2019屆高考物理一輪復習 第十章 交變電流 傳感器 課時作業(yè)32 交變電流的產生及描述.doc

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課時作業(yè)（三十二）交變電流的產生及描述 [基礎小題練] 1．(2018江蘇無錫高三上學期質檢)兩個完全相同的電熱器，分別通圖甲、乙所示的峰值相等的矩形交變電流和正弦式交變電流，則這兩個電熱器的電功率之比為P甲∶P乙等于(　　) A.∶1 B．2∶1 C．4∶1 D．1∶1 【解析】　矩形交變電流的有效值I1＝Im，正弦式交變電流的有效值I2＝，根據電功率公式P＝I2R得P甲∶P乙＝I∶I＝I∶2＝2∶1，故選項B正確． 【答案】　B 2．(2018上海靜安區(qū)一模)如圖所示，虛線上方是有界勻強磁場，扇形導線框繞垂直于框面的軸O以角速度ω沿逆時針方向勻速轉動，線框中感應電流方向以逆時針方向為正，則下圖中能正確反映線框轉動一周過程中感應電流隨時間變化的圖象是(　　) 【解析】　當線框進入磁場時，通過線框的磁通量的變化率不變，即感應電動勢及感應電流大小不變，由右手定則可知，電流方向為逆時針方向，為正值，當線框全部進入磁場后，通過線框的磁通量不變，線框中無感應電流，故A正確，B、C、D錯誤． 【答案】　A 3．在一周期性變化的勻強磁場中有一圓形閉合線圈，線圈平面與磁場垂直，如圖甲所示，規(guī)定圖中磁場方向為正．已知線圈的半徑為r、匝數為N，總電阻為R，磁感應強度的最大值為B0，變化周期為T，磁感應強度按圖乙所示變化．則下列說法正確的是(　　) A．該線圈0～電流的大小為 B．該線圈0～電流的大小為 C．該線圈在一個周期T內線圈產生的焦耳熱為 D．該線圈在一個周期T內線圈產生的焦耳熱為 【解析】　在0～內感應電動勢：E＝N 磁通量的變化：ΔΦ＝B0πr2 解得：E＝ 線圈中感應電流的大?。篒＝＝ 在0～和～T兩個時間段內產生的熱量相同，有 Q1＝Q3＝I2R，故A對，B錯； 在～時間內產生的熱量：Q2＝I2R 一個周期內產生的總熱量： Q＝Q1＋Q2＋Q3＝，故C對，D錯． 【答案】　AC 4．如圖甲所示，標有“220 V　40 W”的燈泡和標有“20 μF 300 V”的電容器并聯(lián)到交流電源上，為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關．下列判斷正確的是(　　) A．t＝時刻，的示數為零 B．燈泡恰好正常發(fā)光 C．電容器不可能被擊穿 D.的示數保持110 V不變 【解析】　的示數應是電壓的有效值220 V，故A、D錯；電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓，燈泡正常發(fā)光，B正確；電壓的峰值Um＝220 V≈311 V，大于電容器的耐壓值，故有可能被擊穿，C錯． 【答案】　B 5．一個U形金屬線框在勻強磁場中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉動，通過導線給同一電阻R供電，如圖甲、乙所示．其中甲圖中OO′軸右側有磁場，乙圖中整個空間均有磁場，兩磁場感應強度相同．則甲、乙兩圖中交流電流表的示數之比為(　　) A．1∶ B．1∶2 C.1∶4 D．1∶1 【解析】　題圖甲中的磁場只在OO′軸的右側，所以線框只在半周期內有感應電流產生，如圖丙，電流表測得是有效值，所以I＝.題圖乙中的磁場布滿整個空間，線框中產生的感應電流如圖丁，所以I′＝，則I∶I′＝1∶，即A正確． 【答案】　A 6．如圖所示，N匝矩形導線框以角速度ω在磁感應強度為B的勻強磁場中繞軸OO′勻速轉動，線框面積為S，線框的電阻為r，外電路接有電阻R、理想電流表和二極管D.