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2021届高三物理二轮综合巩固复习训练
交流电流与磁场应用
1.关于交变电流,下列说法中正确的是(
)
A.在一个周期内交变电流的方向只改变一次
B.电风扇铭牌上标出的电压值和电流值都是指有效值
C.某正弦式交流电压的最大值为311
V,则该交流电压最小值为
D.用交流电流表或交流电压表测交流电流或电压时,测量的是交流电流或电压的最大值
2.如图所示,交流发电机线圈电阻,用电器电阻,闭合开关S,电压表示数为9
V,则该交流发电机(
)
A.产生的感应电动势的峰值为10
V
B.产生的感应电动势的有效值为9
V
C.线圈通过中性面时产生的感应电动势的瞬时值为
D.线圈自中性面转过90°的过程中平均感应电动势为
3.矩形线圈匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，则(　　)
A.感应电动势的最大值是157
V
B.在和t＝0.3
s时，感应电动势最大
C.在和t＝0.3
s时，线圈与中性面垂直
D.时，磁通量变化率最大，其值为157
Wb/s
4.当矩形线框在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动时，产生的交变电流随时间的变化规律如图甲所示。已知图乙中定值电阻的阻值为，电容器的击穿电压为。则下列选项正确的是(
)
A．矩形线框中产生的交变电流的瞬时值表达式为
B．矩形线框的转速大小为
C．若将图甲中的交流电接在图乙的电路两端，电容器不会被击穿（通过电容器电流可忽略）
D．矩形线框的转速增大一倍，则交变电流的表达式为
5.交流发电机发电示意图如图所示,线圈转动过程中,下列说法正确的是(
)
A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大
B．转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零
C．转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大
D．转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B
6.下列关于交流电路的说法错误的是(???)
A.电容器的击穿电压为交流电压的最大值
B.电路中电流表的示数为电流的有效值
C.教室内日光灯的额定电压为电压的有效值
D.电路中保险丝的熔断电流为电流的最大值
7.一矩形线圈,绕与匀强磁场垂直的中心轴沿顺时针方向旋转,引出线的两端各与互相绝缘的半圆铜环连接,两个半圆铜环分别与固定电刷滑动接触,电刷间接有电阻,如图所示,在线圈转动的过程中,通过的电流(?
?)
A.大小和方向都不断变化
B.大小和方向都不变
C.大小不断变化,方向是
D.大小不断变化,方向是
8.下列各种叙述正确的是(?
?)
A.线框平面和磁感线平行时即为中性面
B.线框平面与磁感线垂直时,磁通量最大,感应电动势最大
C.线框平面与磁感线平行时,磁通量为零,感应电动势最大
D.线框匀速转动,各时刻线速度一样大,各时刻产生感应电动势一样大
9.如图所示为某种周期性变化的电流与时间关系的图像,其中前半周期为正弦曲线的一部分,后半周期是直线段,则该交流电的有效值为(
)
A.
B.
C.
D.
10.在匀强磁场中，一矩形金属框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则(
)
A．时线框的磁通量变化率最大
B．时线框平面与中性面垂直
C．线框产生的交变电动势有效值为
D．线框产生的交变电动势频率为
11.如图甲所示,的电阻中有如图乙所示的电流通过,则电压表的示数为(
)
A.
B.
C.
D.
12.如图所示是某种交变电流的电流强度随时间变化的图线,
部分的图线是一个正弦曲线的正半周,
部分的图线是另一个正弦曲线的负半周,则这种交变电流的有效值为（
）
A.
B.
C.
D.
13.交变电源与电阻R、交流电压表按图1所示的方式连接，R=10Ω．交变电源产生正弦式电流，图2是电源输出电压的u-t图象。交流电压表的示数是10.0V．则（　　）
A.
通过R的电流峰值为，频率为50Hz
B.
通过R的电流峰值为，频率为100Hz
C.
通过R的电流峰值为，频率为50Hz
D.
