微練43交變電流的產(chǎn)生和描述梯級(jí)Ⅰ基礎(chǔ)練1.如圖甲為按壓式發(fā)電手電筒。以一定的頻率不斷按壓手柄時(shí)，其內(nèi)置發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生如圖乙所示的交變電流。已知發(fā)電機(jī)內(nèi)阻r=2Ω，與其串聯(lián)的白熾燈泡額定電壓為9V、阻值為18Ω。若該燈泡恰好正常發(fā)光，則此時(shí)發(fā)電機(jī)(A)A.輸出電流的有效值為0.5AB.輸出電流的最大值為0.5AC.輸出的交流電頻率為10HzD.輸出的交流電頻率為50Hz解析白熾燈泡額定電壓為9V、阻值為18Ω，燈泡恰好正常發(fā)光，則輸出電流的有效值為I=918A=0.5A，A項(xiàng)正確；題圖中電流為正弦式交變電流，則輸出電流的最大值為Im=2I=22A，B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)題圖乙可知，周期為0.2s，則頻率為f=10.2Hz=5Hz，C2.(多選)(2024·新課標(biāo)卷)電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)可利用車輪轉(zhuǎn)動(dòng)將其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存起來。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)磁極繞固定的線圈旋轉(zhuǎn)，在線圈中產(chǎn)生電流。磁極勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的某瞬間，磁場(chǎng)方向恰與線圈平面垂直，如圖所示。將兩磁極間的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則磁極再轉(zhuǎn)過90°時(shí)，線圈中(BD)A.電流最小 B.電流最大C.電流方向由P指向Q D.電流方向由Q指向P解析開始線圈處于中性面位置，當(dāng)磁極再轉(zhuǎn)過90°時(shí)，此時(shí)穿過線圈的磁通量為0，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=ΔΦΔt，磁通量為零時(shí)，磁通量變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E最大，由I=ER(R為線圈電阻)可知，此時(shí)線圈中電流最大；在磁極轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，穿過線圈的磁通量在減小，根據(jù)楞次定律可知，此時(shí)感應(yīng)電流方向由Q指向P，B、3.(2024·廣東卷)將阻值為50Ω的電阻接在正弦式交流電源上。電阻兩端電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。下列說法正確的是(D)A.該交流電的頻率為100HzB.通過電阻電流的峰值為0.2AC.電阻在1s內(nèi)消耗的電能為1JD.電阻兩端電壓表達(dá)式為u=102sin(100πt)V解析由題圖可知交流電的周期為0.02s，則頻率f=1T=50Hz，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)題圖可知電壓的峰值為102V，根據(jù)歐姆定律電流的峰值Im=UmR=10250A=0.22A，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電流的有效值為I=Im2=0.2A，電阻在1s內(nèi)消耗的電能為W=I2Rt=0.22×50×1J=2J，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)題圖，其電壓表達(dá)式為u=Umsinωt=102·sin(1004.(2024·浙江卷)如圖所示，邊長(zhǎng)為1m、電阻為0.04Ω的剛性正方形線框abcd放置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁場(chǎng)B垂直。若線框固定不動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度以ΔBΔt=0.1T/s均勻增大時(shí)，線框的發(fā)熱功率為P；若磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為0.2T，線框以某一角速度繞其中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線框的發(fā)熱功率為2P，則ab邊所受最大的安培力為(CA.12N B.2C.1N D.2N解析磁場(chǎng)均勻增大時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=ΔBΔtS=0.1V，則功率P=E2R=0.25W，線框以某一角速度ω繞其中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=BSω，此時(shí)有2P=(Em2)2R=0.5W，解得ω=1rad/s，分析可知當(dāng)線框平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)感應(yīng)電流最大，Im=BSωR=5A，ab邊所受最大的安培力5.(2024·湖北卷)在如圖所示電路中接入正弦交流電，燈泡L1的電阻是燈泡L2的2倍。假設(shè)兩個(gè)二極管正向電阻為0、反向電阻無(wú)窮大。閉合開關(guān)S，燈泡L1、L2的電功率之比P1∶P2為(C)A.2∶1 B.1∶1C.1∶2 D.1∶4解析兩個(gè)二極管正向電阻為0，反向電阻無(wú)窮大，二極管導(dǎo)通則短路與其并聯(lián)的燈泡，此時(shí)另一個(gè)燈泡與電源串聯(lián)，根據(jù)題中電路圖可知在一個(gè)完整的周期內(nèi)，兩個(gè)燈泡有電流通過的時(shí)間相等，都為半個(gè)周期，電壓有效值相等，則根據(jù)P=U2R，可知P1∶P2=RL2∶RL1=1∶2，6.