2020版高考物理教科版大一轮复习训练：第十一章 基础课1　交变电流的产生和描述 Word版含解析.pdf

基础课基础课 1 交变电流的产生和描述 交变电流的产生和描述 一、选择题(16 题为单项选择题，711 题为多项选择题) 1某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电流的图象如 图 1 所示，由图中信息可以判断( ) 图 1 A在 A、C 时刻线圈处于中性面位置 B在 B、D 时刻穿过线圈的磁通量为零 C从 AD 线圈转过的角度为 2 D若从 OD 历时 0.02 s，则在 1 s 内交变电流的方向改变了 100 次 解析 由题中交变电流的图象可知，在 A、C 时刻产生的感应电流最大，对应的 感应电动势最大，线圈处于垂直中性面的位置，选项 A 错误 ； 在 B、D 时刻感应 电流为零，对应的感应电动势为零，即磁通量的变化率为零，此时磁通量最大， 选项 B 错误；从 AD，经历的时间为 周期，线圈转过的角度为 ，选项 C 错 3 4 3 2 误；若从 OD 历时 0.02 s，则交变电流的周期为 0.02 s，而一个周期内电流的 方向改变两次，所以 1 s 内交变电流的方向改变了 100 次，选项 D 正确。 答案 D 2(2017·山东潍坊市联考)现在的调光灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实 现调控的。如图 2 所示为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压，即在正 弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去。调节台灯上的旋 钮可以控制截去的多少， 从而改变电灯上的电压， 那么现在电灯上的电压为( ) 图 2 AUm B.U m 2 C. D.Um 2U m 2 2 解析 由有效值的概念可得· T，解得 U，选项 B 正确。 （U m 2） 2 R T 2 U2 R Um 2 答案 B 3 图 3 甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图， 其矩形线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴 OO匀速转动，线圈的两端经集流环 和电刷与电阻 R10 连接， 与电阻 R 并联的交流电压表为理想电表， 示数是 10 V。图乙是穿过矩形线圈磁通量 随时间 t 变化的图象。则下列说法正确的是 ( ) 图 3 A电阻 R 上的电功率为 20 W B0.02 s 时 R 两端的电压瞬时值为零 CR 两端的电压随时间变化的规律是 u14.1 cos 100t(V) D通过 R 的电流随时间变化的规律是 icos 50t(A) 解析 电阻 R 上的电功率为 P10 W，选项 A 错误 ； 0.02 s 时穿过线圈的磁 U2 R 通量变化率最大，R 两端的电压瞬时值最大，选项 B 错误；R 两端的电压 u 随时 间 t 变化的规律是 u14.1cos 100t(V)， 通过 R 的电流随时间变化的规律 i1.41 cos 100t(A)，选项 C 正确，D 错误。 答案 C 4(2016·福建福州质检)某交流电源电动势随时间变化的规律如图 4 所示，现用 该电源对标称值为“5 V 10 W”的电动机供电，电源内阻不计，下列说法正确 的是( ) 图 4 A电动机的内阻为 2.5 B电动机的发热功率为 10 W C通过电动机的电流为 2 A D通过电动机的电流为 2 A2 解析 由图知该电源电动势最大值为 Em5 V，则有效值 E5 V，通过电动2 机的电流 I A2 A，电动机是非纯电阻元件，电动机内阻 r 2.5 ， 10 5 5 2 电动机的发热功率 P热I2rP总10 W，故 A、B、D 错误，C 正确。 答案 C 5如图 5 所示，一半径为 L 的导体圆环位于纸面内，O 为圆心。环内两个圆心 角为 90°且关于 O 中心对称的扇形区域内分布有匀强磁场， 两磁场的磁感应强度 大小均为 B、方向相反且均与纸面垂面。导体杆 OM 可绕 O 转动，M 端通过滑 动触点与圆环良好接触， 在圆心和圆环间连有电阻 R， 不计圆环和导体杆的电阻， 当杆 OM 以恒定角速度 逆时针转动时，理想电流表 A 的示数为( ) 图 5 A. B. C. D. 2BL 2 4R BL2 4R 2BL 2 2R BL2 2R 解析 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 BL2 2 流 I ，设电流的有效值为 I有效，则 IRT2I2R× T，解得 I有效， E R 2有效 1 4 2BL 2 4R 选项 A 正确。 答案 A 6 如图6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，从图示位置转过 90°开始计 时，则能正确反映线圈中产生的电动势 e 随时间 t 的变化规律的图象是( ) 图 6 解析 由题图乙知，周期 T4 s，感应电动势的最大值 Em1 V，而感应电动势 的最大值的表达式 EmNBSNBS·。若仅把线圈的转速变为原来的 2 倍，则 2 T 周期 T变为原来的 ，即 T2 s，而感应电动势的最大值 Em变为原来的 2 倍， 1 2 即 Em2 V，所以选项 B、C 错误；从图示位置转过 90°开始计时，也就是 t0 时线圈中产生的感应电动势应为 0，所以选项 A 正确，D 错误。 答案 A 7将电阻 R、理想电压表 V、开关 S 和交流电源按照图 7 所示的方式连接起来， 其中 R30 ，合上开关 S 后，交流电源输出的正弦交变电压 u 随时间 t 变化的 关系如图 8 所示。则( ) 图 7 图 8 A电压表 V 的示数是 36 V BR 消耗的电功率是 21.6 W C通过 R 的电流瞬时值表达式为 i1.2 sin 100t A D通过 R 的电流最大值为 1.2 A 解析 电压表的示数为有效值， U18 V， A 项错误 ； P21.6 W， B Um 2 2 U2 R 项正确 ； isin 100t A1.2sin 100t A，C 项正确 ； Im1.2 A，D 项正确。 