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2020年青岛高考物理二轮45分钟练习:交变电流的产生和描述包含答案
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1．(2019·广西桂林、贺州期末联合考试）小型发电机与计算机连接，计算机可以记录发电机产生的电势图像，如图A所示，让线圈以不同的速度在均匀磁场，计算机记录两个不同速度产生正弦交流图像如图B所示。关于发电机两次转速之比na∶nb，交流电b的最大值是正确的( )
甲 乙
A．3∶2， VB．3∶2， V
C．2∶3， VD．2∶3， V
B [从题图可以看出，a的周期为0.4 s，b的周期为0.6 s，则由n=可以看出，速度与周期成反比，因此曲线a、b对应线圈转速的比例为3∶2.曲线a表示的交变电势最大值为10 V，根据Em＝nBSω得曲线b表示交变电势的最大值 V，故B正确，A、C、D错误。]
如图所示，一半径为L的导体环位于纸面上，O为圆心。环内两个圆角90°O中心对称的扇形区域分布有均匀的强磁场，两个磁场的磁感应强度均为B、方向相反，垂直于纸面。导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环接触良好，圆心与圆环之间连接电阻R，不管环和导体杆的电阻如何，当杆OM恒定角速度ω逆时针旋转时，理想电流表A的示数为( )
A． B． C． D．
A [OM切割磁感线产生的电动势E＝，OM切割磁感线时产生的感应电流I=，如果设电流的有效值为I，则IRT＝2I2R·T，解得I有效=，选项A正确。
3.小型交流发电机的矩形金属线圈在均匀强磁场中匀速旋转，感应电势与时间的关系是正弦函数。将发电机标记为6 V 6 W无论电路的其他电阻如何，小灯泡连接形成闭合电路。当线圈转速为n＝5 r/s当小灯泡正常发光时，电路中电流的瞬时值表达式为( )
A．i＝sin 5t(A)B．i＝sin 10πt(A)
C．i＝1.41sin 5t(A)D．i＝1.41sin 10πt(A)
D [由于小灯泡发光正常，电路中电流的有效值为I＝＝1 A，最大电流值为Im＝ A≈1.41 A。因为转速n＝5 r/s，且ω＝2nπ，所以ω＝10π rad/s，故电路中电流的瞬时值表达式为t＝1.41·sin 10πt(A)，选项D正确。
4．(2019·如图甲所示，矩形线圈绕着垂直于磁感线的中心轴OO′匀速旋转，感应电势e随时间t的变化曲线如图B所示。如果外部电阻的电阻值R＝9 Ω，线圈的电阻r＝1 Ω，下列说法是正确的( )
甲 乙
A线圈转速为100 π rad/s
B．0.01 s最大的磁通量穿过线圈
C.线圈最大电流为10 A
D.电压表的表数为90 V
C [从B图可以看出，线圈旋转的周期T＝0.04 s，线圈转速n数值上等于频率，而f＝＝25 Hz，因此，线圈转速为n＝25 r/s，因此A项错误；0.01 s最后，线圈产生的感应电势最大。此时，线圈垂直于中性表面，通过线圈的磁通量最小为零，因此B项错误；根据封闭电路的欧姆定律Im＝＝ A＝10 A，因此，C项正确；电压表测量有效值U＝R＝45 V，因此D项错误。]
5.当矩形线圈以垂直于磁场的轴匀速度在匀强磁场中旋转时，产生正弦交变电流。电势的变化规律如图A所示。如果某个物理量变为原来的两倍，电势的变化规律变为图B所示，则变化的物理量为( )
甲 乙
A线圈匝数B.线圈面积
C.线圈的角速D。线圈周期
D [当矩形线圈以垂直于磁场的轴匀速度在匀强磁场中旋转时，正弦交变电流的表达式是e＝NBSωsin ωt，将线圈的匝数或面积增加到原来的两倍后，交变电流感应电势的最大值将变为原来的两倍，交变电流的周期不变，选项A、B错误；将线圈的角速增加到原来的两倍后，感应电势的最大值将变为原来的两倍，交变电流的周期将变为原来的，选项C错误；将线圈的周期增加到原来的两倍后，根据ω=可以看出，感应电势的最大值将变为原始值，交变电流的周期将变为原始值的两倍，选项D是正确的。]
6.交变电流电压的有效值为6 V，它和电阻R1，R2及电容器C、电压表连接成如图所示的电路，图中电压表读数为U1.为保证电容器C不被击穿，电容器的耐压值为U2.如果电容器在电路中正常工作，( )