(2025·南陽(yáng)聯(lián)考)如圖所示的交流電，前半周期為峰值是2V的正弦式交流電的四分之一周期，后半周期為峰值是1V的正弦式交流電的四分之一周期，則該交流電的電壓有效值是(A)A.52VB.62V C.102解析設(shè)交流電壓的有效值為U，則根據(jù)焦耳定律，有(2)2R×T2+(22)2R×T2=U2梯級(jí)Ⅱ能力練7.(2024·山東卷)如圖甲所示，在-d≤x<d，-d≤y≤d的區(qū)域中存在垂直O(jiān)xy平面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(用陰影表示磁場(chǎng)的區(qū)域)，邊長(zhǎng)為2d的正方形線圈與磁場(chǎng)邊界重合。線圈以y軸為轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)如圖乙所示。若僅磁場(chǎng)的區(qū)域發(fā)生了變化，線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)變?yōu)閳D丙所示實(shí)線部分，則變化后磁場(chǎng)的區(qū)域可能為(C)解析根據(jù)題意可知，磁場(chǎng)區(qū)域變化前線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=Esinωt，由題圖丙可知，磁場(chǎng)區(qū)域變化后，當(dāng)Esinωt=3E2時(shí)，線圈的側(cè)邊開始切割磁感線，即當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)π3時(shí)開始切割磁感線，由幾何關(guān)系可知磁場(chǎng)區(qū)域平行于x軸的邊長(zhǎng)變?yōu)閐'=2dcosπ3=8.(多選)如圖所示，正方形線框abcd放在光滑的絕緣水平面上，OO'為正方形線框的對(duì)稱軸，在OO'的左側(cè)存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)使正方形線框在磁場(chǎng)中以兩種不同的方式運(yùn)動(dòng):第一種方式以速度v使正方形線框勻速向右運(yùn)動(dòng)，直到ab邊剛好與OO'重合；第二種方式使正方形線框繞OO'軸以恒定的角速度由圖中位置開始轉(zhuǎn)過90°，ab邊的線速度恒為v。則下列說法正確的是(ABD)A.兩次線框中的感應(yīng)電流方向均沿adcbaB.兩過程流過線框某一橫截面的電荷量之比為1∶1C.兩過程線框中產(chǎn)生的焦耳熱之比為2∶πD.兩過程中線框中產(chǎn)生平均電動(dòng)勢(shì)之比為π∶2解析由楞次定律可知，兩次線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向均沿adcba，A項(xiàng)正確；該過程中線框中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=ΔΦΔt，線框中的感應(yīng)電流為I=ER，流過線框某一橫截面的電荷量為q=I·Δt，整理得q=ΔΦR，則兩過程流過線框某一橫截面的電荷量相同，即兩過程流過線框某一橫截面的電荷量之比為1∶1，B項(xiàng)正確；設(shè)正方形線框的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，第一次，線框勻速拉出，線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1=BLv，線框中感應(yīng)電流為I1=E1R，線框出磁場(chǎng)的時(shí)間為t1=L2v，線框中產(chǎn)生的焦耳熱為Q1=I12Rt1，解得Q1=B2L3v2R；第二次，線框繞OO'軸轉(zhuǎn)過90°，線框中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em=BSω=BL22·vL2=BLv，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E2=Em2，則該過程線框中產(chǎn)生的焦耳熱為Q2=E22Rt2，又t2=πL4v，整理得Q2=πB2L3v8R，則Q1∶Q2=4∶π，C項(xiàng)錯(cuò)誤；第一次，線框勻速拉出，線框中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1=BLv；第二次，線框繞OO'軸轉(zhuǎn)過90°，線框中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2=梯級(jí)Ⅲ創(chuàng)新練9.圖甲是一種振動(dòng)發(fā)電裝置的示意圖，半徑為r=0.1m、匝數(shù)n=10的線圈位于輻向分布的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)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=1πT，線圈電阻為R1=1Ω，它的引出線接有R2=3Ω的小燈泡L，外力推動(dòng)線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，線圈運(yùn)動(dòng)速度v隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖丙所示，不計(jì)一切摩擦，則(DA.小燈泡在10s內(nèi)消耗的電能為20JB.小燈泡中電流的有效值為1AC.t=0.1s時(shí)電壓表的示數(shù)為3.0VD.t=0.01s時(shí)外力的大小為2N解析由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律知，線圈在磁場(chǎng)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小符合正弦曲線變化規(guī)律，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em=nBlv=nB·2πrvm=4V