2024高考物理一轮复习考点攻破训练——交流电的产生与描述练习含解析教科版

这是一份2024高考物理一轮复习考点攻破训练——交流电的产生与描述练习含解析教科版，共6页。

2．交流电有效值是根据热效应等效计算的．
1．(多选)(2023·云南玉溪一中第五次调研)图1甲为一台小型发电机的构造示意图，内阻r＝5.0Ω，外电路电阻R＝95Ω，电路中其余电阻不计．发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n＝100.转动过程中穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化，如图乙所示，(π＝3.14，eq \r(2)＝1.4)则 ( )
图1
A．该小型发电机的电动势的最大值为200V
B．t＝3.14×10－2s时，磁通量的变化率为2Wb/s
C．t＝3.14×10－2s时，串联在外电路中的交流电流表的读数为2A
D．t＝3.14×10－2s时，串联在外电路中的交流电流表的读数为1.4A
2．(2023·安徽宣城市调研)图2甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其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′(OO′沿水平方向)匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R＝10Ω连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10V．图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图像．线圈内阻不计，则( )
图2
A．此交流发电机的电动势平均值为10eq \r(2)V
B．t＝0.02s时R两端的电压瞬时值为零
C．R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝10eq \r(2)cs (100πt) V
D．当ab边速度方向向上时，它所受安培力的方向也向上
3．(多选)(2023·安徽皖江名校联盟摸底大联考)如图3所示为交流发电的简易图，n匝矩形线圈的面积为S，整个装置处在磁感应强度为B的竖直向下匀强磁场中，已知线圈的电阻值为r，通过电刷与定值电阻R相连接，与定值电阻并联一理想的交流电压表，现矩形线圈绕中心轴线OO′以恒定的角速度ω匀速转动．t＝0时刻线圈处在中性面．下列说法正确的是( )
图3
A．t＝0时刻流过定值电阻的电流方向向左
B．线圈中产生感应电动势的瞬时表达式为e＝nBSω·sinωt(V)
C．线圈转动的过程中，电压表的读数为nBSωeq \f(R,R＋r)
D．从t＝0时刻起，线圈转过60°时流过定值电阻的瞬时电流为eq \f(\r(3)nBSω,2R＋r)
4．(多选)(2023·江苏扬州市一模)电阻为1Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈的电动势随时间变化的图像如图4所示．现把线圈的电动势加在电阻为9Ω的电热丝上，则下列说法正确的是( )
图4
A．线圈转动的角速度为31.4rad/s
B．如果线圈转速提高一倍，则电流发生改变
C．电热丝两端的电压U＝100eq \r(2)V
D．电热丝的发热功率P＝1800W
5．(多选)如图5甲所示，将阻值为R＝5Ω的电阻接到内阻不计的正弦交变电源上，电流随时间变化的规律如图乙所示，理想交流电流表串联在电路中测量电流的大小．对此，下列说法正确的是( )
图5
A．电阻R两端电压变化规律的函数表达式为u＝2.5sin (200πt) V
B．电阻R消耗的电功率为1.25W
C．如图丙所示，若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生，当线圈的转速提升一倍时，电流表的示数为1A
D．这一交变电流与图丁所示电流比较，其有效值之比为1∶eq \r(2)
6．(多选)(2023·湖北黄冈中学模拟)如图6甲所示是一种振动发电装置的示意图，半径为
r＝0.1m、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＝eq \f(0.20,π)T，线圈电阻为
R1＝0.5Ω，它的引出线接有R2＝9.5Ω的小电珠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( )
图6
A．小电珠中电流的峰值为0.16A
B．小电珠中电流的有效值为0.16A
C．电压表的示数约为1.5V
D．t＝0.1s时外力的大小为0.128N
7．(多选)(2023·湖南十二校联考)如图7所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO′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OO′轴匀速转动，则以下判断正确的是( )
图7
A．图示位置线圈中的感应电动势最大为Em＝BL2ω
B．从图示位置开始计时，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝eq \f(1,2)BL2ωsinωt
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＝eq \f(2BL2,R＋r)