A．U1＝6 V U2＝6 VB．U1＝6 V U2＝3 V
C．U1＝6 V U2≥6 V D．U1＝6 V U2≥6 V
D [交流电源的有效电压为6 V，电压表测量交流电的有效值，电压表的示数为U1＝6 V；由于正弦交流电的最大值是有效值的倍，所以电压的最大值是6 V，因此，电容器必须能够正常工作，其耐压值不得低于6 V，即U2≥6 V。因此，D项正确，A、B、C项错误。]
7.目前，磁卡已被广泛使用，如图甲所示。当记录磁信息的磁卡以恒定的速度V在刷卡器插槽中移动时，通过刷卡器内线圈的磁通量Φ＝Φ0sin kvt刷卡器中的等效电路如图B所示，已知线圈匝数为n，电阻为r，外部电路的等效电阻为R。在任何一段Δt=时间内，等效电阻R的最大电荷值为( )
甲 乙
A．qm＝B．qm＝
C．qm＝D．无法求解
C [在任何一段Δt=时间内，等效电阻R的电荷为q＝·Δt，根据欧姆定律，法拉第电磁感应定律可以得到=的平均电流Δt内线圈产生的平均感应电势为=n，由上述各种类型组织而成q＝n＝n＝n，可知在任何一段Δt等效电阻R的最大电荷值为qm＝。]
8.(多选)(2019·河北衡水金卷模拟1)如图所示，线圈ABCD匝数n＝10，面积S＝0.4 m2，边界MN(与线圈的AB右侧有磁感应强度B＝ T如果线圈从图表位置开始绕过均匀磁场AB边以ω＝10π rad/s角速匀速旋转。以下说法是正确的( )
A。线圈产生正弦交流电
B。旋转过程中线圈产生的最大感应电势为80 V
C．线圈转动 s瞬时感应电势40 V
D线圈产生的感应电势的有效值为40 V
BD [线圈在有界匀强磁场中将产生正弦半波脉动电流，故A错误；电动势最大值Em＝nBSω＝80 V，所以B是正确的；线圈旋转 s、转动角度，瞬时感应电势e＝Emsin ＝40 V，因此，C错误；在一个周期内，只有半个周期产生感应电势，根据有效值的定义R·＝RT，可获得电势有效值E＝＝40 V，故D正确。]
9.(多选)正方形单匝线圈，如图所示，边长为Labcd，电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd中点连接OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，如果线圈从图表位置开始，则以角速度ω绕OO′轴匀速旋转，以下判断正确( )
A图中位置线圈中的感应电势最大Em＝BL2ω
B.从图表位置开始计时，闭合电路中感应电势的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt
C线圈从图表位置转向180°流过电阻R的电荷为q＝
D在线圈旋转一周时，电阻R上产生的热量为Q＝
BD [题图位置线圈中的感应电势最小，为零，A错误；如果线圈从题图位置旋转，则在闭合电路中感应电势的瞬时值表达式e＝BL2ωsin ωt，B正确的线圈从题图位置转180°流过电阻R的电荷为q＝·Δt＝＝，C错误；Em＝BL2ω，在线圈旋转一周时，电阻R上产生的热量为Q＝·R·＝，D正确。]
10.(多选)如图所示，空间中有足够大的均匀强磁场，磁场方向垂直向下，两个相互对立的金属环垂直放置，两个环相距L，环与外电阻用导线连接。金属杆沿两环均匀圆周运动。如果已知的磁感应强度为B，圆环半径为R，杆转角速度为ω，金属杆和电阻的电阻值均为r，不计其他电阻，则( )
A当金属杆从环的最高点转向最低点时，流过外电阻的电流先变大后变小
B．当金属杆从圆环最高点向最低点转动过程中，流过外电阻的电流先变小后变大
C流过外电阻电流的有效值为
D流过外电阻电流的有效值为
BC [在金属杆从环的最高点旋转到最低点的过程中，垂直磁场方向的分速先减小，然后增加，因此流过外电阻的电流先减小，然后增加。选项A是错误的，B正确；金属杆沿环的的匀速运动等效为以两环圆心连线为旋转轴，长度为L、宽度为R的矩形线框匀速旋转，产生正弦交流电，遵守I=关系，电势的最大值是Em＝BLωR，Im＝，I==，所以C的选项是正确的，D错误。]