通过R的电流峰值为，频率为100Hz
14.如图所示的电路中,电源电压,A、B间接有“220V
440W”的电暖宝、“220V
220W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝.下列说法正确的是(??)
A.交流电压表的示数为311V
B.电路要正常工作,保险丝的额定电流不能小于A
C.电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍
D.1min抽油烟机消耗的电能为
15.如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则（
）
A.
两次t=0时刻线圈平面与中性面垂直
B.
曲线a、b对应的线圈转速之比为2：3
C.
曲线a表示的交变电动势频率为50Hz
D.
曲线b表示的交变电动势有效值为
16.如图所示,N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴匀速转动,线框面积为S,线框的电阻、电感均不计,外电路接有阻值为R的电阻、理想交流电流表A和二极管D.二极管D具有单向导电性,即正向电阻为零,反向电阻无穷大.下列说法正确的是(
)
A.交流电流表的示数
B.一个周期内通过电阻的电荷量
C.电阻两端电压的有效值
D.图示位置电流表的示数为0
17.一个闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,产生的感应电流如图所示.下列判断正确的是(
)
A.时刻,线圈平面处于中性面位置
B.时刻,线圈的磁通量变化率最大
C.该交变电流的频率为100
Hz
D.1
s内电流的方向变化100次
18.在同一匀强磁场中,两个相同的矩形金属线圈分别绕线圈平面内且与磁场垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的图象如图所示,则(
)
A.线圈的转速是的3倍
B.线圈产生的电动势最大值为
C.时，线圈恰好经过中性面
D.时，线圈恰好经过中性面
19.下列各图中,线圈中能产生交流电的是(?
?)
A.
B.
C.
D.
20.如图所示,一面积为S的单匝矩形线圈处于有界磁场中,其中以ab、cd正好处于磁场界线上,能使线圈中产生交变电流的是(??
)
A.将线圈水平向右匀速拉出磁场
B.使线圈以OO'为轴匀速转动
C.使线圈以ab为轴匀速转动
D.磁场以规律变化
21.欲增大交流发电机的感应电动势而不改变频率,下面措施中能采用的是(?
?)
A.增大转速??????????????????????B.减小磁感应强度
C.增加线圈匝数????????????????????D.增大线圈的包围面积
22.如图所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴以恒定的角速度转动,从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,则在这段时间内(
??)
A.线圈中的感应电流一直在减小
B.线圈中的感应电流先增大后减小
C.穿过线圈的磁通量一直在减小
D.穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小
23.如图所示,闭合的矩形导体线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动,沿着方向观察,线圈沿逆时针方向转动.已知匀强磁场的磁感应强度为,线圈匝数为,边的边长为,线圈的电阻为,转动的角速度为,则当线圈转至图示位置时(
?
)
A.线圈中的感应电流的方向为
B.穿过线圈的磁通量为
C.线圈中的感应电流为
D.穿过线圈磁通量的变化率为
24.海洋中蕴藏着巨大的能量,利用海洋的波浪可以发电.在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔,其原理示意图如图甲所示.浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上,浮桶内置线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动,且始终处于磁场中,该线圈与阻值的灯泡相连,浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(斜线阴影部分),如图乙所示,其内为产生磁场的磁体,与浮桶内侧面的缝隙忽略不计;匝数的线圈所在处辐射磁场的磁感应强度,线圈直径,电阻.取重力加速度.若浮桶随波浪上下运动的速度可表示为,则下列说法正确的是(
)
A.波浪发电产生感应电动势e的瞬时值表达式为
B.灯泡中电流i的瞬时值表达式为
C.灯泡的电功率为120
W
D.灯泡两端电压的有效值为
25.如图所示,某交流发电机的线圈共n匝,面积为S,内阻为r,线圈两端与电阻构成闭合回路.当线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,以角速度ω绕轴匀速转动时,下列说法正确的是(
