高中物理（第02期）百所好题速递分项解析汇编 专题5.1交变电流的产生及描述（含解析）（选修3）.doc

交变电流的产生及描述一、选择题1【2015山东省泰安一中高二下学期阶段测试】一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为t从中性面开始计时，当tt时，线圈中感应电动势的瞬时值为2 v，则此交流电的有效值为（ ）a2 v b2 v c v d v【答案】a考点：交流电的产生及变化规律.2【2014-2015学年四川省绵阳市南山中学高二下学期4月月考】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中不正确的是a在中性面时，通过线圈的磁通量最大 b在中性面时，感应电动势为零c穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零 d线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次【答案】c【解析】试题分析：线圈平面与中性面重合时，磁感线与线圈平面垂直，磁通量最大，所以a项错误；中性面时，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，所以b项错误；线圈平面与中性面垂直时，磁感线与线圈平面平行，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电动势最大，所以c项正确；在中性面时，感应电流为零，电流方向在此位置前后发生变化，在垂直中性面时，感应电流最大，电流方向不变，所以d项错误。考点：本题考查了交变电流的理解3【2014-2015学年太原五中第二学期阶段性检测】如下图所示的四种随时间变化的电流图象，其中属于交变电流的是（ ） 【答案】cd【解析】试题分析：图像ab中的电流大小在改变，但方向却都是正值，故它们不是交变电流，cd中的电流大小在改变，其方向也在周期性地改变，故它们是交变电流，选项cd正确。考点：交变电流的图像。4【2014-2015学年广东省湛江一中第二学期期中考试高二级理科综合试卷】如图所示为一正弦交变电压随时间变化的图象，由图可知()a交流电的周期为2 sb用电压表测量该交流电压时，读数为311 vc交变电压的有效值为220 vd将它加在电容器上时，电容器的耐压值等于220 v【答案】c考点：正弦交流电.5.单匝矩形金属线圈，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图所示。下列说法中正确的是 e/vt/so2-20.10.20.3a0.05s时穿过线圈的磁通量为零b 此交流电的频率为0.2hzct=0.1s时，线圈平面与磁场方向平行d线圈转速加倍时，感应电动势随时间变化的表达式为e=2sin2t（v）【答案】a考点：交流电的产生及变化规律.6.【20142015学年雅安中学高二年级下期月考】图1中矩形线圈abcd在匀强磁场中以ad边为轴匀速转动，产生的电动势瞬时值为e = 5sin20tv，则以下判断正确的是（ ）a当线圈平面与中性面垂直时，线圈中的感应电流为0b当线圈平面与中性面重合时，线圈中的感应电动势为5vc此交流电的频率为10/hz d线圈转动一周，感应电流的方向改变一次【答案】c【解析】试题分析：当线圈平面与中性面垂直时，线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，所以a项错误；当线圈平面与中性面重合时，线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，所以b项错误；角速度，根据，得出频率，所以c项正确；线圈每经过一次中性面，感应电流的方向改变一次，每转动一周，经过两次中性面，感应电流的方向改变两次，所以d项错误。考点：本题考查了中性面特点7. 【2014-2015学年吉林省长春外国语学校高二下学期第一次月考】阻值为10 的电阻接到电压波形如图所示的交流电源上，以下说法正确的是()。a.电压的有效值为10 vb.通过电阻的电流有效值为1 ac.电阻消耗电功率为5 wd.电阻每秒钟产生的热量为5 j【答案】cd考点：本题考查正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率；电功、电功率8.【20142015学年雅安中学高二年级下期月考】一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线圈中产生的电动势为eemsint。若将线圈的转速加倍，其它条件不变，则产生的电动势为（ ） aemsin2t b2emsint c2emsint d2emsin2t【答案】d【解析】试题分析：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动产生交变电流，交变电流的最大值为，角速度与转速的关系为，若将线圈的转速加倍，感应电动势的最大值也将变为原来的二倍，角速度也变为原来的二倍，产生的电动势为，所以d项正确；a、b、c项错误。