人教版新高考物理一轮总复习训练题交变电流的产生和描述

这是一份人教版新高考物理一轮总复习训练题交变电流的产生和描述，共6页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1.某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动,产生交变电流的图像如图所示。由图中信息可以判断( )
A.在A和C时刻,线圈处于中性面位置
B.在B和D时刻,穿过线圈的磁通量为零
C.从A→D时间内,线圈转过的角度为32π
D.1 s内交变电流方向改变50次
2.(2020·山东青岛模拟)如图所示,在水平向右的匀强磁场中,一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置,下列说法正确的是( )
A.t1时刻穿过线框的磁通量最大
B.t1时刻电阻中的电流最大,方向从右向左
C.t2时刻穿过线框的磁通量变化最快
D.t2时刻电阻中的电流最大,方向从右向左
3.如图所示的电路中,A是熔断电流I0=2 A的保险丝,R是可变电阻,S是交流电源。交流电源的内阻不计,其电动势随时间变化的规律是e=220 2sin 314t (V)。为了不使保险丝熔断,可变电阻的阻值应该大于( )
A.110 2 ΩB.110 Ω
C.220 ΩD.220 2 Ω
4.如图甲所示,标有“220 V 40 W”的灯泡和标有“20 μF 300 V”的电容器并联到交流电源上,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.灯泡恰好正常发光
C.电容器不可能被击穿
D.V的示数保持1102 V不变
5.右图为一交流电压随时间变化的图像,每个周期内,前三分之一周期电压按正弦规律变化,后三分之二周期电压恒定。根据图中数据可得,此交流电压的有效值为( )
A.7.5 VB.8 VC.215 VD.313 V
6.如图甲所示,一圆形金属线圈放置于匀强磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度为B0。现让线圈绕其一条直径以50 Hz的频率匀速转动,较长时间t内产生的热量为Q;若线圈不动,让磁场以图乙所示规律周期性变化,要在t时间内产生的热量也为Q,图乙中磁场变化的周期T以s为单位,数值应为( )
A.150πB.250πC.225πD.125π
二、多项选择题
7.如图所示,M为半圆形导线框,圆心为OM,N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON。两导线框在同一竖直面(纸面)内,两圆弧半径相等,过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则( )
A.两导线框中均会产生正弦式交变电流
B.两导线框中感应电流的周期都等于T
C.在t=T8时,两导线框中产生的感应电动势相等
D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等
8.图甲是一种振动发电装置的示意图,半径r=0.1 m、匝数n=20的线圈位于辐向分布的磁场中,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)。线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B=0.20π T,线圈电阻为R1=0.5 Ω,它的引出线接有R2=9.5 Ω的小灯泡L。外力推动线圈框架的P端,使线圈沿轴线做往复运动,线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计),则( )
A.小灯泡中电流的峰值为0.16 A
B.小灯泡中电流的有效值为0.16 A
C.电压表的示数约为1.5 V
D.t=0.01 s时外力的大小为0.128 N
9.(2020·安徽合肥6月质检)如图甲所示,串联一理想交流电流表的单匝圆形闭合导线框水平放置,半径为r,电阻为R。匀强磁场穿过线框,该磁场磁感应强度B随时间t按正弦规律变化,如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.t=T4时线框中的感应电流最大
B.t=T2时电流表的示数为零
C.在T2D.0~T时间内导线框中产生的焦耳热为2π4r4B02TR
10.如图所示,边长为l的正方形单匝线圈abcd,其电阻为r,外电路的电阻为R,ab的中点和cd的中点的连线O'O恰好位于匀强磁场的边界线上,磁场的磁感应强度为B。若线圈从图示位置开始以角速度ω绕轴O'O匀速转动,则以下判断正确的是( )
A.图示位置线圈中的感应电动势最大,为Em=Bl2ω
B.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e=12Bl2ωsin ωt
C.线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为q=2Bl2R+r
D.线圈转动一周的过程中,电阻R上产生的热量为Q=πB2ωl4R4(R+r)2
三、非选择题
11.(2020·四川峨眉山第一中学期中)如图所示,用均匀导线弯成一个单匝的正方形闭合线框abcd,线框每边长为8 cm,每边的电阻为0.01 Ω。把线框放在磁感应强度为B =0.05 T的匀强磁场中,并使它绕轴OO'以转速n =50π r/s匀速旋转,旋转方向如图所示,轴OO'垂直于磁感线方向且在线框平面内。已知lOb =3lOa,lO'c=3lO'd。
(1)当线框平面转至与B平行的瞬间,每条边产生的感应电动势的大小各是多少?
(2)当线框平面转至与B平行的瞬间,感应电流大小是多少?在图中标出感应电流的方向。
(3)如图所示计时开始,线圈转过π6的过程中,通过线框O点处导线横截面的电荷量是多少?