D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝eq \f(πB2ωL4R,4R＋r2)
答案精析
1．ABD [从Φ－t图线可以看出，Φmax＝1.0×10－2 Wb，T＝3.14×10－2 s，ω＝eq \f(2π,T)，感应电动势的最大值Emax＝nωΦmax＝100×eq \f(2π,3.14×10－2)×1×10－2 V＝200 V，故A正确；t＝3.14×10－2 s时，磁通量Φ的变化率最大，最大值为eq \f(ΔΦ,Δt)＝eq \f(Emax,n)＝eq \f(200,100) Wb/s＝2 Wb/s，故B正确；电路中电流有效值I＝eq \f(\f(Emax,\r(2)),R＋r)＝eq \f(200,100\r(2)) A＝eq \r(2) A，则串联在外电路中的交流电流表的读数为eq \r(2) A，故C错误，D正确．]
2．C [矩形线圈绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生正弦交流电，外电阻R＝10 Ω，电压表示数为10 V，说明eq \f(Em,\r(2))＝10 V，即电动势最大值为Em＝10eq \r(2) V，所以平均值一定比Em＝
10eq \r(2) V小，选项A错．t＝0.02 s时，磁通量的变化率最大，故产生的感应电动势最大，R两端的电压瞬时值最大，故B错误；由题图乙知T＝0.02 s，W＝eq \f(2π,T)＝100π rad/s，在t＝0时刻，产生的感应电动势最大，故满足余弦函数关系，即U＝10eq \r(2)cs (100πt)V，C正确；根据楞次定律，感应电流总是阻碍线圈的转动，所以当ab边速度方向向上时，它所受安培力的方向向下，选项D错．]
3．BD [t＝0时刻线圈与磁场方向垂直，即线圈的速度与磁场方向平行，因此t＝0时感应电动势为零，感应电流为零，A错误；从中性面开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势Em＝nBSω，所以感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBSωsinωt(V)，B正确；线圈转动的过程中，最大感应电动势Em＝nBSω，则产生的感应电动势的有效值E＝
eq \f(\r(2),2)nBSω，因此电压表的示数为U＝eq \f(\r(2)R,2R＋r)nBSω，C错误；线圈从t＝0开始转过60°时，瞬间电流为i＝eq \f(e,R＋r)＝eq \f(nBSωsin\f(π,3),R＋r)＝eq \f(\r(3)nBSω,2R＋r)，D正确．]
4．BD [从题图中可知T＝0.02s，ω＝eq \f(2π,T)＝314rad/s，故选项A错误；其他条件不变，如果线圈转速提高一倍，角速度ω变为原来的两倍，则电动势最大值Em＝NBSω变为原来的两倍，电压的有效值变为原来的两倍，根据欧姆定律可知电流发生改变，故选项B正确；该交流电压的最大值为200V，所以有效值为100eq \r(2)V，U＝eq \f(9,9＋1)×100eq \r(2)V＝90eq \r(2)V，故选项C错误；根据P＝eq \f(U2,R)得P＝eq \f(90\r(2)2,9)W＝1800W，故选项D正确．]
5．AD [题图乙所示电流的最大值为Im＝0.5A，周期为T＝0.01s，其角速度为ω＝eq \f(2π,T)＝
200πrad/s，由欧姆定律得Um＝ImR＝2.5V．所以电阻R两端电压的表达式为
u＝2.5sin (200πt) V，选项A正确．该电流的有效值为I＝eq \f(Im,\r(2))，电阻R消耗的电功率为P＝I2R，解得P＝0.625W，B选项错误．电流表的示数为有效值，若该交变电流由题图丙所示矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生，当转速提升一倍时，电动势的最大值Em＝nBSω变为原来的2倍，电路中电流的有效值也是原来的2倍，为2×eq \f(0.5,\r(2))A≠1A，选项C错误．题图乙中的正弦交变电流的有效值为eq \f(0.5,\r(2))A，题图丁所示的交变电流虽然方向发生变化，但大小恒为
0.5A，选项D正确．]
6．AD [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，故小电珠中电流的峰值为Im＝eq \f(Em,R1＋R2)＝eq \f(20×\f(0.20,π)×2π×0.1×2,9.5＋0.5)A＝0.16A，选项A正确，B错误；电压表示数为U＝eq \f(Im,\r(2))·R2≈1.07V，选项C错误；当t＝0.1s也就是eq \f(T,4)时，外力的大小为F＝nB·2πrIm＝0.128N，选项D正确．]
7．BD [题图位置线圈中的感应电动势最小，为零，A错误；若线圈从题图位置开始转动，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式e＝eq \f(1,2)BL2ωsinωt，B正确；线圈从题图位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝eq \x\t(I)·Δt＝eq \f(ΔΦ,R总)＝eq \f(BL2,R＋r)，C错误；Em＝eq \f(1,2)BL2ω，线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\f(Em,\r(2)),R＋r)))2·R·eq \f(2π,ω)＝eq \f(πB2ωL4R,4R＋r2)，D正确．]