Um R Um R 答案 BCD 8如图 9 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( ) 图 9 A两次 t0 时刻线圈平面均与中性面重合 B曲线 a、b 对应的线圈转速之比为 23 C曲线 a 表示的交变电动势频率为 25 Hz D曲线 b 表示的交变电动势有效值为 10 V 解析 线圈经过中性面时不切割磁感线，此时感应电动势为零，选项 A 正确； 由图可知曲线 a、b 的周期之比为 23，则对应的线圈转速之比为 32，选项 B 错误；曲线 a 的周期为 Ta4×102 s，其频率为 fa25 Hz，选项 C 正确； 1 Ta 曲线 a、b 表示的交变电流的峰值之比为 ，又 Ema15 V，Emb10 Ema Emb a b 3 2 V，UbEmb5 V，选项 D 错误。 2 2 2 答案 AC 9如图 10 所示，N 匝矩形导线框以角速度 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 绕轴 OO匀速转动， 线框面积为 S， 线框的电阻、 电感均不计， 外电路接有电阻 R、 理想交流电流表和二极管 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( ) 图 10 A交流电流表的示数 INBS 2R B一个周期内通过 R 的电荷量 q2NBS R CR 两端电压的有效值 UNBS 2 D图示位置电流表的示数为 0 解析 设回路中电流的有效值为 I，由电流的热效应可知， ()2RTI2RT，I 1 2 NBS 2R ，A 正确，D 错误；电阻 R 两端电压的有效值 UIR，C 错误； NBS 2R NBS 2 一个周期内通过 R 的电荷量 q，B 正确。 N R 2NBS R 答案 AB 10(2017·安徽屯溪模拟)如图 11 所示，面积为 S、匝数为 N、电阻为 r 的正方 形导线框与阻值为 R 的电阻构成闭合回路，理想交流电压表并联在电阻 R 的两 端。线框在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，以与电路连接的一边所在直线为轴 垂直于磁场以角速度 匀速转动，不计其他电阻，则下列说法正确的是( ) 图 11 A若从图示位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为 eNBSsin t B线框通过中性面前后，流过电阻 R 的电流方向将发生改变，1 秒钟内流过电 阻 R 的电流方向改变 次 C线框从图示位置转过 60°的过程中，通过电阻 R 的电荷量为 NBS 2（Rr） D电压表的示数跟线框转动的角速度 大小无关 解析 从图示位置开始计时，即从线框处于中性面位置开始计时，感应电动势瞬 时值 eNBSsin t，选项 A 正确；线框通过中性面前后，流过电阻 R 的电流方 向发生改变，每转 1 周电流方向改变 2 次，1 秒钟内线框转动圈数为 ，故 1 T 2 流过电阻 R 的电流方向改变 2× 次， 选项 B 正确 ； 线框从图示位置转过 60° 2 的过程中， 通过电阻R的电荷量q ttN， 而BS BS，I E Rr Rr 1 2 故 q，选项 C 正确 ； 电压表的示数 U，而 E，故 U， NBS 2（Rr） RE Rr NBS 2 选项 D 错误。 答案 ABC 11如图 12 甲所示，将阻值为 R5 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， 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( ) 图 12 A电阻 R 两端电压变化规律的函数表达式为 u2.5sin 200t(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 2 解析 图乙所示电流的最大值为 Im0.5 A， 周期为 T0.01 s， 其角速度为 2 T 200 rad/s，由欧姆定律得 UmImR2.5 V。所以 R 两端电压瞬时值的表达式 为 u2.5sin 200t(V)，选项 A 正确 ； 该电流的有效值为 I，电阻 R 消耗的电 Im 2 功率为 PI2R，解得 P0.625 W，选项 B 错误；电流表的示数为有效值，该交 变电流由图丙所示矩形线圈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 EmnBS 为原来的 2 倍，电路中电流的有效值也是原来的 2 倍， 为 2× A1 A，选项 C 错误；图乙中的正弦交变电流的有效值为 A。图 0.5 2 0.5 2 丁所示的交变电流虽然方向发生变化，但大小恒为 0.5 A，故有效值之比为， 1 2 选项 D 正确。 答案 AD 二、非选择题 12 如图 13 甲所示， 一固定的矩形导体线圈水平放置， 线圈的两端接一只小灯泡， 在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数 n 100 匝， 总电阻 r1.0 ， 所围成矩形的面积 S0.040 m2， 小灯泡的电阻 R9. 0 ，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时 值的表达式为 enBmScost，其中 Bm为磁感应强度的最大值，T 为磁场变化 2 T 2 T 的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求： 图 13 (1)线圈中产生感应电动势的最大值； (2)小灯泡消耗的电功率； (3)在磁感应强度变化的 0 时间内，通过小灯泡的电荷量。 T 4 解析 (1)由图象知，线圈中产生的交变电流的周期 T3.14×102 s，所以 Em nBmS8.0 V。 2nBmS T (2)电流的最大值 Im0.80 A，有效值 I A，小灯泡消耗的电功 Em Rr Im 2 2 2 5 率 PI2R2.88 W。 (3)在 0 时间内，电动势的平均值 ，平均电流 ，流 T 4 E nSB t I E Rr nSB （Rr）t 过灯泡的电荷量 Q t4.0×103 C。I nSB Rr 答案 (1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×103 C