(附加10套高考模拟卷)高考物理总复习(教科版)：第十一章交变电流传感器第1课时交变电流的产生和描述

第十一章 交变电流 传感器

第1课时 交变电流的产生和描述

1.(2018·河南洛阳模拟)(多选)图中闭合金属线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动,能产生正弦交变电流的是( AD

)

解析A图中,虽然只有一半金属线圈在磁场中,但是始终有一边切割磁感线,转动过程中感应电动势连续按照正弦规律变化,故A正确,B图中,线圈转动,磁通量不变,无感应电流,故B错误,C图中,只有半周有电流,不能产生正弦交变电流,故C错误,D图中,转轴垂直于磁场,转动过程中,有效面积为线圈面积的一半,能产生正弦交变电流,故D正确.

2.(2018·贵州铜仁模拟)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动,产生的交流电动势的最大值为Em.设t=0时线圈平面与磁场平行,当线圈的匝数增加一倍,转速也增大一倍,其他条件不变时,交变电流的电动势为( D )

A.e=2Emsin 2ωt B.e=4Emsin 2ωt

C.e=Emsin 2ωt D.e=4Emcos 2ωt

解析Em=NBSω,ω=2πn,当线圈的匝数和转速都增大为原来的2倍时,电动势最大值增大为原来的4倍,计时起点为垂直中性面位置,则e=4Emcos 2ωt.

3.(2018·北京模拟)如图所示的空间存在一匀强磁场,其方向垂直于纸面向里,磁场的右边界为MN,在MN右侧有一矩形金属线圈abcd,ab边与MN重合.现使线圈以ab边为轴按图示方向匀速转动(从上往下看为顺时针转动),将a,b两端连到示波器的输入端,若ab边中电流从a到b为正,则从示波器观察到的ab中电流随时间变化的图形是( D

)

解析先将右侧磁场补全,即矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,会产生正弦交变电流,由楞次定律可知,电流从0开始,沿负向,可画出完整电流随时间变化的图形,在此基础上,去掉右侧磁场,故需将完整图形中每个周期的前周期及后周期图形去掉,选项D正确.

4.(2018·甘肃天水模拟)如图所示,是一个匝数n=10的线圈在匀强磁场中沿垂直于磁场方向的固定轴转动时,通过线圈平面的磁通量随时间变化的图像.关于线圈中的感应电动势,以下说法正确的是( B )

A.在t1=0.1 s时,线圈中的感应电动势最大

B.在t2=0.2 s时,线圈中的感应电动势最大

C.在t3=0.2 s时,线圈位于中性面位置

D.在t4=0.4 s时,线圈中的感应电动势改变方向

解析由图像可知,在t1=0.1 s时刻,线圈中的磁通量最大,线圈转到中性面位置,感应电动势为零,故A错误;在t2=0.2 s时刻,线圈中的磁通量为零,线圈平面跟磁场平行,感应电动势最大,故B正确,C错误;t4=0.4 s时刻前后,线圈中的感应电动势的方向不变,故D错误.

5.(2018·河南焦作模拟)如图所示的交变电流,最大值为Im,周期为T,则下列有关该交变电流的有效值I,判断正确的是( B

)

A.I= B.I<

C.I> D.以上均不正确

解析正弦交变电流的最大值与有效值之间的关系为I有=,从图像可以看出,正弦交变电流的每一时刻的电流都比题中的电流大,所以正弦交变电流的有效值也比题中交变电流的有效值大,即I<,故 B 正确.

6.(2018·河北唐山模拟)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(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,两磁场磁感应强度相同.则(甲)、(乙)两图中交流电流表的示数之比为( A

)

A.1∶ B.1∶2

C.1∶4 D.1∶1

解析题图(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I∶I′=1∶.

7.(2018·四川自贡模拟)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图(甲)所示.已知发电机线圈内阻为5.0 Ω,外接电阻为95.0 Ω的灯泡,如图(乙)所示,则( C

)

A.电压表的示数为220 V

B.电路中的电流方向每秒钟改变50次

C.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J

D.线圈在如图(乙)位置时,穿过线圈的磁通量为零,线圈的感应电动势也为零

解析由题图(甲)知电压峰值为220 V,周期为0.02 s,所以有效值为220 V,角速度ω==100π rad/s.电压表测的是路端电压有效值,U=·E=×220 V=209 V,A错误;交变电流的频率为50 Hz,每一周期电流方向改变两次,所以每秒电流方向改变100次,B错误;发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热Q=I2rt=()2×5×1 J=24.2 J,C正确;线圈在题图(乙)位置时,穿过线圈的磁通量为零,线圈的感应电动势最大,D错误.

