2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述 新人教版.doc

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2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述 新人教版 1．風(fēng)力發(fā)電機(jī)為一種新能源產(chǎn)品，功率為200 W到15 kW，廣泛應(yīng)用于分散住戶．若風(fēng)力發(fā)電機(jī)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈通過中性面時(shí)，下列說法正確的是(　　)． A．穿過線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 B．穿過線圈的磁通量等于零，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 C．穿過線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零 D．穿過線圈的磁通量等于零，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零 解析　當(dāng)線圈通過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，但此時(shí)穿過線圈的磁通量最大；當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時(shí)，穿過線圈的磁通量為零，但此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大． 答案　C 2．如圖1所示，面積均為S的單匝線圈繞其對(duì)稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢(shì)e＝BSωsin ωt的圖是(　　)． 圖1 解析　線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸(軸在線圈所在平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的正弦交變電動(dòng)勢(shì)為e＝BSωsin ωt，由這一原理可判斷，A圖中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e＝BSωsin ωt；B圖中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不在線圈所在平面內(nèi)；C、D圖轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁場(chǎng)方向平行，而不是垂直． 答案　A 3．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em.設(shè)t＝0時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)平行，當(dāng)線圈的匝數(shù)增加一倍，轉(zhuǎn)速也增大一倍，其他條件不變時(shí)，交流電的電動(dòng)勢(shì)為(　　) A．e＝2Emsin 2ωt　　　　　　　　　 B．e＝4Emsin 2ωt C．e＝Emsin 2ωt D．e＝4Emcos 2ωt 解析 Em＝nBSω所以當(dāng)S和ω都增大一倍時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的最大值增大到原來的4倍，再考慮到，相位與ω的關(guān)系所以選項(xiàng)D正確． 答案 D 4．一小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2所示．矩形線圈與阻值為10 Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，若不計(jì)線圈電阻，下列說法中正確的是(　　)． 圖2 A．t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零 B．t2時(shí)刻感應(yīng)電流方向發(fā)生變化 C．t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大 D．交變電流的有效值為 A 解析　在t1時(shí)刻電動(dòng)勢(shì)為零，通過線圈的磁通量最大，A錯(cuò)誤；t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈與中性面垂直，電流方向不變，B錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率成正比；t3時(shí)刻電動(dòng)勢(shì)為零，因而通過線圈的磁通量變化率也為零，C錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)的有效值是10 V，由全電路歐姆定律可得電流的有效值是 A，D正確． 答案　D 5．如圖3所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)矩形單匝線圈abcd，ab邊與磁場(chǎng)垂直，MN邊始終與金屬滑環(huán)K相連，PQ邊始終與金屬滑環(huán)L相連．金屬滑環(huán)L、電流表A、定值電阻R、金屬滑環(huán)K通過導(dǎo)線串聯(lián)．使矩形線圈以恒定角速度繞過bc、ad中點(diǎn)的軸旋轉(zhuǎn)．下列說法中不正確的是 (　　)． 圖3 A．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度越大，電流表A的示數(shù)越大 B．線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)，流經(jīng)定值電阻R的電流最大 C．線圈平面與磁場(chǎng)垂直時(shí)，流經(jīng)定值電阻R的電流最大 D．電流表A的示數(shù)隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化 解析　令矩形單匝線圈abcd的電阻為r，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和交變電流的有效值定義得，交變電流的最大值為Im＝，電流表顯示的是有效值I＝，所以，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度越大，電流表A的示數(shù)越大，A對(duì)，D錯(cuò)；線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，故流經(jīng)定值電阻R的電流最大，B對(duì)，C錯(cuò)． 答案　CD 6．小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖5所示．此線圈與一個(gè)R＝10 Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，不計(jì)電路的其他電阻．下列說法中正確的是(　　)． A．交變電流的周期為0.125 s B．交變電流的頻率為8 Hz C．交變電流的有效值為 A D．交變電流的最大值為4 A 解析　由et圖象可知，交變電流的周期為0.25 s，故頻率為4 Hz，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤．根據(jù)歐姆定律可知交變電流的最大值為2 A，故有效值為 A，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤． 答案　C 7．一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖4甲所示，則下列說法中正確的是(　　) 圖4 A．t＝0時(shí)刻線圈平面與中性面垂直 B．t＝0.01 s時(shí)刻Φ的變化率達(dá)到最大 C．0.02 s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大 D．該線圈相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圖象如圖乙所示 解析 由Φ－t圖知，在t＝0時(shí)，Φ最大，即線圈處于中性面位置，此時(shí)e＝0，故A、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤；由圖知T＝0.04 s，在t＝0.01 s時(shí)，Φ＝0，最大，e最大，則B項(xiàng)正確；在t＝0.02 s時(shí)，Φ最大，＝0，e＝0，則C項(xiàng)錯(cuò)． 答案 B 8．電阻R1、R2和交流電源按照?qǐng)D甲所示方式連接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω.合上開關(guān)S后，通過電阻R2的正弦交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖乙所示，則(　　) 圖5 A．通過R1的電流的有效值是1.2 A B．R1兩端的電壓有效值是6 V C．通過R2的電流的有效值是1.2 A D．