2022高考物理微專題79交變電流的產(chǎn)生和描述

1、第十二章交變電流微專題79交變電流的產(chǎn)生和描述1交變電流的產(chǎn)生往往與交變電流圖像結(jié)合出題，要能將交變電流的圖像與線圈的轉(zhuǎn)動過程一一對應(yīng)起來，分析電流、電動勢、磁通量的變化規(guī)律.2.交流電氣設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值、交流電壓表和電流表的測量值都是交變電流的有效值，只有正弦式交變電流的峰值才是有效值的倍1.(2020百師聯(lián)盟模擬四)某發(fā)電機(jī)的原理簡圖如圖1所示，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動以下說法正確的是()圖1A線圈經(jīng)過圖示位置時穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率為零B線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90后，小燈泡中的電流方向發(fā)生變化，電流逐漸變大C線圈轉(zhuǎn)動兩周，電流的方向改變2次D從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時，則

2、電動勢e隨時間變化的規(guī)律為eEsin t答案B解析線圈位于題圖位置時，與中性面垂直，穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大，A錯誤；線圈垂直于題圖位置時，處于中性面，電流的方向要發(fā)生改變，電流的大小從零開始逐漸變大，B正確；線圈轉(zhuǎn)動兩圈，電流的方向改變4次，故C錯誤；線圈從題圖位置開始計時，即從垂直中性面位置開始計時，電動勢e隨時間變化的規(guī)律為eEcos t，D錯誤2(多選)(2020廣東廣州市階段檢測)在同一勻強(qiáng)磁場中，兩個相同的矩形金屬線圈a、b分別繞線圈平面內(nèi)且與磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的圖像如圖2所示，則()圖2A線圈a的轉(zhuǎn)速是b的3倍B線圈b產(chǎn)生的電動勢最大值為

3、10 VCt0.01 s時，線圈a恰好經(jīng)過中性面Dt0.03 s時，線圈b恰好經(jīng)過中性面答案BD解析由題圖可知，則線圈a、b的轉(zhuǎn)速之比為32，故A錯誤；由于感應(yīng)電動勢最大值為EmNBSNBS2n，則，由題圖可知，a線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值為15 V，則b線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值為10 V，故B正確；由題圖可知，t0.01 s時，線圈a中感應(yīng)電動勢最大，則此時線圈a位于垂直中性面的位置，故C錯誤；t0.03 s時，線圈b中感應(yīng)電動勢為0，則此時線圈b恰好經(jīng)過中性面，故D正確3(2020百師聯(lián)盟模擬四)如圖3所示為一個單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的正弦式交變電流的

4、波形圖，若只將線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍，則()圖3A峰值變?yōu)?0 AB周期變?yōu)?.4 sC轉(zhuǎn)速變?yōu)?00 r/sD提高轉(zhuǎn)速前，在t0.05 s到t0.1 s時間內(nèi)，穿過線圈的磁通量逐漸增大答案A解析由題圖可知電流的瞬時表達(dá)式可表示為icos t，則峰值為10 A，周期為0.2 s，轉(zhuǎn)速n5 r/s，當(dāng)轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍時，則角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，周期變?yōu)樵瓉淼囊话耄逯底優(yōu)樵瓉淼?倍，即峰值變?yōu)?0 A，A正確；周期變?yōu)?.1 s，B錯誤；轉(zhuǎn)速變?yōu)?0 r/s，C錯誤；提高轉(zhuǎn)速前，t0.05 s到t0.1 s時間內(nèi)，電流逐漸增大，穿過線圈的磁通量逐漸減小，但變化率變大，D錯誤4.(2020甘肅