8.(2018·宁夏吴忠模拟)如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω从中性面开始匀速转动,下列说法正确的是( C

)

A.转过时,线框中的电流方向为abcd

B.线框中感应电流的有效值为

C.从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量为

D.线框转一周的过程中,产生的热量为

解析转过的过程中,磁通量变小,产生的感应磁场的方向与原磁场方向相同,根据楞次定律可知,电流方向为adcb,故A错误;线框中产生的感应电动势最大值Em=BSω,感应电动势有效值E==BSω,电流的有效值I==,故B错误;由=,=,q=t得,电荷量q==,故C正确;T=,线框转一周的过程中,产生的热量Q=I2RT=,故D错误.

9.导学号 33实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型,正方形线圈在水平匀强磁场中,绕垂直于磁场的OO′轴匀速转动.在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表,并让线圈每秒转25圈,读出电压表的示数为10 V.已知R=10 Ω,线圈电阻忽略不计,下列说法正确的是( C )

A.线圈平面与磁场平行的时刻,线圈中的瞬时电流为零

B.从线圈平面与磁场平行开始计时,线圈中感应电流瞬时值表达式为i=sin 100πt(A)

C.流过电阻R的电流最大值为 A

D.电阻R上的热功率等于5 W

解析线圈位于图中位置时,磁通量为零,线圈中的瞬时电流最大,A错误;电压表示数为10 V,线圈内阻不计,则感应电动势的有效值为10 V,最大值为10 V,ω=25×2π rad/s=50π rad/s,则电流最大值为Im== A= A,所以从线圈平面与磁场平行开始计时,线圈中电流瞬时值表达式为i=cos 50πt(A),故B错误,C正确,电阻R上的热功率P热== W=10 W,D错误.

10.导学号 34(2018·甘肃兰州质检)(多选)电阻R1,R2与交流电源按照如图(甲)方式连接,R1=10 Ω,R2=20

Ω.合上开关S后,通过电阻R1的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图(乙)所示.则( AB )

A.R1两端的电压是6 V

B.R2两端的电压最大值是12 V

C.通过R2的电流最大值是1.2 A

D.若将该电源接到耐压值为18 V的电容器两端电压不会击穿电容器

解析从题图可以看出,通过两个电阻的电流的最大值为0.6 A,有效值是0.6 A,所以R2两端电压的有效值为12 V,最大电压是12 V,R1两端电压的有效值为6 V,最大电压是6 V,故电源电动势的有效值为18 V,最大值为18 V,故电容器被击穿.

11.导学号 35(2018·吉林四平模拟)(多选)在一小型交流发电机中,矩形金属线圈abcd的面积为S,匝数为n,线圈总电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕轴以角速度ω匀速转动[如图(甲)所示],产生的感应电动势随时间的变化关系如图(乙)所示,矩形线圈与阻值为R的电阻构成闭合电路,下列说法中正确的是( BD )

A.从t1到t3这段时间内穿过线圈磁通量的变化量为零 B.从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量为

C.t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率大小为E0

D.电阻R的发热功率为

解析t1到t3时间内,磁通量由BS变为反向BS,所以|ΔΦ|=2BS,故A错误;t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量q==,又E0=nBSω,则q=,故B正确;设t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率为,则E0=n,所以=,故C错误;电阻R的发热功率P热=()2·R,又E=,得P热=

,故D正确.

12.导学号 36(2018·黑龙江大庆模拟)如图(甲)所示,一固定的矩形导体线圈水平放置,线圈的两端接一只小灯泡,在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n=100,总电阻r=1.0 Ω,所围成矩形的面积S=0.040 m2,小灯泡的电阻R=9.0

Ω,磁感应强度随时间按如图(乙)所示的规律变化,线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e=nBmScos t,其中Bm为磁感应强度的最大值,T为磁场变化的周期,不计灯丝电阻随温度的变 化,求

(1)线圈中产生感应电动势的最大值;

(2)小灯泡消耗的电功率;

(3)在磁感应强度变化的0～时间内,通过小灯泡的电荷量.

解析(1)由图像知,Bm=1.0×10-2 T,T=3.14×10-2 s,所以Em=nBmSω=

=8.0 V.

(2)电流的最大值Im==0.80 A,

有效值I== A,

小灯泡消耗的电功率P=I2R=2.88 W.

(3)在0～时间内,电动势的平均值=,平均电流==流过灯泡的电荷量q=Δt==4.0×10-3 C.

答案(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10-3 C

13.导学号 37某兴趣小组设计了一种发电装置,如图所示.在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为π,磁场均沿半径方向.匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=l、bc=ad=2l.线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动,bc和ad边同时进入磁场.在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直.线圈的总电阻为r,外接电阻为R.求

(1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小Em;

(2)线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小F;

(3)外接电阻上电流的有效值I.

解析(1)bc,ad边的运动速度v=ω,

感应电动势Em=4NBlv

解得Em=2NBl2ω.

(2)电流Im=,安培力F=2NBIml,

解得F=.

(3)一个周期内,通电时间t=T;

R上产生的热量Q=Rt,且Q=I2RT,

解得I=.

答案(1)2NBl2ω (2) (3)