七年高考(2011-2017)高考物理試題分項精析 專題33 交變電流的產生以及描述

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1、 專題33 交變電流的產生以及描述 一、單項選擇題 1.【2011·安徽卷】如圖所示的區(qū)域內有垂直于紙面的勻強磁場,磁感應強度為B。電阻為R、半徑為L、圓心角為45°的扇形閉合導線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉動(O軸位于磁場邊界)。則線框內產生的感應電流的有效值為 A. B. C. D. 【答案】D 【考點定位】交流電的有效值, 2.【2011·天津卷】在勻強磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉軸勻速轉動,如圖1所示,產生的交變電動勢的圖象如圖2所示,則 A.t =0.005s時線框的磁通量變化率為零 B.t

2、=0.01s時線框平面與中性面重合 C.線框產生的交變電動勢有效值為311V D.線框產生的交變電動勢的頻率為100Hz 【答案】B 【解析】由圖2可知,該交變電動勢瞬時值的表達式為。當t=0.005s時,瞬時值e=311V,此時磁通量變化率最大,A錯;同理當t=0.01s時,e=0V,此時線框處于中性面位置,磁通量最大,磁通量的變化率為零,B正確;對于正弦交變電流其有效值為Emax/ ,題給電動勢的有效值為220V,C錯;交變電流的頻率為f=1/T=ω/2π=50Hz,D錯。 【考點定位】交流電的產生,交流電圖像 3.【2012·北京卷】一個小型電熱器若接在輸出電壓為10V的直流

3、電源上,消耗電功率為P;若把它接在某個正弦交流電源上,其消耗的電功率為.如果電熱器電阻不變,則此交流電源輸出電壓的最大值為 A.5V B.5V C.10V D.10V 【答案】C 【考點定位】本題考查了交變電流的有效值 4.【2013·海南卷】如圖所示,水平桌面上固定有一半徑為R的金屬細圓環(huán),環(huán)面水平,圓環(huán)每單位長度的電阻為r,空間有一勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向豎直向下;一長度為2R、電阻可忽略的導體棒置于圓環(huán)左側并與環(huán)相切,切點為棒的中點。棒在拉力的作用下以恒定加速度a從靜止開始向右運動,運動過程中棒與圓環(huán)接觸良好。下列說法正確的是

4、A.拉力的大小在運動過程中保持不變 B.棒通過整個圓環(huán)所用的時間為 C.棒經(jīng)過環(huán)心時流過棒的電流為 D.棒經(jīng)過環(huán)心時所受安培力的大小為 【答案】D 【解析】導體棒做勻加速運動,合外力恒定,由于受到的安培力隨速度變化而變化,故拉力一直在變,A錯誤;設棒通過整個圓環(huán)所用時間為t,由勻速直線運動的基本關系式可知,,解得運動時間:,B錯誤;由可知,棒經(jīng)過圓心時的速度,此時的感應電動勢,而金屬環(huán)的兩部分并聯(lián),等效電阻,故棒經(jīng)過環(huán)心時的電流強度,C錯誤,此時棒受到的安培力的大小,D正確 【考點定位】考查電磁感應、電路問題牛頓運動定委玎結合問題。 5.【2013·福建卷】如圖,實驗室一臺手搖交

5、流發(fā)電機,內阻r=1.0Ω,外接R=9.0Ω的電阻。閉合開關S,當發(fā)動機轉子以某一轉速勻速轉動時,產生的電動勢e=(V),則( ) A.該交變電流的頻率為10Hz B.該電動勢的有效值為V C.外接電阻R所消耗的電功率為10W D.電路中理想交流電流表的示數(shù)為1.0A 【答案】D 【考點定位】考查了交變電流的有關知識、焦耳定律、閉合電路歐姆定律的應用問題,難度中等。 6.【2015·全國新課標Ⅱ·15】如圖,直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中,磁感應強度大小為B,方向平行于ab邊向上。當金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉動時,a、

6、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc。已知bc邊的長度為l。下列判斷正確的是 A.Ua> Uc,金屬框中無電流 B.Ub >Uc,金屬框中電流方向沿a-b-c-a C.Ubc=-Bl2ω,金屬框中無電流 D.Ubc=Bl2ω,金屬框中電流方向沿a-c-b-a 【答案】C 【考點定位】導體切割磁感線 【方法技巧】本題主要是理解感應電流產生的實質,有感應電流一定有感應電動勢,而有感應電動勢不一定有電流的。本題有兩根導體棒切割磁感線,但穿過閉合線圈的磁通理沒變。 7.【2015·四川·4】小型手搖發(fā)電機線圈共N匝,每匝可簡化為矩形線圈abcd,磁極間的磁場視為勻強磁場,

7、方向垂直于線圈中心軸OO′,線圈繞OO′勻速轉動,如圖所示。矩形線圈ab邊和cd邊產生的感應電動勢的最大值都為e0,不計線圈電阻,則發(fā)電機輸出電壓 A.峰值是e0 B.峰值是2e0 C.有效值是 D.有效值是 【答案】D 【解析】由題意可知,線圈ab邊和cd邊產生的感應電動勢的最大值都為e0,因此對單匝矩形線圈總電動勢最大值為2e0,又因為發(fā)電機線圈共N匝,所以發(fā)電機線圈中總電動勢最大值為2Ne0,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,在不計線圈內阻時,輸出電壓等于感應電動勢的大小,即其峰值為2Ne0,故選項A、B錯誤;又由題意可知,若從圖示位置開始計