考点：本题考查了交变电流的瞬时表达式的理解9.【20142015学年雅安中学高二年级下期月考】一交流电流的图象如图2所示，由图可知（ ） a用电流表测该电流其示数为10a b该交流电流的频率为50hz c该交流电流通过10电阻时，电阻消耗的电功率为100wd该交流电流即时值表达式为i10sin314t a【答案】a考点：本题考查了交流电图象的理解和交流电的四值10.【2014-2015学年“华安、连城、永安、漳平一中、龙海二中、泉港一中” 四地六校联考】一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴oo匀速转动，线圈平面位于如图4甲所示的匀强磁场中通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图4乙所示，下列说法正确的是（ ） 图4at1、t 3时刻通过线圈的磁通量变化率最大bt 1、t 3时刻线圈中感应电流方向改变ct 2、t 4时刻线圈中磁通量最大dt 2、t 4时刻线圈中感应电动势最小【答案】b【解析】试题分析：由图线可知，t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，选项a错误；t1、t3时刻线圈处于中性面上，故此时刻的感应电流方向改变，选项b正确；t2、t4时刻线圈中磁通量最小，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，选项dc错误；故选b.考点：交流电的产生.11【20142015学年甘肃兰州一中下学期期中考试高二物理试题】一个电热器接在10 v的直流电源上，消耗的功率是p；当把它接在一个正弦式交变电源上时，消耗的功率是，则该交变电压的峰值是 a5 v b12 v c7.1 v d10 v【答案】c考点：正弦交流电的有效值、最大值、周期和频率。12【2014-2015学年云南省景洪市第四中学下学期期中试卷】两个完全相同的电热器，分别通有如图所示的交变电流，则它们的功率之比为 ( ) a41 b1 c21 d1【答案】c【解析】试题分析：图一中电流的有效值为im；图二中电流的有效值为；根据p=i2r可知，则它们的功率之比为，选项c正确。考点：交流电的有效值.13【2014-2015学年云南省景洪市第四中学下学期期中试卷】如图是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定( )a. 最大值是311v b. 周期是0.01s c.有效值是311v d.表达式为u=220sin100t（v） 【答案】a考点：交流电的最大值、有效值和瞬时值.14【2014-2015学年河北省正定中学高二第二学期第三次月考】如图所示为某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成发电机中矩形线圈所围的面积为s，匝数为n，电阻不计，它可绕水平轴在磁感应强度为b的水平匀强磁场中以角速度匀速转动矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头p上下移动时可改变输出电压，表示输电线的电阻以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是（ ）a若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈的电流瞬时值为零b发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为 c当滑动触头p向下移动时，变压器原线圈两端的电压将升高d当用户数目增多时，为使用户电压保持不变，滑动触头p应向上滑动【答案】d考点：交流电的产生及变化规律；变压器。15.【2014-2015学年江西省白鹭洲中学高二下学期第一次月考】如图甲为一台小型发电机构造图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间按余弦规律变化，其et图象如图乙所示。发电机线圈的内阻为1 ，外接灯泡的电阻为9 ，则()a电压表的示数为6 vb发电机的输出功率为4 wc在1.0102 s时刻，穿过线圈的磁通量最小d在2.0102 s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大【答案】d【解析】试题分析：电压表的示数为路端电压的有效值，由乙图可知电源的电动势的有效值为6v，由全电路欧姆定律有路端电压为（v），故a项说法不正确；发电机的输出功率为路端电压的有效值与电流的有效值的积（w），故b项说法错误；在1.0102 s时刻，线圈位于竖直平面，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化量最小，故c说法错误；在2.0102 s时刻，线圈位于水平平面，穿过线圈的磁通量为零，但此时磁通量变化率最大，d项说法正确。