5、威武市三診)如圖4所示，矩形線圈處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向水平向右的勻強(qiáng)磁場中，線圈通過電刷與定值電阻R及理想電流表相連接，線圈繞中心軸線OO以恒定的角速度勻速轉(zhuǎn)動，t0時刻線圈位于與磁場平行的位置已知線圈的匝數(shù)為n，面積為S，阻值為r.則下列說法正確的是()圖4At0時刻流過電阻R的電流方向向左B線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式為enBSsin tC線圈轉(zhuǎn)動的過程中，電阻R兩端的電壓為D從t0時刻起，線圈轉(zhuǎn)過60時電阻R兩端的電壓為答案D解析t0時刻線圈與磁場方向平行，即線框的速度與磁場方向垂直，由右手定則可知，流過電阻R的電流方向向右，故A錯誤；從線圈與中性面垂直的位置開始計時，感應(yīng)電動勢隨

6、時間按正弦規(guī)律變化，且最大感應(yīng)電動勢EmnBS，所以感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為enBScos t，故B錯誤；線圈轉(zhuǎn)動的過程中，最大感應(yīng)電動勢EmnBS，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值為EnBS，因此電阻R兩端的電壓為U，故C錯誤；線圈從t0開始轉(zhuǎn)過60時，電阻R兩端的電壓為UR，故D正確5(多選)(2020安徽十校聯(lián)盟檢測)如圖5甲所示，小型交流發(fā)電機(jī)的單匝矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈與一個阻值為R9 的電阻構(gòu)成閉合電路，線圈的電阻r1 .從中性面開始計時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間按正弦規(guī)律變化(如圖乙所示)，則下列說法正確的是()圖5A線圈的轉(zhuǎn)速為2.5 r/minB

7、電壓表的示數(shù)為9 VC通過線圈的最大磁通量為 WbD從中性面轉(zhuǎn)過90通過電阻R的電荷量為 C答案BC解析線圈的轉(zhuǎn)速n r/s2.5 r/s，故A錯誤；電動勢的峰值Em20 V，其有效值E10 V，電壓表的示數(shù)為U9 V，故B正確；電動勢峰值表達(dá)式EmNmNm，解得m Wb Wb，故C正確；根據(jù)電磁感應(yīng)電荷量的推論公式得q C，故D錯誤6.(2020山東日照市校際聯(lián)考)電阻為R的單匝閉合金屬線框，在勻強(qiáng)磁場中繞著與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖6所示下列判斷正確的是()圖6A.時刻線框平面與中性面平行B穿過線框的磁通量最大為C線框轉(zhuǎn)一周外力做的功為D從t到t的過程中，線框的平

8、均感應(yīng)電動勢為答案B解析由題圖知時e最大，磁通量為零，線框平面垂直于中性面，A錯誤；由，最大電動勢E0nBS，故mBS，故B正確；轉(zhuǎn)動一周外力做功WQT，而E，解得WT，故C錯誤；從到T，平均電動勢，故D錯誤7.(多選)如圖7所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S，電阻為R，線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時下列說法正確的是()圖7A當(dāng)轉(zhuǎn)過60時，感應(yīng)電動勢的瞬時值為B當(dāng)轉(zhuǎn)過60時，感應(yīng)電流的瞬時值為C在轉(zhuǎn)過60的過程中，感應(yīng)電動勢的平均值為D在轉(zhuǎn)過90的過程中，感應(yīng)電流的有效值為答案ACD解析因

9、為線框從中性面開始計時，所以感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為eBSsin t，轉(zhuǎn)過60時，感應(yīng)電動勢的瞬時值e0BSsin 60BS，感應(yīng)電流的瞬時值為i0，故A正確，B錯誤；轉(zhuǎn)過60的時間為t，磁通量變化量21BScos 60BSBS，感應(yīng)電動勢的平均值為|，故C正確；感應(yīng)電流的最大值為Imax，感應(yīng)電流的有效值I，故D正確8(2020百師聯(lián)盟模擬四)利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦?，可以對交變電流進(jìn)行整流，將交變電流變?yōu)橹绷?，一種簡單的整流電路如圖8甲所示，ab為交變電流信號輸入端，D為半導(dǎo)體二極管，R為定值電阻信號輸入后，電阻R兩端輸出的電壓信號如圖乙所示，則關(guān)于該輸出信號，下列說法正確的是()圖