R2兩端的電壓有效值是6 V 解析 由題圖知流過R2交流電電流的最大值I2m＝0.6 A，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由U2m＝I2mR2＝12 V，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；因串聯(lián)電路電流處處相同，則I1m＝0.6 A，電流的有效值I1＝＝0.6 A，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；由U1＝I1R1＝6 V，故選項(xiàng)B正確． 答案 B 9．一臺(tái)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示，其中N、S是永久磁鐵的兩個(gè)磁極，它們的表面呈半圓柱面形狀．M是圓柱形鐵芯，鐵芯外套有一矩形線圈，線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場(chǎng)．若從圖示位置開始計(jì)時(shí)電動(dòng)勢(shì)為正值，下列圖象中能正確反映線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化規(guī)律的是(　　)． 圖6 解析　由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部相對(duì)兩磁極為表面呈半圓柱面形狀，磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場(chǎng)，所以距轉(zhuǎn)軸距離相等的各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知回路中產(chǎn)生大小恒定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到豎直位置時(shí)，回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相反，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確． 答案　D 9．如圖7所示，電阻為r的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸以某一角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．t＝0時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)垂直，各電表均為理想交流電表，則(　　) 圖7 A．t＝0時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 B．1 s內(nèi)電路中的電流方向改變了次 C．滑片P向下滑動(dòng)時(shí)，電壓表的讀數(shù)不變 D．線圈勻速運(yùn)動(dòng)的角速度ω變大時(shí)，電流表的讀數(shù)也變大 解析 由題意可知：線圈在t＝0時(shí)處于中性面位置，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小為0，A錯(cuò)；1 s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過圈，每一圈電流方向改變兩次，所以電流方向改變次數(shù)為，B錯(cuò)；電壓表測(cè)量的是路端電壓，P向下滑時(shí)，外電阻R阻值增加，電壓表示數(shù)增大，C錯(cuò)；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)速度ω增大時(shí)，由E＝BSω得，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值增加，電流有效值也增加，即電流表示數(shù)增加，D對(duì)． 答案 D 11．一只電飯煲和一臺(tái)洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電壓u＝311sin 314t V的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計(jì))，均正常工作．用電流表分別測(cè)得通過電飯煲的電流是5.0 A，通過洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流是0.50 A，則下列說法中正確的是(　　)． A．電飯煲的電阻為44 Ω，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440 Ω B．電飯煲消耗的電功率為1 555 W，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為155.5 W C．1 min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6104 J，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6103 J D．電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍 解析　電飯煲可看做純電阻用電器，其電阻為R＝＝ Ω＝44 Ω，洗衣機(jī)是非純電阻用電器，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻R≠ Ω＝440 Ω，A錯(cuò)誤；電飯煲消耗的電功率為P＝UI＝2205.0 W＝1 100 W，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為P′＝UI′＝2200.5 W＝110 W，B錯(cuò)；1 min內(nèi)電飯煲消耗的電能為W＝Pt＝1 100160 J＝6.6104 J，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為W′＝P′t＝110160 J＝6.6103 J，C正確；洗衣機(jī)是非純電阻用電器，其電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率無法計(jì)算，D錯(cuò)誤． 答案　C 12．圖1是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖．在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞OO′轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路．圖2是線圈的主視圖，導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示．已知ab長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，bc長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，線圈以恒定角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．(只考慮單匝線圈) 圖8 (1)線圈平面處于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1的表達(dá)式； (2)線圈平面處于與中性面成φ0夾角位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，如圖3所示，試寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2的表達(dá)式； (3)若線圈電阻為r，求線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．(其它電阻均不計(jì)) 解析：(1)矩形線圈abcd轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，只有ab和cd切割磁感線，設(shè)ab和cd的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為v，則 v＝ω① 在t時(shí)刻，導(dǎo)線ab和cd因切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為 E1＝BL1vy② 由圖可知vy＝vsin ωt③ 則整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 e1＝2E1＝BL1L2ωsin ωt④ (2)當(dāng)線圈由圖3位置開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，在t時(shí)刻整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0)⑤ (3)由閉合電路歐姆定律可知 I＝⑥ E＝＝⑦ 則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周在R上產(chǎn)生的焦耳熱為 QR＝I2RT⑧ 其中T＝⑨ 于是QR＝πRω2⑩ 答案：(1)e1＝2E1＝BL1L2ωsin ωt (2)e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0) (3)πRω2