【紅對勾】2020高考物理 交變電流的產(chǎn)生及描述課時作業(yè)

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1、第十章　交變電流　傳感器 課時作業(yè)30　交變電流的產(chǎn)生及描述 時間：45分鐘　　滿分：100分 一、選擇題(8×8′＝64′) 1．下圖中不屬于交變電流的是(　　) 解析：根據(jù)交變電流的定義，大小和方向都隨時間做周期性變化的電流是交變電流，A、B、C圖中電流的大小、方向均隨時間做周期性變化，是交變電流，D圖中電流的方向不變，為直流電． 答案：D 圖1 2．(2020·廣東高考)圖1是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的(　　) A．周期是0.01s B．最大值是311V C．有效值是220V D．表達(dá)式為u＝ 220sin100πt(V) 解析：由

2、波形圖可知：周期T＝0.02 s，電壓最大值Um＝311 V，所以有效值U＝＝220 V，表達(dá)式為u＝Umsint(V)＝311sin100πt(V)，故選項B、C正確，A、D錯誤． 答案：BC 3．如下圖中各圖面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，能產(chǎn)生正弦交變電動勢e＝BSωsinωt的圖是(　　) 解析：線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸(軸在線圈所在平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的正弦交變電動勢為e＝BSωsinωt，由這一原則判斷，A圖和C圖中感應(yīng)電動勢均為e＝BSωsinωt；B圖中的轉(zhuǎn)動軸不在線圈所在平面內(nèi)；D圖轉(zhuǎn)動軸與磁場方向平行，而不是垂直

3、． 答案：AC 圖2 4．如圖2所示，矩形線框置于豎直向下的磁場中，通過導(dǎo)線與靈敏電流表相連，線框在磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，圖中線框平面處于豎直面內(nèi)，下述說法正確的是(　　) A．因為線框中產(chǎn)生的是交變電流，所以電流表示數(shù)始終為零 B．線框通過圖中位置瞬間，穿過線框的磁通量最大 C．線框通過圖中位置瞬間，通過電流表的電流瞬時值最大 D．若使線框轉(zhuǎn)動的角速度增大一倍，那么通過電流表電流的有效值也增大一倍 解析：本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象，基礎(chǔ)題．線框在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，在中性面即線框與磁感線垂直時，磁通量最大感應(yīng)電動勢最小，而在題中圖示位置線框與磁感應(yīng)線平行時，磁

4、通量最小感應(yīng)電動勢最大，A、B錯C對；電流的有效值I＝，現(xiàn)在其余的量都不變，角速度增大一倍后，電流也增大一倍，D正確． 答案：CD 5．一單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動．在轉(zhuǎn)動過程中，線框中的最大磁通量為Φm，最大感應(yīng)電動勢為Em，下列說法中正確的是(　　) A．當(dāng)磁通量為零時，感應(yīng)電動勢也為零 B．當(dāng)磁通量減小時，感應(yīng)電動勢也減小 C．當(dāng)磁通量等于0.5Φm時，感應(yīng)電動勢等于0.5Em D．角速度ω等于Em/Φm 解析：根據(jù)正弦式電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律：當(dāng)磁通量最大時，感應(yīng)電動勢為零；當(dāng)磁通量減小時，感應(yīng)電動勢在增大；磁通量減為零時，感應(yīng)電動勢最大．由此

5、可知A、B項錯誤．設(shè)從線框位于中性面開始計時，則有e＝Emsinωt，式中Em＝BSω.因Φm＝BS，故角速度ω＝，D項正確．設(shè)e＝0.5Em，則解出ωt＝π/6.此時Φ＝B·Scos＝BS＝Φm，所以C項錯． 答案：D 圖3 6．如圖3所示，矩形線圈abcd，面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為R，在勻強(qiáng)磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，(P1以ab邊為軸，P2以ad邊中點為軸)當(dāng)線圈平面從與磁場方向平行開始計時，線圈轉(zhuǎn)過90°的過程中，繞P1及P2軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電的電流大小，電荷量及焦耳熱分別為I1，q1，Q1及I2，q2，Q2，則下面判斷正確的是

6、(　　) A．線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動時電流的方向相同，都是a→b→c→d B．q1>q2＝NBS/2R C．I1＝I2＝(NBωS)/R D．Q1

7、點和cd的中點的連線OO′恰好位于勻強(qiáng)磁場的邊界線上，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1 T，若線圈從圖示位置開始，以角速度ω＝2 rad/s繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，則以下判斷中正確的是(　　) A．在t＝時刻，磁場穿過線圈的磁通量為零，但此時磁通量隨時間變化最快 B．閉合電路中感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式e＝0.8 sin2t V C．從t＝0時刻到t＝時刻，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q＝3.2π×10－4 J D．從t＝0時刻到t＝時刻，通過R的電荷量q＝0.02 C 解析：線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，Em＝nBSω＝0.4 V，B錯．當(dāng)線圈平面與磁場平行時磁通量變化最快，A正確．QR＝I2Rt ＝2Rt＝1.6π

8、×10－3 J，C錯．q＝n＝ 0．02 C，D正確． 答案：AD 圖5 8．如圖5所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法正確的是(　　) A．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2 B．兩種情況在0.3 s內(nèi)通過線圈的磁通量之比為1∶1 C．兩種情況在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比Qa∶Qb＝3∶2 D．兩種情況在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比Qa∶Qb＝9∶4 解析：兩種情況Ta∶Tb＝2∶3，fa∶fb＝3∶2，線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2，選項A正確．兩種情況下在0.3