二極管D具有單向導電性，即正向電阻為零，反向電阻無窮大．下列說法正確的是(　　) A．圖示位置電流表示數為0 B．R兩端電壓的有效值U＝NBSω C．交流電流表的示數 D．一個周期內通過R的電荷量 【解析】　 由題圖可知，電流表示數為有效值，而非瞬時值，選項A錯；因為二極管D具有單向導電性，則通過R的電流為正弦交流電的一半，感應電動勢的瞬時值如圖所示，設感應電動勢的有效值為E，則E＝NBSω，電流的有效值I＝＝，選項B錯，C對；在一個周期內，只有半個周期的時間有電流通過R，故一個周期內通過R的電荷量為q＝，選項D錯． 【答案】　C [創(chuàng)新導向練] 7．電磁感應原理與交變電流知識的應用——電吉他 電吉他是利用電磁感應原理工作的一種樂器．如圖甲所示為電吉他的拾音器的原理圖，在金屬弦的下方放置有一個連接到放大器的螺線管．一條形磁鐵固定在管內，當撥動金屬弦后，螺線管內就會產生感應電流，經一系列轉化后可將電信號轉為聲音信號．若由于金屬弦的振動，螺線管內的磁通量Φ隨時間t的變化如圖乙所示，則螺線管內感應電流i隨時間t變化圖象為(　　) 【解析】　由法拉第電磁感應定律，則螺線管內感應電流隨時間t變化圖象為B. 【答案】　B 8．考查從發(fā)電機到用電器(燈泡)之間的關系 手搖發(fā)電機產生的正弦交流電經變壓器給燈泡L供電，其電路如圖所示．當線圈以角速度ω勻速轉動時，電壓表示數為U，燈泡正常發(fā)光．已知發(fā)電機線圈的電阻為r，燈泡正常發(fā)光時的電阻為R，其他電阻可忽略，變壓器原線圈與副線圈的匝數比為k，變壓器可視為理想變壓器．則(　　) A．燈泡的額定電壓為 B．燈泡的額定功率為 C．發(fā)電機的線圈中產生的電動勢最大值為U D．從中性面開始計時，原線圈輸入電壓的瞬時值表達式為u＝Usin ωt 【解析】　由變壓公式可知，變壓器副線圈輸出電壓為U2＝，燈泡正常發(fā)光，說明燈泡的額定電壓為，選項A正確；燈泡的額定功率為P＝＝，選項B錯誤；設發(fā)電機的線圈中產生的電動勢最大值為Em，有效值為E＝，由閉合電路歐姆定律，E＝U＋Ir，IU＝，聯(lián)立解得：Em＝U，選項C錯誤；從中性面開始計時，原線圈輸入電壓的瞬時值表達式為u＝Usin ωt，選項D正確． 【答案】　AD 9．科學探索——“再生能源裝置”汽車的結構原理 有人為汽車設計的“再生能源裝置”原理示意圖如圖所示，當汽車減速時，線圈受到磁場的阻力作用幫助汽車減速，同時產生電能儲存?zhèn)溆茫O在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成有理想邊界的兩扇形磁場區(qū)域的圓心角均為α＝90，磁場均沿半徑方向，bc和ad邊在磁場中任一位置的磁感應強度大小均為B，矩形線圈abcd(d點未顯示出)的匝數為n，邊長ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l，線圈的總電阻為r.某次測試時，外接電阻R和理想交流電流表A，外力使線圈以角速度ω逆時針勻速轉動，不計線圈轉動軸處的摩擦．則下列說法正確的是(　　) A．電流表的示數為 B．電流表的示數為 C．外力做功的平均功率為 D．外力做功的平均功率為 【解析】　線圈切割磁感線產生的電動勢為e＝2nBl2ω，由于半個周期無電動勢，電動勢的有效值為E＝nBl2ω，所以電流表的示數為I＝＝，外力做功的平均功率為P＝＝，所以B、C正確，A、D錯誤． 【答案】　BC 10．簡易發(fā)電機的結構及工作原理 有一種自行車，它有能向自行車車頭燈泡供電的小型發(fā)電機，其原理示意圖如圖甲所示；圖中N、S是一對固定的磁極，磁極間有一固定在絕緣轉軸上的矩形線圈，轉軸的一端有一個與自行車后輪邊緣接觸的摩擦輪．