)
A.线圈产生的感应电动势的有效值
B.从图示位置转过90°的过程中,通过电阻R的电荷量
C.线圈经过中性面时,感应电流达到最大值
D.线圈中的电流每经过时间方向改变一次
26.如图所示，边长为的正方形单匝线圈，中点和中点的连线恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场磁感应强度为。线圈从图示位置开始，以角速度绕轴匀速转动，则(
)
A.图示位置线圈中感应电动势为零
B.图示位置线圈中感应电动势最大
C.线圈中感应电动势瞬时值表达式为
D.线圈中感应电动势瞬时值表达式为
27.如图甲所示电路，已知电阻，和并联的D是理想二极管(正向电阻可视为零，反向电阻为无穷大)，在A、B之间加一个如图乙所示的交变电压(电压为正值时，)。由此可知(　　)
A．R1时而有电流通过时而没有，R2始终有电流通过
B．R2时而有电流通过时而没有，R1始终有电流通过
C．加在上电压的有效值为10V
D．加在上电压的有效值为
V
28.如图，一个小型应急交流发电机，内部为匝、边长的正方形线圈，总电阻为.线圈在磁感应强度为的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动.发电机对一电阻为的电灯供电，线路中其他电阻不计，若发电机的转动角速度时，电灯正常发光.求：
(1)交流发电机产生的电动势的最大值；
(2)电灯正常发光的功率；
(3)从图示位置开始，线圈转过30°的过程中，通过电灯的电荷量；
(4)线圈每转动一分钟，外力所需做的功.
29.一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈内便产生按正弦规律变化的电流,这就是交流发电机原理.如下图所示.请思考下列问题:
（1）.实际的发电机,为了运转平稳,轴OO′通常位于ad、bc边的中点连线上.若将轴OO′向左或向右平移任意距离(小于或等于ad/2),线圈中是否仍产生规律相同的正弦式电流,为什么?
（2）.若将线圈abcd换成等面积的圆形线圈,使其绕位于直径的轴匀速转动,线圈中是否仍产生规律相同的正弦式电流,为什么?
3.线圈中感应电动势E与时间t的关系表达式的形式是正弦型还是余弦型和什么条件有关?
30.图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按如图所示方向匀速转动,线圈的匝数、电阻,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R阻值为,与R并联的交流电压表为理想电表.在时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化.(取)求:
(1)交流发电机产生的电动势的最大值;
(2)从时刻开始计时,线圈转过60°时线圈中感应电流的瞬时值及回路中的电流方向;
(3)电路中交流电压表的示数;
(4)从图示位置转过90°,通过线圈的电荷量和整个回路的焦耳热.
31.如图所示,一矩形线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直.线圈匝数,内阻,长,宽,角速度,磁场的磁感应强度,线圈两端连接阻值的电阻和一个交流电流表.求:
(1)由图示位置开始计时线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式;
(2)电流表的读数;
(3)当线圈从图示位置转过时,通过电阻R的电荷量.
32.如图所示，矩形线圈的匝数为匝，线圈的边长为，的边长为，在磁感应强度为的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的轴匀速转动，转动的角速度，试求：
(1)穿过线圈平面的最大磁通量；
(2)线圈在题图所示位置(线圈平面与磁感线平行)时，感应电动势e的大小；
(3)若线圈在中性面位置开始计时，写出此交变电流电动势瞬时值表达式。
参考答案
1.答案：B
解析：在一个周期内交变电流的方向改变两次，故A错误；电风扇铭牌上标出的电压值和电流值都是指有效值，B正确；某正弦式交流电压的最大值为311
V，则其最小值为零，故C错误;交流电流表和交流电压表测量的是有效值，故D错误.
2.答案：D
解析：用电器电阻,电压表示数为9
V,则电路中的电流,所以感应电动势有效值,其最大值,故A、B错误;交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值最小,为零,故C错误;线圈自中性面转过的过程中平均感应电动势为,故D正确.
3.答案：A
解析：由题图得，据，可得，A项正确；在和时，线圈中磁通量最大，线圈处于中性面位置，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，B、C项错误；时，线圈中磁通量为零，此时刻磁通量的变化率最大，且此时刻，D项错误.