10、8A頻率為100 HzB電壓有效值為50 VC一個標(biāo)有“90 V30 F”的電容器并聯(lián)在電阻R兩端，可以正常工作D若電阻R10 ，則1 min內(nèi)R產(chǎn)生的熱量為1.5104 J答案D解析由圖乙可知，該電壓的周期為0.02 s，故頻率為50 Hz，A錯誤；由電流的熱效應(yīng)知，一個周期內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量0.01 s0.02 s，故電壓有效值為U有50 V，B錯誤；電容器兩端的瞬時電壓不應(yīng)超過標(biāo)稱電壓，C錯誤；電阻R產(chǎn)生的熱量應(yīng)使用電壓的有效值進(jìn)行計算，故產(chǎn)生的熱量為Qt1.5104 J，D正確9(多選)(2020河北邯鄲市期末)交流發(fā)電機(jī)的線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場的水平軸逆時針勻速轉(zhuǎn)動，每秒轉(zhuǎn)動10轉(zhuǎn)，線圈

11、從圖9所示位置開始計時，電流表的示數(shù)為1 A已知線圈匝數(shù)為500匝，線圈內(nèi)阻r1.0 ，外接電阻R9.0 .以下判斷正確的是()圖9A圖示時刻交變電流方向為ADCBAB通過線圈磁通量的最大值為103 WbCt s時線圈磁通量的變化率為 Wb/sDt s時外接電阻R所消耗的電功率為10 W答案AB解析由右手定則可知，圖示時刻電流方向為ADCBA，故A正確電動勢的有效值：EI(Rr)1(9.01.0) V10 V，電動勢的峰值：EmE10 V，感應(yīng)電動勢峰值：EmNBS，通過線圈磁通量的最大值mBS，代入數(shù)據(jù)解得：m103 Wb，故B正確線圈做圓周運動的角速度2n20 rad/s，從圖示位置開始計

12、時，電動勢的瞬時值表達(dá)式eEmsin (t90)Emcos t10cos 20t(V)，t s時，感應(yīng)電動勢瞬時值：e10 V，此時磁通量的變化率 Wb/s，故C錯誤求電功率應(yīng)用有效值，t s時外接電阻R所消耗的電功率PI2R()2R()29 W9 W，故D錯誤10(多選)(2020四川成都市第二次診斷)圖10(a)為一交流發(fā)電機(jī)示意圖，線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞固定軸OO沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動，圖(b)是該發(fā)電機(jī)的電動勢e隨時間t按余弦規(guī)律變化的圖像已知線圈電阻為2.5 ，定值電阻R10 ，電表均為理想交流電表由此可以判定()圖10A電流表讀數(shù)為0.8 AB電壓表讀數(shù)為10 VCt0.1 s時

13、刻，穿過線圈的磁通量為零D00.05 s內(nèi)，通過電阻R的電荷量為0.08 C答案AC解析電動勢有效值為E10 V，電流表的讀數(shù)I A0.8 A，電壓表讀數(shù)UIR8 V，選項A正確，B錯誤；t0.1 s時刻，感應(yīng)電動勢最大，此時穿過線圈的磁通量為零，選項C正確；00.05 s內(nèi)，通過電阻R的電荷量為qt，則q C C0.036 C，選項D錯誤11(多選)(2020湖北武漢市質(zhì)量檢測)如圖11(a)所示，在勻強(qiáng)磁場中，一電阻均勻的正方形單匝導(dǎo)線框abcd繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸ab勻速轉(zhuǎn)動，線圈產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖(b)所示，若線框總電阻為5 ，則()圖11Acd邊兩端電壓的有效值為1

