1、2022届高考物理一轮复习知识点全方位练习：交变电流的产生及描述 基础达标1.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的电动势瞬时值表达式为e=2002sin 100t(V),那么()A.该交变电流的频率是100 HzB.当t=0时,线圈平面恰好与中性面垂直C.当t=1200 s时,e达到峰值D.该交变电流的电动势的有效值为2002 V2. 如图所示,甲为一台小型发电机构造示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动,产生的电动势随时间按正弦规律变化,其e-t图像如图乙所示.已知发电机线圈内阻为1 ,外接
2、灯泡的电阻为9 ,则()A.线圈的转速n=480 r/minB.电压表的示数为102 VC.t=0.125 s时,穿过线圈的磁通量为零D.00.125 s的时间内,流过灯泡的电荷量为12 C3. 一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动.在转动过程中,线框中的最大磁通量为m,最大感应电动势为Em.下列说法中正确的是()A.当磁通量为零时,感应电动势也为零B.当磁通量减小时,感应电动势也减小C.当磁通量等于0.5m时,感应电动势等于0.5EmD.角速度等于Emm4.一台发电机的结构示意图如图所示,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,M是圆柱形铁芯,铁芯外套有一矩形导线圈,线圈绕过铁芯
3、M中心的固定转轴匀速转动.磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场,磁感应强度大小处处相等.若从线圈处于图示位置开始计时,设此时电动势为正值,图中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是() 技能提升5.(多选)如图甲所示,标有“220 V40 W”的电灯和标有“20 F300 V”的电容器并联后接到交流电源上,V为理想交流电压表.交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关S,下列判断正确的是()A.t=T2时刻,V的示数为零B.电灯恰好正常发光C.电容器有可能被击穿D.交流电压表V的示数保持1102 V不变6.电阻R1、R2与交流电源按照如图
4、甲所示方式连接,R1=10 ,R2=20 .合上开关S后,通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示.下列说法正确的是()A.通过R1的电流有效值是1.2 AB.R1两端的电压有效值是6 VC.通过R2的电流有效值是1.22 AD.R2两端的电压最大值是62 V7.如图甲所示,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO匀速转动,从图示位置开始计时,产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示.若线圈的转速变为原来的2倍,而其他条件保持不变,从图示位置逆时针转过90角开始计时,则能正确反映线圈中产生的电动势e随时间t的变化规律的图像是图中的()8.如图所示的区域内有垂直于纸
5、面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界),则线框内产生的感应电流的有效值为()A.BL22RB.2BL22RC.2BL24RD.BL24R9. 如图甲所示是一种振动发电装置的示意图,一个半径r=0.10 m、匝数n=20匝的线圈套在永久磁铁槽中,槽中磁场的磁感线沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示),线圈所在位置处磁感应强度的大小均为B=0.60 T,线圈的电阻R1=0.50 ,它的引出线接有R2=9.50 的小灯泡L,A为理想交流电流表.当线圈框架的P端在外力作用下沿轴线做往复运动时,便有电
6、流通过灯泡.若线圈往复运动的规律如图丙所示(v取向右为正),则下列判断正确的是()A.电流表的示数为0.24 AB.0.01 s时回路中的电流最大C.回路中交流电的频率为50 HzD.0.015 s时灯泡L中电流的方向为DLC 挑战自我10.(多选) 如图甲所示为手机无线充电工作原理的示意图,由送电线圈和受电线圈组成.已知受电线圈的匝数为n=50匝,电阻r=1.0 ,在它的c、d两端接一阻值R=9.0 的电阻.在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场,其磁通量随时间按图乙所示的规律变化,可在受电线圈中产生电动势最大值为20 V的正弦交流电,磁场竖直向上为正,
7、则()A.在t=10-3 s时,受电线圈中产生感应电流的大小为2.0 AB.在t=10-3 s时,c端电势低于d端电势C.在一个周期内,电阻R上产生的热量约为5.710-3 JD.从t1到t2时间内,通过电阻R的电荷量为210-3 C11. 如图甲所示,边长分别为l和L的矩形线框aa、bb互相垂直,彼此绝缘,可绕中心轴O1O2转动,将两线框的始端并在一起接到滑环C,末端并在一起接到滑环D,C、D彼此绝缘,阻值为r2的电阻R通过电刷跟C、D连接.线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中,磁场边缘中心的张角为45,如图乙所示(图中的圆表示圆柱形铁芯,它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向,如图中箭头所示)