4.答案：A
解析：由图象可知，矩形线框转动的周期，则，所以线框中产生的交变电流的表达式为，故A项正确；矩形线框转动的周期，所以线框转50转，即转速为，故B项错误；若将图甲中的交流电接在图乙的电路两端，通过电容器电流可忽略，则定值电阻两端电压为，由于最大电压大于电容器的击穿电压，电容器将被击穿，故C项错误；若矩形线框的转速增大一倍，角速度增大一倍为，角速度增大一倍，电流的最大值增大一倍，即为，则电流的表达式为，故D项错误。
5.答案：D
6.答案：D
7.答案：C
线圈转动时产生的是交变电流,大小不断变化,但由于通过电刷,流过的方向一直是.
8.答案：C
解析：线框平面和磁感线垂直时即为中性面,磁通量最大,但磁通量的变化率为零,(切割速度方向平行于磁感线,不切割磁感线)感应电动势为零;线框平面与磁感线平行时,磁通量为零,磁通量的变化率最大,感应电动势最大,线框匀速转动,各时刻线速度一样大,但速度的方向与磁场的夹角时刻变化,各时刻产生感应电动势不一样.
9.答案：A
解析：设交变电流的有效值为I,由电流的热效应,得,其中,解得,故选A.
10.答案：A
11.答案：C
解析：电压表的示数为有效值,根据图乙求电阻R中电流的有效值I,有,故。根据欧姆定律,有,故选C。
12.答案：B
解析：取一个周期时间,由电流的热效应求解;设电流的有效值为I,则
；计算得出,所以B选项是正确的.
13.答案：C
解析：由欧姆定律可知，通过电阻R的有效值：，电流的峰值：；由图2所示图线可知，电流的周期：T=0.02s，频率：f=1/T=1/0.02=50Hz，故C正确，ABD错误；故选C。
14.答案：D
解析：交流电压表的示数为有效值,故A错误;
由公式知电路要正常工作,干路中电流为3A,所以保险丝的额定电流不能小于3A,故B错误;
电暖宝是纯电阻,而抽油烟机是非纯电阻,故C错误;
1min抽油烟机消耗的电能为,故D正确;故选D
15.答案：D
解析：
A.在t=0时刻，产生的感应电动势最小，线圈一定处在中性面上，故A错误；
B.由图可知，a的周期为；b的周期为，则由可知，转速与周期成反比，故转速之比为3：2，故B错误；
C.曲线a的交变电流的频率，故C错误；
D.曲线a、b对应的线圈转速之比为3：2，曲线a表示的交变电动势最大值是15V，根据得曲线b表示的交变电动势最大值是10V，则有效值为，故D正确。
故选D。
16.答案：AB
解析：二极管具有单向导电性,电路中一个周期内只有一半时间有电流,根据电流的热效应得,又,解得电阻两端电压的有效值,故C项错误;流过电阻的电流的有效值,交流电流表测量的是电流的有效值,所以交流电流表的示数为,故A项正确,D项错误;根据,可得，一个周期内只有一半时间有电流,有电流通过电阻的半个周期内线框磁通量的变化,所以一个周期内通过R的电荷量,故B项正确.
17.答案：AD
解析：由图像知和时,电动势为零,线圈的磁通量变化率最小且为零,线圈平面与磁场方向垂直,线圈平面处于中性面位置,A正确,B错误;由图像知该交变电流的周期,所以频率,C错误;一个周期内电流方向变化两次,1
s内电流的方向变化100次,D正确.
18.答案：BD
解析：A.由图可知,a的周期,b的周期,根据可知ab的转速之比为3:2，故A错误；
B.根据可知,ab的角速度之比为3:2,a产生的感应电动势的最大值为,根据可知,b产生的电动势最大值为，故B正确；
C.t=0.01s时，线圈产生的感应电动势最大，此时线圈a恰好经过与中性面垂直位置，故C错误；
D.t=0.03s时，线圈b产生的感应电动势最小为零，故线圈b恰好经过中性面，故D正确；
故选：BD。
19.答案：BCD
20.答案：BCD
解析：将线圈向右拉出磁场时,线圈中电流方向不变,A错误;由电磁感应定律可知在选项B、C两种情况下可以产生交变电流,由法拉第电磁感应定律可知,在选项D情况下可产生交变电流,故BCD正确。
21.答案：CD
设线圈匝数为,磁感应强度为,线圈围成的面积为,角速度为,转速为
(转/秒),由,频率,可知B、C、D项只改变的大小,没有改变频率,但B选项使感应电动势减小,而A项改变了频率,故选C、D.