如圖乙所示，當車輪轉動時，因摩擦而帶動摩擦輪轉動，從而使線圈在磁場中轉動而產生電流給車頭燈泡供電．關于此裝置，下列說法正確的是(　　) A．自行車勻速行駛時線圈中產生的是交流電 B．小燈泡亮度與自行車的行駛速度無關 C．知道摩擦輪和后輪的半徑，就可以知道后輪轉一周的時間里摩擦輪轉動的圈數 D．線圈匝數越多，穿過線圈的磁通量的變化率越大 【解析】　摩擦輪帶動線圈在磁場中繞垂直于磁感線的軸轉動，產生交流電，故A正確；行駛速度會影響感應電動勢的大小，所以影響燈泡的亮度，故B錯誤；摩擦輪和后輪屬于皮帶傳動，具有相同的線速度，如果知道了半徑關系，就能知道角速度關系，也就能知道轉速關系，故C正確；線圈匝數不影響線圈的磁通量的變化率的大小，故D錯誤． 【答案】　AC [綜合提升練] 11.如圖，勻強磁場的磁感應強度B＝0.5 T，邊長為L＝10 cm的正方形線圈abcd共N＝100匝，線圈電阻r＝1 Ω.線圈繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉動，轉動的角速度ω＝2π rad/s，外電路電阻R＝4 Ω. (1)求交流電表的示數；由圖示位置轉過60角時的感應電動勢的值； (2)取π2＝10，求線圈轉動一周電流產生的總熱量； (3)由圖示位置開始，求在線圈轉過周期的時間內通過電阻R的電荷量． 【解析】　(1)感應電動勢的最大值，Em＝NBL2ω＝1000.50.122π V＝3.14 V 電流的最大值Im＝＝0.63 A 電流的有效值I＝＝0.44 A 交流電壓表的示數U＝IR＝1.76 V 轉過60時的瞬時感應電動勢e＝Emcos 60＝3.140.5 V＝1.57 V. (2)周期T＝＝1 s 線圈轉動一周產生的熱量Q＝I2(R＋r)T聯(lián)立解得Q＝1 J. (3)Δt＝T內通過電阻R的電荷量q＝Δt ＝，＝N，ΔΦ＝BL2－0，聯(lián)立解得q＝0.1 C. 【答案】　(1)1.76 V　1.57 V　(2)1 J　(3)0.1 C 12．如圖甲所示，發(fā)光竹蜻蜓是一種常見的兒童玩具，它在飛起時能夠持續(xù)閃爍發(fā)光．某同學對竹蜻蜒的電路做如下簡化：如圖乙所示，半徑為L的導電圓環(huán)繞垂直于圓環(huán)平面、通過圓心O的金屬軸O1O2以角速度ω勻速轉動，圓環(huán)上接有電阻均為r的三根金屬輻條OP、OQ、OR，輻條互成120角．在圓環(huán)左半部分分布著垂直圓環(huán)平面向下、磁感應強度為B的勻強磁場，在轉軸O1O2與圓環(huán)的邊緣之間通過電刷N、M與一個LED燈相連(假設LED燈電阻恒為r)．其他電阻不計，從輻條OP進入磁場開始計時． (1)在輻條OP轉過60的過程中，求通過LED燈的電流； (2)求圓環(huán)每旋轉一周，LED燈消耗的電能； (3)為使LED燈閃爍發(fā)光時更亮，可采取哪些改進措施？(請寫出三條措施) 【解析】　(1)在輻條OP轉過60的過程中，OP、OQ均處在磁場中，電路的電動勢為 E＝BL2ω電路的總電阻為R＝＋＝r 由閉合電路歐姆定律，電路的總電流為I＝＝ 通過LED燈的電流I1＝I＝ (2)設圓環(huán)轉動一周的周期為T，在輻條OP轉過60的過程中，LED燈消耗的電能Q1＝Ir在輻條OP轉過60～120的過程中，僅OP處在磁場中，電路的電動勢為E′＝BL2ω 電路的總電阻為R′＝r＋＝ 由閉合電路歐姆定律知，電路的總電流為I′＝＝ 通過LED燈的電流I′1＝I′＝LED燈消耗的電能Q2＝I′r 圓環(huán)每旋轉一周，LED燈消耗的電能發(fā)生三次周期性變化，則Q＝3(Q1＋Q2)＝ . (3)例如：增大角速度，增強磁場，增加輻條的長度，減小輻條的電阻、增加輻條數量等． 【答案】　(1)　(2)　(3)見解析