2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)提升練29 交變電流的產(chǎn)生和描述

2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)提升練29 交變電流的產(chǎn)生和描述題組一正弦式交變電流的產(chǎn)生1如圖10­1­12所示，矩形線圈abcd繞軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電，在圖示位置開始計(jì)時(shí)，則下列說法正確的是()圖10­1­12At0時(shí)穿過線圈的磁通量最大，產(chǎn)生的感生電流最大Bt(T為周期)時(shí)感生電流沿abcda方向C若轉(zhuǎn)速增大為原來的2倍，則交變電流的頻率是原來的4倍D若轉(zhuǎn)速增大為原來的2倍，則產(chǎn)生的電流有效值為原來的4倍【解析】圖示時(shí)刻，ab、cd邊切割磁感線的有效速率為零，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為零，A錯(cuò)誤；根據(jù)線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，確定時(shí)線圈的位置，用右手定則可以確定線圈中的感應(yīng)電流沿abcda方向，B正確；根據(jù)轉(zhuǎn)速和頻率的定義可知C錯(cuò)誤；根據(jù)EmnBS，E，I可知電流有效值變?yōu)樵瓉淼?倍，D錯(cuò)誤【答案】B2一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(dòng)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，線框中的最大磁通量為m，最大感應(yīng)電動(dòng)勢為Em，下列說法中正確的是()A當(dāng)磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢也為零B當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢也減小C當(dāng)磁通量等于0.5m時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢等于0.5EmD角速度等于【解析】根據(jù)正弦式交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律：當(dāng)磁通量最大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為零；當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢在增大；磁通量減為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最大由此可知A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；設(shè)從線框位于中性面開始計(jì)時(shí)，則有eEmsin t，式中EmBS.因mBS，故角速度，D項(xiàng)正確；設(shè)e0.5Em，則解出t.此時(shí)B·Scos BSm，所以C項(xiàng)錯(cuò)【答案】D題組二有效值的計(jì)算3圖10­1­13甲為一正弦交流電的圖象，圖10­1­13乙為一方波交流電的圖象以下關(guān)于這兩個(gè)交流電的說法中正確的是()圖10­1­13A兩種交變電流的有效值均為 AB圖甲表示的交變電流的瞬時(shí)值的表達(dá)式為i2sin 10t(A)C兩種交變電流分別通過同一只電阻，在各自的一個(gè)周期內(nèi)，在該電阻上產(chǎn)生的熱量之比為Q甲Q乙23D圖甲表示的交變電流經(jīng)過一個(gè)變壓比為51的升壓變壓器后，該交變電流的頻率將變?yōu)樵瓉淼摹窘馕觥繌念}圖上可以看出，正弦交流電的峰值是2 A，周期是0.4 s；而方波交流電的峰值也是2 A，周期則為0.3 s正弦交流電電流的有效值為I1 A，方波交流電電流的有效值I22 A，A錯(cuò)誤；正弦交流電的電流瞬時(shí)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為i2sin 5t(A)，B錯(cuò)誤；將兩種不同的交流電分別通過同一個(gè)電阻的時(shí)候，由于熱量的計(jì)算要用電流的有效值，所以有Q甲IRT1，Q乙IRT2，代入數(shù)據(jù)可得Q甲Q乙23，C正確；變壓器只能改變電路中的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率，D錯(cuò)誤【答案】C4多數(shù)同學(xué)家里都有調(diào)光臺燈、調(diào)速電風(fēng)扇，過去是用變壓器來實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)的，這種調(diào)節(jié)方法成本高、體積大、效率低，且不能任意調(diào)節(jié)燈的亮度或電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速現(xiàn)在的調(diào)光臺燈、調(diào)速電風(fēng)扇是用可控硅電子元件來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的如圖10­1­14甲所示為一種調(diào)光臺燈的電路示意圖，它通過雙向可控硅電子元件實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)節(jié)亮度給該臺燈接220 V的正弦交流電后加在燈管兩端的電壓為如圖10­1­14乙所示的周期性電壓(每個(gè)周期的前半部分為一正弦函數(shù)完整波形的前段)，則此時(shí)交流電壓表的示數(shù)為()圖10­1­14A220 VB110 VC. VD. V【解析】交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，即在同一時(shí)間內(nèi)，跟某一交流電能使同一電阻產(chǎn)生相等熱量的直流電的數(shù)值，叫做該交流電的有效值設(shè)電壓的有效值為U，根據(jù)有效值定義有·T，解得U110 V，所以選項(xiàng)B正確【答案】B5通過某電流表的電流按如圖10­1­15所示的規(guī)律變化，則該電流表的讀數(shù)為() 圖10­1­15A4 AB4 AC5 AD.5 A【解析】由電流的熱效應(yīng)可得()2R×(3)2R×I2RT，解得I5 A，選項(xiàng)C正確【答案】C題組三交變電流“四值”的集合6(xx·遼寧沈陽質(zhì)量檢測)在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖10­1­16乙所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢隨時(shí)間變化規(guī)律的圖象如圖10­1­16甲所示，已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1.0 ，外接一只電阻為9.0 的燈泡，則()甲乙圖10­1­16A電壓表V的示數(shù)為20 VB電路中的電流方向每秒改變5次C燈泡實(shí)際消耗的功率為36 WD電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的瞬時(shí)值表達(dá)式為e20cos (5t)V【解析】由甲圖知電動(dòng)勢峰值為20 V，周期為0.2 s，所以有效值為20 V，角速度10 rad/s，電壓表測的是路端電壓U·R×9.0 V18 V，A項(xiàng)錯(cuò)誤；交流電的頻率f5 Hz，每一周期電流方向改變兩次，所以每秒改變10次，B項(xiàng)錯(cuò)誤；燈泡實(shí)際消耗功率為P W36 W，故C項(xiàng)正確；電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式e20cos 10t(V)，D項(xiàng)錯(cuò)誤【答案】C7(xx·鄭州市一模)圖10­1­17甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，繞垂直于磁場方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與R10 的電阻連接，與電阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表，示數(shù)是10 V圖10­1­17乙是矩形線圈磁通量隨時(shí)間t變化的圖象，則()甲乙圖10­1­17A電阻R上的電功率為20 WB0.02 s的R兩端的電壓瞬時(shí)值為零CR兩端的電壓u隨時(shí)間t變化的規(guī)律是u14.1cos 100t(V)D通過R的電流i隨時(shí)間t變化的規(guī)律是icos 50t(A)【解析】電壓表上的示數(shù)為有效值，故可知電阻R上的電功率為P10 W，則A錯(cuò)誤；由乙圖可知，0.02 s時(shí)磁通量為0，但磁通量的變化率是最大的，故此時(shí)的電壓瞬時(shí)值最大，則B錯(cuò)誤；由于磁通量按正弦規(guī)律變化，則電動(dòng)勢必按余弦規(guī)律變化，且電壓最大值為10 V，100 rad/s，所以R兩端的電壓u隨時(shí)間t變化的規(guī)律是u14.1cos 100t(V)，故C正確；同理可知通過R的電流i隨時(shí)間t變化的規(guī)律是i1.41cos 100t(A)，則D錯(cuò)誤【答案】C8(多選) 如圖10­1­18所示，在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形線圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場方向，線圈電阻為2 .從線圈平面與磁場方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過60°時(shí)的感應(yīng)電流為1 A那么()圖10­1­18A線圈消耗的電功率為4 WB線圈中感應(yīng)電流的有效值為2 AC任意時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為e4costD任意時(shí)刻穿過線圈的磁通量為sint【解析】線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，線圈平面從與磁場方向平行開始計(jì)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)過60°時(shí)，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為iImcos 60°1 AIm2 A，正弦交變電流有效值I A，B項(xiàng)錯(cuò)；線圈消耗的功率PI2R4 W，A項(xiàng)正確；由歐姆定律可知，感應(yīng)電動(dòng)勢最大值EmImR4 V，所以瞬時(shí)值表達(dá)式為e4 cost，C項(xiàng)正確；通過線圈的磁通量msin tmsint，由感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值EmBSm×m，解兩式得：sintsint，D項(xiàng)錯(cuò)【答案】ACB組深化訓(xùn)練提升應(yīng)考能力9(多選)(xx·南京模擬)如圖10­1­19甲所示，為一臺小型發(fā)電機(jī)構(gòu)造示意圖，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化，其e­t圖象如圖10­1­19乙所示發(fā)電機(jī)線圈的內(nèi)阻為1 ，外接燈泡的電阻為9 ，則()甲乙圖10­1­19A電壓表的示數(shù)為6 VB發(fā)電機(jī)的輸出功率為4 WC在1.0×102 s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量最大D在2.0×102 s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量變化率最大【解析】根據(jù)e ­t圖象可知產(chǎn)生的交變電流的電動(dòng)勢最大值為6 V，有效值為6 V，根據(jù)閉合電路歐姆定律可求得電壓表的示數(shù)為U×6 V5.4 V，A錯(cuò)；根據(jù)電功率公式得發(fā)電機(jī)的輸出功率為P()2×9 W3.24 W，B錯(cuò)；根據(jù)e­t圖象可知在1.0×102 s時(shí)刻，電動(dòng)勢為零，說明此時(shí)線圈處于中性面，磁通量最大，C正確；在2.0×102 s時(shí)刻，電動(dòng)勢為最大，說明此時(shí)線圈處于與中性面垂直的位置，磁通量最小，但是磁通量的變化率最大，D正確【答案】CD10(多選)如圖10­1­20所示，某玩具電磁驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)可簡化為在勻強(qiáng)磁場中的一匝閉合金屬線圈，線圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，線圈面積為S，電阻為R.