22.答案：AD
解析：
为四分之一周期的时间,
时刻,磁通量为,感应电流最大,之后四分之一周期的时间内,穿过线圈的磁通量一直在增大,而线圈中的感应电流一直在减小,即穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小.
23.答案：BC
解析：
24.答案：BC
解析：线圈在浮桶里随波浪上下运动切割磁感线产生感应电动势,有,A错误;电路总电阻,则灯泡中电流i的瞬时值表达式为,B正确.灯泡中电流的有效值,灯泡的电功率,C正确.灯泡两端电压的有效值,D错误.
25.答案：AD
解析：线圈中产生的感应电动势的最大值是,正弦交流电,则感应电动势的有效值,A正确;从图示位置转过90°的过程中,通过电阻R的电荷量,而平均感应电流,平均感应电动势,故,而线圈从图示位置转过90°的过程中,磁通量的变化量大小,可得,B错误;线圈经过中性面时,磁通量最大,但磁通量的变化率最小,因此感应电动势最小,故感应电流达到最小值,C错误;交变电流周期为,—个周期内线圈中电流方向改变2次,则线圈中的电流每经过时间方向改变一次,D正确.
26.答案：AC
27.答案：AD
28.答案：　(1)电动势的最大值为。
(2)电动势的有效值为,
电灯正常发光的电流,
电灯正常发光的功率。
(3)。
(4)线圈每转动一分钟，整个回路上产生的热量为。
。
29.答案：（1）.线圈中仍产生规律相同的正弦式电流;
（2）.线圈中仍产生规律相同的正弦式电流;
（3）.e=Emosωt
解析：（1）.如下图设轴OO′向左平移,设离a端距离为x,逆时针转动,从中性面开始计时,经时间t,线圈中的电动势e=B(ab)xωsinωt+B(cd)(ad-x)ωsinωt=B(ab)(ad)ωsinωt=BSωsinωt.由此可见,线圈中仍产生规律相同的正弦式电流,与轴的位置无关.
（2）.由(1)可知,线圈中的电动势E=BSωsinωt,与线圈的面积相关,与形状无关.因此,线圈中仍产生规律相同的正弦式电流.
（3）.由(1)的推导过程可知,若从中性面开始计时,表达式为正弦型即E=sinωt;若从线圈平面与磁场方向平行的位置开始计时,表达式为余弦型即cosωt.
30.答案：(1)200
V
(2)1
A;电流方向为
(3)
(4)0.02
C;3.14
J
解析：(1)由图线可知,因为,所以.
(2)因为,所以,线圈转过60°时线圈中感应电流的瞬时值
,电流方向为.
(3)电动势的有效值,由闭合电路欧姆定律得,电路中电流的有效值为,交流电压表的示数为.
(4)通过线圈的电荷量,根据焦耳定律可得.
31.答案：(1)
(2)
(3)
解析：(1)线圈中产生的感应电动势的最大值为,
由于线圈处于中性面,那么由图示位置开始计时线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为;
(2)根据欧姆定律得,
因为线圈产生的是正弦交变电流,所以电流表读数即为有效值,;
(3)当线圈从图示位置转过60°时,磁通量的变化量,
通过电阻R的电荷量.
32.答案:(1)穿过线圈平面的最大磁通量
(2)线圈在图示位置时感应电动势最大，此时感应电动势的值
(3)感应电动势的最大值，线圈转动的角速度，若从中性面位置开始计时，此交变电流电动势瞬时值表达式

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