出的电功率为18 WBCD根据u­t图可知此交流电的周期为T0.4 s，选项A错误；交变电流的频率为f2.5 Hz，选项B正确；发电机电压的有效值为U有效 V10 V，输出电压的有效值为U有效×9 V9 V，选项C正确；发电机输出的电功率为P W18 W，选项D正确3图10­1­15甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一只矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示发电机线圈内阻为10 ，外接一只电阻为90 的灯泡，不计电路的其他电阻，则() 【导学号：96622372】图10­1­15At0时刻线圈平面与中性面垂直B每秒钟内电流方向改变100次C灯泡两端的电压为22 VD00.01 s时间内通过灯泡的电量为0B从图象可以看出，是从金属线圈旋转至中性面时开始计时的，所以选项A错误；交变电动势的周期为2×102 s，频率是50 Hz，因一个周期内电流的方向改变两次，所以每秒内电流方向改变100次，选项B正确；灯泡两端的电压为U灯·R灯× V19.8 V，所以选项C错误；00.01 s内磁通量的变化不为零，所以通过灯泡电量不为零，选项D错误4(2015·四川高考)小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈绕OO匀速转动，如图10­1­16所示矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()图10­1­16A峰值是e0B峰值是2e0C有效值是Ne0 D有效值是Ne0D因每匝矩形线圈ab边和cd边产生的电动势的最大值都是e0，每匝中ab和cd串联，故每匝线圈产生的电动势的最大值为2e0.N匝线圈串联，整个线圈中感应电动势的最大值为2Ne0，因线圈中产生的是正弦交流电，则发电机输出电压的有效值ENe0，故选项D正确5(多选)如图10­1­17所示的电路中，电源电压u的瞬时表达式为u220sin 100t(V)，R是定值电阻，S是辉光电压(能使其发光所需的最小电压)为220 V的氖管，下列说法正确的是()【导学号：96622373】图10­1­17A电压表示数为311 VB电压表示数为220 VC1 s内氖管发光的时间为0.5 sD1 s内氖管发光的时间为 sBC交流电压的最大值为220 V，故有效值为220 V，交流电压表测的就是有效值，A错误、B正确；当加在氖管两端的电压达到220 V时将发光，低于220 V时将熄灭，将220 V代入交流电的瞬时表达式得第一次发光的时刻为 s，而交流电的四分之一周期是 s，因此第一个四分之一周期氖管发光的时间为 s，根据对称性可得1 s发光的时间为0.5 s，C正确，D错误6(2017·淮安模拟)先后用不同的交流电源给同一盏灯供电，第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化(如图10­1­18甲所示)；第二次灯泡两端的电压变化规律如图10­1­18乙所示若甲、乙图中的U0、T所表示的电压、周期值是相同的，则以下说法正确的是()图10­1­18A第一次，灯泡两端的电压有效值是B第二次，灯泡两端的电压有效值是C第一、第二次，灯泡的电功率之比是29D第一、第二次，灯泡的电功率之比是15D第一次，灯泡两端电压的有效值为U1，功率P1 .第二次，设灯泡两端电压的有效值为U2，则T，解得U2U0，功率P2，则P1P215，故A、B、C错误，D正确7(多选)(2017·连云港模拟)如图10­1­19所示，面积为S的矩形线圈共N匝，线圈总电阻为R，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中以竖直线OO为轴，以角速度匀速旋转，图示位置C与纸面共面，位置A与位置C成45°角线圈从位置A转过90°到达位置B的过程中，下列说法正确的是()图10­1­19A平均电动势为NBSB通过线圈某一截面的电荷量qC在此转动过程中，外界对线圈做的总功为D在此转动过程中，电流方向会发生改变AC线圈从位置A转过90°到达位置B的过程中，2BScos 45°BS，t，根据EN，得ENBS，故A正确；根据EN，qtN，故B错误；产生电动势的峰值EmNBS，则有效值E，则WQt，故C正确；线圈经过中性面，电流方向改变，线圈从位置A转过90°到达位置B的过程中，电流方向不变，故D错误8小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场的固定轴转动线圈匝数n100.穿过每匝线圈的磁通量随时间按正弦规律变化，如图10­1­20所示发电机内阻r5.0 ，外电路电阻R95 .求：图10­1­20(1)一个周期内，线圈发热产生的热量；(2)线圈从中性面起转动半周的过程中，流过R的电量【解析】(1)100匝线圈产生的最大感应电动势Emnm100 V有效电动势E50 V有效电流I A.线圈产生的热量QI2rt2×5×2×102 J0.157 J.(2)流过R的电量qttt代入数据可得q2×102 C.【答案】(1)0.157 J(2)2×102 CB级名校必刷题9(多选)(2017·扬州模拟)一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如图10­1­21所示，当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图b所示以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是() 【导学号：96622374】图10­1­21A从图线可算出穿过线圈磁通量的最大值B线圈先后两次转速之比为23C在图线a和b中，t0时刻穿过线圈的磁通量均为零D图线b电动势的瞬时值表达式为e100sin(V)ADEam150 VBSam·a，a rad/s50 rad/s得m Wb，故A正确；TaTb0.04 s0.06 s23.T，所以nanb32，故B错误；t0时，穿过线圈的磁通量最大，故C错误；Ebmm·100 V，b rad/s.所以e100sint(V)，故D正确10一个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10­1­22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10­1­22A1B12C14 D11A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(a)，电流表测得的是有效值，所以I×.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(b)，所以I×，则II1，即A正确11如图10­1­23所示为小型旋转电枢式交流发电机，电阻r1 的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电路连接，滑动变阻器R的最大阻值为6 ，滑动片P位于滑动变阻器距下端处，定值电阻R12 ，其他电阻不计，线圈匀速转动的周期T0.02 s闭合开关S，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转动过程中理想电压表示数是5 V下列说法正确的是()【导学号：96622375】图10­1­23A电阻R1消耗的功率为 WB0.02 s时滑动变阻器R两端的电压瞬时值为零C线圈产生的电动势e随时间t变化的规律是e6sin 100t(V)D线圈从开始计时到 s的过程中，通过R1的电荷量为 CD设电源的电动势为E，由串、并联电路特点，可得：5 V·5，可得：E6 V，由闭合电路欧姆定律知，电路中的总电流I1 A，由焦耳定律可得：电阻R1消耗的功率P1IR1R1 W，选项A错误；0.02 s时正好是图示时刻，此时线圈产生的电动势最大，滑动变阻器两端的电压也为最大值，而不是零，选项B错误；由题设条件可得：角速度100 rad/s，则从图示时刻算起，线圈产生电动势的表达式为eEmcos t6cos 100t(V)，选项C错误；线圈从开始计时到 s的过程中，通过线圈的磁通量的变化量BS，由法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律和电流的定义可得：q C，由串并联电路特点可得，通过R1的电荷量q1q C，选项D正确12图10­1­24甲是交流发电机模型示意图在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕轴OO转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路图乙是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度逆时针转动(只考虑单匝线圈)甲乙丙图10­1­24(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式【解析】(1)矩形线圈abcd转动过程中，只有ab和cd切割磁感线，设ab和cd的转动速度为v，则v·在t时刻，线框转到如图所示位置(主视图)，导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为E1BL1vy由图可知vyvsin t则整个线圈的感应电动势为e12E1BL1L2sin t.(2)当线圈由题图丙位置开始运动时，在t时刻线圈平面与中性面的夹角为(t0)，则整个线圈的感应电动势为e2BL1L2sin(t0)【答案】(1)e1BL1L2sin t(2)e2BL1L2sin(t0)