14、6.5 VB當(dāng)線框平面與中性面的夾角為45時，線框產(chǎn)生的電動勢的大小為22 VC在00.01 s時間內(nèi)，通過線框某一橫截面的電荷量為4.4102 CD線框轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的焦耳熱為3.87 J答案AB解析根據(jù)電動勢隨時間的變化曲線可得，該電動勢的瞬時值e22sin t(V)22sin 100t(V)，則該電動勢的有效值為E22 V，cd邊兩端電壓的有效值為UcdE16.5 V，A正確；當(dāng)線框平面與中性面的夾角為45，即t時，線框產(chǎn)生的電動勢為e22 V，B正確；由題圖(b)可得交流電的周期為T0.02 s，在00.01 s時間內(nèi)，即半個周期內(nèi)，通過線框某一橫截面的電荷量為qt，EmBS22 V，則

15、BS Tm2，q C4.0102 C，C錯誤；該交變電流的有效值為I4.4 A，根據(jù)焦耳定律可得，線框轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的焦耳熱為QI2RT1.936 J，D錯誤12(多選)(2020湖北黃岡中學(xué)模擬)如圖12甲所示是一種振動發(fā)電裝置的示意圖，半徑為r0.1 m、匝數(shù)n20的線圈位于輻向分布的磁場中，磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示)，線圈所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B T，線圈電阻為R10.5 ，它的引出線接有R29.5 的小電珠L，外力推動線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復(fù)運動，線圈運動速度v隨時間t變化的規(guī)律如圖丙所示(摩擦等損耗不計)，則()圖12A小電珠中電流的峰值為

16、0.16 AB小電珠中電流的有效值為0.16 AC電壓表的示數(shù)約為1.5 VDt0.1 s時外力的大小為0.128 N答案AD解析由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律知道，線圈在磁場中做往復(fù)運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小符合正弦曲線變化規(guī)律，線圈中的感應(yīng)電動勢的峰值為EmnBlvnB2rvm，故小電珠中電流的峰值為Im A0.16 A，選項A正確，B錯誤；電壓表示數(shù)為UR21.07 V，選項C錯誤；當(dāng)t0.1 s也就是時，外力的大小為FnB2rIm0.128 N，選項D正確13(多選)(2020河南洛陽市一模)如圖13所示，匝數(shù)為N、內(nèi)阻為r的矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的bc邊以角速度勻速轉(zhuǎn)

17、動，其線圈中感應(yīng)電動勢的峰值為Em，閉合回路中兩只完全相同的燈泡均能正常發(fā)光，此時它們的電阻均為R.則()圖13A. 從圖中位置開始計時，感應(yīng)電動勢瞬時表達(dá)式為eEmsin tB. 穿過線圈的最大磁通量為C. 從圖中位置開始計時，四分之一周期內(nèi)通過燈泡A1的電荷量為D. 增大角速度時，燈泡A1變暗，A2變亮答案AB解析題圖中位置，線圈處于中性面位置，磁通量最大，感應(yīng)電動勢為零，閉合電路中感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式eEmsin t，而EmNBS，則穿過線圈的最大磁通量BS，故A、B正確；從題圖中位置開始計時，四分之一周期內(nèi)，磁通量變化量BS，則通過干路的電荷量qN，本題中總電阻無法確定，故通過燈泡A

18、1的電荷量無法確定，故C錯誤；根據(jù)電動勢最大值公式EmNBS，增大線圈轉(zhuǎn)動角速度時，頻率變大，感應(yīng)電動勢的峰值Em變大，同時由于電感線圈對交流電有阻礙作用，交流電的頻率越大，阻礙作用越大，而電容器對交流有阻礙，交流電頻率越大，阻礙越小，故燈泡A1變亮，但由于感應(yīng)電動勢變大，故燈泡A2明亮程度未知，故D錯誤14.(多選)(2020湖北荊門市1月調(diào)考)如圖14所示，固定平行的長直導(dǎo)軌M、N放置于勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)軌間距L1 m，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B5 T，方向垂直于導(dǎo)軌平面向下，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，驅(qū)動導(dǎo)體棒使其在磁場區(qū)域運動，速度隨時間的變化規(guī)律為v2sin 10t(m/s)，導(dǎo)軌與阻值為R9 的外電阻相連，已知導(dǎo)體棒的電阻為r1 ，不計導(dǎo)