12.如图所示,位于竖直平面内的矩形金属线圈,边长l1=0.40 m、l2=0.25 m,其匝数n=100,总电阻r=1.0 Ω,线圈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R=3.0 Ω的定值电阻相连接。线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度B=1.0 T,在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴O1O2匀速转动,角速度ω=2.0 rad/s。
(1)求电阻R两端电压的最大值。
(2)从线圈通过中性面(即线圈平面与磁场方向垂直的位置)开始计时,求经过14周期通过电阻R的电荷量。
(3)求在线圈转动一周的过程中,整个电路产生的焦耳热。
考点规范练41 交变电流的产生和描述
1.C 解析:在A和C时刻,线圈中感应电流最大,磁通量为零,线圈处于与磁感线方向平行的平面位置,故A错误;在B和D时刻,线圈中感应电流为零,穿过线圈的磁通量最大,故B错误;从A→D时间内线圈转过34周期,即线圈转过的角度为32π,故C正确;由题图可知周期T=0.02 s,频率为f=1T=50 Hz,正弦式交变电流一个周期电流方向改变2次,所以1 s内交变电流方向改变100次,故D错误。
2.B 解析t1时刻,穿过线框的磁通量为零,线框产生的感应电动势最大,电阻中的电流最大,根据右手定则,通过电阻的电流方向从右向左,A错误,B正确。t2时刻,穿过线框的磁通量最大,线框产生的感应电动势为零,电阻中的电流为零,C、D错误。
3.B 解析:该交变电流电动势的有效值为U=22022 V=220 V,故电阻的最小阻值Rmin=UI0=2202 Ω=110 Ω。
4.B 解析:V的示数应是电压的有效值220 V,故A、D错误。电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压,灯泡正常发光,B正确。电压的峰值Um=2202 V=311 V,大于300 V,故电容器有可能被击穿,C错误。
5.C 解析:根据电流的热效应有6V22·1R·T3+(9V)2R·2T3=U2RT,解得U=215 V,C项正确。
6.C 解析:两种情况下,在相同时间内产生的热量相同,说明电压的有效值相同。线圈绕其一条直径以50 Hz的频率匀速转动时,电压有效值为E=Em2=BSω2=B0πr2×100πrad/s2;磁场以题图乙所示规律周期性变化,电压有效值为E=S·ΔBΔt=πr2·B0T4,解得T=225π s,选项C正确。
7.BC 解析:两导线框进入磁场过程中,匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变,选项A错误。导线框的转动周期为T,则感应电流的周期也为T,选项B正确。在t=T8时,两导线框切割磁感线的有效长度相同,两导线框中产生的感应电动势相等,选项C正确。M导线框中一直有感应电流,N导线框中只有一半时间内有感应电流,所以两导线框的电阻相等时,感应电流的有效值不相等,选项D错误。
8.AD 解析:由题意及法拉第电磁感应定律知道,线圈在磁场中做往复运动,产生的感应电动势的大小符合正弦曲线变化规律,线圈中的感应电动势的峰值为Em=nBlv=nB·2πrvm,故小灯泡中电流的峰值为Im=EmR1+R2=
20×0.20π×2π×0.1×20.5+9.5 A=0.16 A,A正确,B错误。电压表的示数为U=Im2·R2=1.07 V,C错误。当t=0.01 s也就是T4时,由题图丙可知加速度为零,外力等于安培力,故F=nB·2πrIm=0.128 N,D正确。
9.CD 解析:t=T4时磁感应强度最大,线框中的磁通量最大,而磁通量的变化率却为零,因此感应电流也为零,A错误。电流表测量的是有效值,所以t=T2时电流表的读数不为0,B错误。在T210.BD 解析:在题图所示位置,线圈中通过的磁通量最大,但感应电动势为零,A错误。线圈所围成的闭合电路中产生的感应电动势最大值为Em=12Bl2ω,故对应的瞬时值表达式为e=12Bl2ωsin ωt,B正确。由q=ΔΦR+r可得线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量q=Bl2R+r,C错误。电阻R上产生的热量应利用有效值求解,即转动一周的过程中产生的热量Q=Em2(R+r)2R×2πω=πB2ωl4R4(R+r)2,D正确。
11.解析:(1)设线框的长度为l,每边阻值为R,ω=2πn=2π×50π rad/s=100 rad/s
则cb边E1=Blv1=Blω3l4=0.024 V
ad边E2=Blv2=Blωl4=0.008 V
ab边和cd边不切割磁感线,产生的感应电动势为0。
(2)电路中的感应电流I=E1+E24R=0.8 A
根据楞次定律可知,电流方向为b→c→d→a→b,如图所示。
(3)q =IΔt=ΔΦ4R=BSsin30°4R=0.004 C。
答案(1)Ebc =0.024 V,Ead =0.008 V,Eab=Ecd=0
(2)0.8 A 电流方向如解析图所示 (3)0.004 C
12.解析:(1)线圈中感应电动势的最大值Em=nBSω,其中S=l1l2
Em=nBl1l2ω=20 V
线圈中感应电流的最大值Im=EmR+r=5.0 A
电阻R两端电压的最大值Um=ImR=15 V。
(2)设从线圈平面通过中性面时开始,经过14周期的时间t=T4=π2ω
此过程中线圈中的平均感应电动势E=nΔΦΔt=nBSΔt
通过电阻R的平均电流I=ER+r=nBS(R+r)Δt
通过电阻R的电荷量q=IΔt=nBSR+r=2.5 C。
(3)线圈中感应电流的有效值I=Im2=522 A
线圈转动一周的过程中,电流通过整个回路产生的焦耳热Q热=I2(R+r)T=157 J。
答案:(1)15 V (2)2.5 C (3)157 J