8、,不论线框转到磁场中的什么位置,磁场的方向总是沿着线框平面.磁场中线框长为l的边所在处的磁感应强度大小恒为B,设线框aa和bb的电阻都是r,两个线框都以角速度逆时针匀速转动.(1)当线框aa转到图示位置时,线框bb与电阻R是串联还是并联?(2)求在图示位置时通过电阻R的电流的大小;(3)求两线框转动一周的过程中产生的电能. 参考答案1.C【解析】 由交变电流的电动势瞬时值表达式e=Emsin t=nBSsin t可知,交变电流的频率f=2=1002 Hz=50 Hz,选项A错误;当t=0时,电动势瞬时值为0,线圈平面恰好在中性面处,选项B错误;当t=1200 s时,e达到峰值Em=2002 V
9、,选项C正确;该交变电流的电动势的有效值E=Em2=200 V,选项D错误.2.D【解析】 由图可知,交流电的周期为0.250 s,则转速为n=10.25 r/s=4 r/s=240 r/min,故A错误;电压表测量的为路端电压,由闭合电路欧姆定律可知U=Em2(R+r)R=92 V,故B错误;t=0.125 s时,电动势为零,此时线圈处于中性面的位置上,穿过线圈的磁通量最大,故C错误;00.125 s的时间内,穿过线圈的磁通量变化量=2NBS,则流过灯泡的电荷量为q=t(R+r)t=2NBSR+r,又知Em=NBS,=2T=8 rad/s,联立解得q=2028(9+1) C=12 C,故D正
10、确.3.D【解析】 根据正弦式交变电流的产生及其变化规律可知,当磁通量最大时,感应电动势为零,当磁通量减小时,感应电动势在增大,磁通量减为零时,感应电动势最大,A、B错误;若从线框位于中性面开始计时,则有e=Emsin t,式中Em=BS,因m=BS,故角速度=Emm,D正确;由e=0.5Em,解得t=6,此时=BScos6=32BS=32m,C错误.4.D【解析】 由于磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场,线圈绕过铁芯M中心的固定转轴匀速转动过程中,垂直切割磁感线,产生的感应电动势大小不变,经过竖直面时,方向改变,所以选项D正确.5.BC【解析】 交流电压表V的示数应是电压的有效值
11、220 V,故A、D错误;电压的有效值恰好等于电灯的额定电压,电灯恰好正常发光,故B正确;电压的峰值220 2 V311 V,大于电容器的额定电压,电容器有可能被击穿,故C正确.6.B【解析】 由i-t图像知,交变电流的最大值即通过R2的电流最大值,为0.62 A,由正弦式交变电流最大值与有效值的关系可知,其有效值为I=0.6 A,由于R1与R2串联,所以通过R1的电流有效值也是0.6 A,选项 A、C错误;R1两端电压有效值为U1=IR1=6 V,选项B正确;R2两端电压最大值为U2m=ImR2=0.6220 V=122 V,选项D错误.7.A【解析】 由e-t图像知,周期T=4 s,感应电
12、动势的最大值Em=1 V,而感应电动势的最大值的表达式为Em=NBS=NBS2T,若仅把线圈的转速变为原来的2倍,则周期变为原来的12,即T=2 s,感应电动势的最大值变为原来的2倍,即Em=2 V,选项B、C错误;从图示位置逆时针转过90角开始计时,也就是t=0时线圈中产生的感应电动势应为0,选项A正确,D错误.8.D【解析】 线框转动的角速度为,设线框转动的周期为T,进磁场的过程用时18T,出磁场的过程用时18T,进、出磁场过程中产生的感应电流大小均为I=12BL2R,则转动一周产生的感应电流的有效值满足I2RT=12BL2R2R14T,解得I=BL24R,D正确.9.C【解析】 由E=B
13、Lv及v-t图像可知,线圈往复运动所产生的感应电流为正弦式交变电流,则Em=nB2rvm=2.4 V,电流的有效值I=Em2(R1+R2)=0.242 A,选项A错误;由图像可知T=0.02 s,则f=50 Hz,选项C正确;t=0.01 s时,v=0,所以回路中的电流为0,选项B错误;t=0.015 s时,由右手定则可知,电流方向为CLD,选项D错误.10.AD【解析】 由图像可知,t=10-3 s时受电线圈中产生的感应电动势最大,为Em=20 V,受电线圈中产生感应电流的大小为Im=EmR+r=2.0 A,故A正确;由楞次定律可知,此时c端电势高于d端电势,故B错误;通过电阻R的感应电流的
14、有效值为I=Im2=2 A,电阻R在一个周期内产生的热量Q=I2RT5.710-2 J,故C错误;线圈中感应电动势的平均值E=nt,通过电阻R的电流的平均值为I=ER+r,通过电阻R的电荷量q=It,由图像可知,在T43T4的时间内,=410-4 Wb,解得q=nR+r=210-3 C,故D正确.11.(1)并联(2)BlL2r(3)3B2l2L24r【解析】 (1)线框aa转到图示位置时,线框bb与电阻R是并联. (2)在图示位置时,线框aa切割磁感线的速度与磁场方向垂直,故感应电动势的大小为E=2Blv又v=L2故得 E=BlL外电路总电阻R外=RrR+r=r2rr2+r=r3总电流I=ER外+r=BlLr3+r=3BlL4r通过R的电流大小为IR=23I=BlL2r.(3)每个线框作为电源时产生的总电流和提供的功率分别为I=3BlL4r和P=EI两线框转动一周时间内,两线框各有两次进入磁场,每次在磁场内运动的时间(即作为电源时做功的时间)均为T8.根据能量守恒定律,两线框转动一周的过程中产生的电能 E电能=4PT8=PT2其中T=2解得E电能=3B2l2L24r.