9、s內(nèi)磁通量的變化量不同，選項B錯誤．交流電的最大值Em＝NBSω，電動勢最大值之比為3∶2.Q＝t，兩種情況在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比Qa∶Qb＝9∶4，選項D正確． 答案：AD 二、計算題(3×12′＝36′) 9．用均勻?qū)Ь€彎成正方形閉合線框abcd，線框每邊長10 cm，每邊的電阻值為0.1 Ω.把線框放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.1 T的勻強(qiáng)磁場中，并使它繞軸O1O2以ω＝100 rad/s的角速度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向如圖6所示(沿O2O1由O2向O1看為順時針方向)．已知O1、O2兩點分別在ad和bc上，軸O1O2在線框平面內(nèi)，并且垂直于B，O1d＝3O1a，O2c＝3O2b. 圖

10、6 (1)當(dāng)線框平面轉(zhuǎn)至和B平行的瞬時(如圖6所示位置) ①每個邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小各是多少？ ②線框內(nèi)感應(yīng)電流的大小是多少？方向如何？ (2)求線框由圖所示位置旋轉(zhuǎn)的過程中產(chǎn)生的平均電動勢的大?。? (3)線框旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)產(chǎn)生的熱量為多少？ 解析：(1)①令L表示正方形線框的邊長，R表示其每邊的電阻值，則L＝0.1 m，R＝0.1 Ω，設(shè)此時cd段感應(yīng)電動勢的大小為E1，ab段感應(yīng)電動勢的大小為E2，則 E1＝BLv1＝3BL2ω/4＝0.075 V E2＝BLv2＝BL2ω/4＝0.025 V da段和bc段不切割磁感線，所以它們的電動勢都是零 ②線框中的感應(yīng)電動勢E＝

11、E1＋E2＝0.1 V線框中的感應(yīng)電流為I＝E/(4R)＝0.25 A 根據(jù)楞次定律或右手定則，可判斷電流方向沿dcbad (2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線框由圖所示位置旋轉(zhuǎn)的過程中產(chǎn)生的平均電動勢的大小，E＝＝＝＝ V＝0.083 V (3)線框旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的熱量為Q＝()2R總T＝()24R＝2.5π×10－4 J＝7.85×10－4 J 答案：(1)①Ecd＝0.075 V　Eab＝0.025 V　Eda＝Ebc＝0 ②I＝0.25 A　方向沿dcbad　(2)0.083 V　(3)7.85×10－4 J 圖7 10．如圖7所示，矩形線圈abcd在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2 T的

12、勻強(qiáng)磁場中繞軸OO′以角速度ω＝10π rad/s勻速轉(zhuǎn)動，線圈共10匝，每匝線圈的電阻值為0.5 Ω，ab＝0.3 m，bc＝0.6 m，負(fù)載電阻R＝45 Ω.求 (1)電阻R在0.05 s內(nèi)發(fā)出的熱量； (2)電阻R在0.05 s內(nèi)流過的電荷量(設(shè)線圈從垂直中性面開始轉(zhuǎn)動)． 解析：(1)矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生正弦交變電流，電動勢的峰值為Em＝nBSω＝10×2×0.3×0.6×10π＝113.04 V，電流的有效值I＝＝＝1.60 A Q＝I2Rt＝5.76 J (2)矩形線圈旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的平均值E＝n＝＝＝＝72 V，電流的平均值I＝＝1.44 A

13、；0.05 s內(nèi)電路流過的電荷量q＝It＝0.072 C. 答案：(1)5.76 J　(2)0.072 C 11．曾經(jīng)流行過一種自行車車頭燈供電的小型交流發(fā)電機(jī)，圖8甲為其結(jié)構(gòu)示意圖．圖中N、S是一對固定的磁極，abcd為固定轉(zhuǎn)軸上的矩形線框，轉(zhuǎn)軸過bc邊中點，與ab邊平行，它的一端有一半徑r0＝1.0 cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊緣相接觸，如圖8乙所示．當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，因摩擦而帶動小輪轉(zhuǎn)動，從而使線框在磁極間轉(zhuǎn)動．設(shè)線框由N＝800匝導(dǎo)線圈組成，每匝線圈的面積S＝20 cm2，磁極間的磁場可視作勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.010 T，自行車車輪的半徑R1＝35 cm，小齒輪的半徑R

14、2＝4.0 cm，大齒輪的半徑R3＝10.0 cm.現(xiàn)從靜止開始使大齒輪加速轉(zhuǎn)動，問大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值U＝3.2 V？(假設(shè)摩擦小輪與自行車車輪之間無相對滑動) 圖8 解析：當(dāng)自行車車輪轉(zhuǎn)動時，通過摩擦小輪使發(fā)電機(jī)的線框在勻強(qiáng)磁場內(nèi)轉(zhuǎn)動，線框中產(chǎn)生一正弦交流電動勢，旋轉(zhuǎn)線框與摩擦小輪角速度相等，而摩擦小輪又與車輪線速度相等(自行車車輪與摩擦小輪之間無相對滑動)，車輪又與小齒輪角速度相等，最終小齒輪與大齒輪邊緣的線速度相等，由此得解． 答案：旋轉(zhuǎn)線框產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的峰值Em＝NBSω0 式中ω0為線框轉(zhuǎn)動的角速度，即摩擦小輪轉(zhuǎn)動的角速度． 發(fā)電機(jī)兩端電壓的有效值U＝Em/2 設(shè)自行車車輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω1，有R1ω1＝r0ω0 小齒輪轉(zhuǎn)動的角速度與自行車車輪轉(zhuǎn)動的角速度相同，均為ω1，設(shè)大齒輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω，有R3ω＝R2ω1 由以上各式解得ω＝(UR2r0)/(NBSR3R1) 代入數(shù)據(jù)得ω＝3.2 rad/s.