11.(多选)(2019)·天津高考单匝闭合矩形线框电阻R，纵向磁感线的轴在均强磁场中匀速旋转，通过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。以下说法是正确的( )
A时刻线框平面垂直于中性面
B。线框感应电势的有效值为
C.外力在线框转动一周后所做的工作
D．从t＝0到t=过程中线框的平均感应电势为
BC [中性表面的特点是垂直于磁场，通过磁通量最大，磁通量变化率最小，时刻线框在中性表面，A错误；电势最大值为Em＝Φmω＝Φm，对正弦交流电，E有＝＝，B是的，根据功能关系，线框转一周外力的工作等于产生的电能，W＝E电＝·T＝，C是的，由法拉第电磁感应定律知，===，D错。]
12.(多选)(2019)·石家庄模拟)正方形线框如图所示abcd边长为L，每侧电阻均为r，磁感应强度为B的匀强磁场在垂直于纸面的方向上缠绕cd轴以角速度ω匀速转动，c、d两点连接到一个电阻值为r的电阻，每个表都可以被视为理想的表，导线电阻不计，所以下面的说法是正确的( )
A．线框abcd交变电流产生的电流是交变电流
B．当S断开时，电压表的示数为零
C.当S断开时，电压表的示数为BωL2
D.当S关闭时，电流表的示数为
ACD [线框abcd绕垂直于磁场的转轴匀速旋转，因此产生的电流为交变电流，因此A项正确；交流电的最大电势为Em＝BL2ω，有效值为E＝当S断开时，电压表测量的电压为cd间的电压，故U＝E＝BL2ω，故B项错误，C项正确；S闭合时，电路总电阻为3r＋，ab中电流为I＝＝BωL2，电流表读数为＝BωL2，故D项正确。]
13．(多选) 如图所示，电阻为r的单匝矩形线圈面积为S，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动。匀强磁场的磁感应强度为B，t＝0时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则( )
A．滑片P下滑时，电压表的读数不变
B．图示位置线圈中的感应电动势最大
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为
D．1 s内流过R的电流方向改变次
CD [滑片P下滑时，外电阻增大，电压表的读数变大，A错误；图示位置穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零，B错误；线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量q＝＝，C正确；一个周期内线圈2次通过中性面，电流方向改变2次，交流电的频率为，所以1 s内流过R的电流方向改变次，D正确。]
14．(多选)如图甲所示，将阻值为R＝5 Ω的电阻接到内阻不计的正弦交变电源上，电流随时间变化的规律如图乙所示，理想交流电流表串联在电路中测量电流的大小。对此，下列说法正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A．电阻R两端电压变化规律的函数表达式为u＝2.5sin (200πt) V
B．电阻R消耗的电功率为1.25 W
C．如图丙所示，若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生，当线圈的转速提升一倍时，电流表的示数为1 A
D．这一交变电流与图丁所示电流比较，其有效值之比为1∶
AD [题图乙所示电流的最大值为Im＝0.5 A，周期为T＝0.01 s，其角速度为ω＝＝200π rad/s，由欧姆定律得Um＝ImR＝2.5 V。所以电阻R两端电压的表达式为u＝2.5sin (200πt) V，选项A正确；该电流的有效值为I＝，电阻R消耗的电功率为P＝I2R，解得P＝0.625 W，B选项错误；电流表的示数为有效值，若该交变电流由题图丙所示矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生，当转速提升一倍时，电动势的最大值Em＝nBSω变为原来的2倍，电路中电流的有效值也是原来的2倍，为2× A≠1 A，选项C错误；题图乙中的正弦交变电流的有效值为 A，题图丁所示的交变电流虽然方向发生变化，但大小恒为0.5 A，选项D正确。]