當(dāng)線圈以右邊為軸，以恒定的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列敘述中正確的是() 圖10­1­20A產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為B轉(zhuǎn)過30°時(shí)，線圈中的電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針C轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過線圈導(dǎo)線某一橫截面的電荷量為D線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的熱量為【解析】線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大值為EmBS，電動(dòng)勢有效值為EEmBS，則電流的有效值為I，選項(xiàng)A正確；據(jù)楞次定律可知轉(zhuǎn)過30°時(shí)，線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由，qt，得到電荷量q，故選項(xiàng)C正確；線圈轉(zhuǎn)一周的過程中，產(chǎn)生的熱量為QI2Rt，選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】AC11在如圖10­1­21甲所示電路中，D為理想二極管(正向電阻為零，反向電阻為無窮大)R130 ，R260 ，R310 .在MN間加上如圖10­1­21乙所示的交變電壓時(shí)，R3兩端電壓表的讀數(shù)大約是()甲乙圖10­1­21A3 VB3.5 VC4 VD5 V【解析】在00.01 s內(nèi)，二極管導(dǎo)通，電壓表讀數(shù)為U3Um4 V，在0.010.02 s內(nèi)，二極管截止，電壓表讀數(shù)U3Um3 V根據(jù)交流電有效值的定義得：×××T，U3.5 V，B正確【答案】B12如圖10­1­22所示， 用電阻率為、橫截面積為S的硬導(dǎo)線做成一個(gè)邊長為L的方框，其中一邊串接有一理想電流表，方框的右半部分位于勻強(qiáng)磁場區(qū)域中，磁場方向垂直紙面向里，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化率k>0時(shí)，電流表示數(shù)為I1；當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，線框繞虛線以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)為I2，則I1I2為() 圖10­1­22A.1B.21 C11D.2【解析】方框的電阻為R，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間的變化率為k時(shí)，由法拉第電磁感應(yīng)定律知E1，即I1，當(dāng)線框繞虛線以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有I2，所以I1I21，A對，B、C、D錯(cuò)【答案】A13(xx·蘇北四市二模)如圖10­1­23所示，矩形線圈abcd與可變電容器C、理想電流表A組成閉合電路線圈在有界勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的bc邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度100 rad/s.線圈的匝數(shù)N100匝，邊長ab0.2 m，ad0.4 m，電阻不計(jì)磁場只分布在bc邊的左側(cè)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B T電容器放電時(shí)間不計(jì)下列說法正確的是() 圖10­1­23A該線圈產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢峰值為50 VB該線圈產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢有效值為25 VC電容器的耐壓值至少為50 VD電容器的電容C變大時(shí)，電流表的示數(shù)變小【解析】該交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式為eNBSsin t50 sin 100t (V)，其峰值為50 V，所以A、C均錯(cuò)誤；由于一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)周期產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，所以有T×0，解得E25 V，即B正確；C變大時(shí)電容器對交流電的阻礙作用減小，電流表的示數(shù)變大，所以D錯(cuò)【答案】B14(多選)如圖10­1­24甲所示，將阻值為R5 的電阻接到內(nèi)阻不計(jì)的正弦交變電源上，電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖10­1­24乙所示，電流表串聯(lián)在電路中測量電流的大小對此，下列說法正確的是()圖10­1­24A電阻R兩端電壓的函數(shù)表達(dá)式為u2.5sin 200t(V)B電阻R消耗的電功率為1.25 WC若此交變電流由一矩形線框在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，如圖10­1­24丙所示，當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電流表的示數(shù)為1 AD這一交變電流與圖10­1­24丁所示電流比較，其有效值之比為【解析】圖乙所示電流的最大值為Im0.5 A，由歐姆定律得UmImR2.5 V周期為T0.01 s，200 rad/s，所以R兩端電壓的表達(dá)式為u2.5sin 200t(V)，A正確；該電流的有效值為I，電阻R消耗的電功率為PI2R，解得P0.625 W，B錯(cuò)誤；該交變電流由圖丙所示矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，當(dāng)轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電動(dòng)勢的最大值EmnBS為原來的2倍電路中電流的有效值也是原來的2倍，為2× A1 A電流表的示數(shù)為有效值，C錯(cuò)誤；圖乙中的正弦交變電流的有效值為 A圖丁所示的交變電流雖然方向發(fā)生變化，但大小恒為0.5 A，可知D正確【答案】AD15如圖10­1­25所示為一個(gè)經(jīng)雙可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓，正弦交流電的每一個(gè)二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，則現(xiàn)在電燈上電壓的有效值為()圖10­1­25AUmB.C.D.【解析】由題給圖象可知，交流電壓的變化規(guī)律具有周期性，用電流熱效應(yīng)的等效法求解設(shè)電燈的阻值為R，正弦交流電壓的有效值與峰值的關(guān)系是U，由于一個(gè)周期內(nèi)半個(gè)周期有交流電壓，一周期內(nèi)交流電產(chǎn)生的熱量為Qt·，設(shè)交流電壓的有效值為U，由電流熱效應(yīng)得Q··T，所以該交流電壓的有效值UUm/2，可見選項(xiàng)D正確【答案】D