8、時,發(fā)電機線圈中產生的感應電流為正弦式交變電流,由其有效值與峰值的關系可知,U=,即U=,故選項C錯誤;選項D正確。 【考點定位】對正弦式交變電流的產生原理的理解,以及其四值運算、閉合電路歐姆定律的應用。 8.【2013·海南卷】通過一阻值R=100Ω的電阻的交變電流如圖所示,其周期為1s。電阻兩端電壓的有效值為 A.12V B.4V C.15V D.8V 【答案】 B 【考點定位】考查交流電的有效值和歐姆定律。 二、多項選擇題 1.【2011·四川卷】如圖所示,在勻強磁場中勻速轉動的矩形線

9、圈的周期為T,轉軸O1O2垂直于磁場方向,線圈電阻為2Ω。從線圈平面與磁場方向平行時開始計時,線圈轉過60o時的感應電流為1A。那么 A.線圈消耗的電功率為4W B.線圈中感應電流的有效值為2A C.任意時刻線圈中的感應電動勢為e=4cos D.任意時刻穿過線圈的磁通量為ф=sin 【答案】AC 【考點定位】正弦式電流的最大值和有效值、周期和頻率;交流的峰值、有效值以及它們的關系. 2.【2012·廣東卷】某小型發(fā)電機產生的交變電動勢為,對此電動勢,下列表述正確的有 A.最大值是 B.頻率是100Hz C.有效值是 D.周

10、期是0.02s 【答案】CD 【解析】由電動勢的表達式可知,最大值為,而有效值為:,A錯誤C正確;,故,周期,B錯誤D正確。故選CD 【考點定位】本題考查了交變電流的表達式以及有效值等相關知識 3.【2015·全國新課標Ⅰ·19】1824年,法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”。實驗中將一銅圓盤水平放置,在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針,如圖所示。實驗中發(fā)現(xiàn),當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時,磁針也隨著一起轉動起來,但略有滯后。下列說法正確的是 A.圓盤上產生了感應電動勢 B.圓盤內的渦電流產生的磁場導致磁針轉動 C.在圓盤轉動的過程中,

11、磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化 D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流,此電流產生的磁場導致磁針轉動 【答案】AB 【考點定位】 電磁感應 【規(guī)律總結】把握磁通量的變化才是關鍵,根據(jù)對稱性,圓盤磁通量始終等于零,無磁通量變化。 4.【2014·天津卷】如圖1所示,在勻強磁場中,一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉速,繞與磁感線垂直的軸勻速轉動,產生的交變電動勢圖象如圖2中曲線a、b所示,則 A.兩次t=0是時刻線圈平面均與中性面重合 B.曲線a、b對應的線圈轉速之比為2:3 C.曲線a表示的交變電動勢頻率為25Hz D.曲線b表示的交變電動勢有效值為10

12、V 【答案】AC 【解析】線圈位于中性面時,磁通量最大、電動勢為零,所以選項A正確;轉速之比等于周期的反比,故該比值為3:2,故選項B錯誤;頻率為周期的倒數(shù),即,a的周期為0.04s,頻率為25Hz,所以選項C正確;正弦交流電動勢的有效值為,已知,且,故可知,所以選項D錯誤。 【考點定位】交流電的產生、交流電的有效值 5.【2017·天津卷】在勻強磁場中,一個100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉動,穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規(guī)律變化。設線圈總電阻為2 Ω,則 A.t=0時,線圈平面平行于磁感線 B.t=1 s時,線圈中的電流改變方向 C.t=1.

13、5 s時,線圈中的感應電動勢最大 D.一個周期內,線圈產生的熱量為 【答案】AD 【考點定位】交變電流的規(guī)律和“四值問題” 【名師點睛】本題要正確理解正弦交變電流的規(guī)律和法拉第電磁感應定律。 三、非選擇題 1.【2012·安徽卷】圖1是交流發(fā)電機模型示意圖。在磁感應強度為的勻強磁場中,有一矩形線圖abcd可繞線圈平面內垂直于磁感線的軸OO’轉動,由線圈引起的導線ae和df分別與兩個跟線圈一起繞OO’轉動的金屬圈環(huán)相連接,金屬圈環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸,這樣矩形線圈在轉動中就可以保持和外電話電阻形成閉合電路。圖2是線圈的住視圖,導線ab和cd分別用它們的橫截面來表示

14、。已知ab長度為L1,bc長度為L2,線圈以恒定角速度ω逆時針轉動。(只考慮單匝線圈) (1)線圈平面處于中性面位置時開始計時,試推導t時刻整個線圈中的感應電動勢e1的表達式; (2)線圈平面處于與中性面成φ0夾角位置時開始計時,如圖3所示,試寫出t時刻整個線圈中的感應電動勢e2的表達式; (3)若線圈電阻為r,求線圈每轉動一周電阻R上產生的焦耳熱。(其它電阻均不計) 【答案】(1);(2);(3) 【考點定位】此題考查交變電流的相關知識 2.【2012·江蘇卷】某興趣小組設計了一種發(fā)電裝置,如圖所示. 在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區(qū)域的圓心角琢均為49仔,磁場均沿半徑方向. 匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長ab =cd =、bc =ad=2. 線圈以角速度棕繞中心軸勻速轉動,bc和ad邊同時進入磁場. 在磁場中,兩條邊所經(jīng)過處的磁感應強度大小均為B、方向始終與兩邊的運動方向垂直。線圈的總電阻為r,外接電阻為R。求: (1)線圈切割磁感線時,感應電動勢的大小Em; (2)線圈切割磁感線時,bc邊所受安培力的大小F; (3)外接電阻上電流的有效值I。 【答案】(1) (2)(3) 【考點定位】本題考查電磁感應、交流電及其相關知識 10

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