考点：本题考查了交变电流16.【2014-2015学年“华安、连城、永安、漳平一中、龙海二中、泉港一中” 四地六校联考】将阻值为5的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图5所示，下列说法中正确的是（ ） t/10-2se/v150-5234图5a电路中交变电流的频率为0.25hz b通过电阻的电流为ac电阻消耗的电功率为2.5w d用交流电压表测得电阻两端的电压为5v【答案】c考点：交流电的有效值；电功率.17【2015山东省泰安一中高二下学期阶段测试】矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，下列结论正确的是（ ）a在t=0.1s和t=0.3s时，电动势最大b在t=0.2s和t=0.4s时，电动势改变方向c电动势的最大值是50vd在t=0.4s时，磁通量变化率最大，其值为100wb/s【答案】c考点：交流电的产生及变化规律.18【2014-2015学年四川省绵阳市南山中学高二下学期4月月考】如图所示是一多匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的感应电动势的图象，根据图象可知a此感应电动势的瞬时表达式为e=200sin0.02tb此感应电动势的瞬时表达式为e=200sin100tct=0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零dt=0.02 s时，穿过线圈的磁通量的变化率最大【答案】b【解析】试题分析：若从线圈转到中性面时开始计时，则感应电动势的瞬时表达式为；若从线圈转到与中性面垂直位置开始计时，则感应电动势的瞬时表达式为。从图像上观察到计时开始时，感应电动势为零，所以是从中性面开始计时的，感应电动势的最大值是200v，图像中的周期是0.02s，角速度，所以a项错误，b项正确；t=0.01s时，感应电动势为零是在中性面位置上，穿过线圈的磁通量最大，所以c项错误；t=0.02s时，感应电动势为零也是在中性面位置上，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，所以d项错误。考点：本题考查了交变电流的图像和正弦交变电流的函数表达式19. 【2014-2015学年桂林市第十八中学高二下学期开学考试】在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示。产生的交变电动势的图象如图2所示，则：at=0.005s时线框的磁通量变化率为零 bt =0.01s时线框平面与中性面重合c线框产生的交变电动势有效值为311v d线框产生的交变电动势频率为100hz【答案】b考点：交流电的产生，有效值与频率。20.【15-16学年河北省衡水市第二中学上学期期中考试】图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极n、s间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，图中电流表为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向的水平轴oo/ 沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示，以下判断正确的是（ ）图甲图乙t /10-2si / a10-10o q rpa db co/a线圈转动的角速度为50 rad/s b电流表的示数为10 ac0.01 s时线圈平面与磁场方向垂直 d0.02 s时电阻r中电流的方向自左向右【答案】d考点：交流电的变化规律【名师点睛】本题考查交变电流的产生及有效值的定义，要注意明确电流表示数、机器铭牌上所标的电流值、电压值等均为有效值，正弦交流电的最大值和有效值的关系是；线圈在中性面时，磁通量最大，感应电动势为零；在线圈平面与磁感线平行的位置，磁通量为零，但是感应电动势最大.21.【15-16学年河北省衡水市第二中学上学期期中考试】电路如图甲所示，电阻r的阻值为484，c为电容器， l为直流电阻不计的自感线圈，开关s断开，当接上如图乙所示的电压u，下列说法正确的是（ ）ar上的电压应等于155.5vb电压表的示数为220 vc电阻r消耗的功率小于50wd为保证闭合开关s后电容器不被击穿，该电容器的耐压值不得小于311v【答案】cd【解析】试题分析：设电压表的读数为u，根据电压有效值的概念应有：，解得u=110v155.5v，即电压表的示数应为155.5v，由于线圈的自感作用，电阻r两端的电压应小于155.5v，所以ab错误；当不考虑线圈的自感作用时，电阻r消耗的功率为，所以由于线圈的自感作用影响，电阻r消耗的功率一定小于50w，所以c正确；根据电源电压图象可知，电源的最大电压为311v，电容器的耐压值不能小于311v，所以d正确故选cd. 考点：交流电的有效值及最大值；功率【名师点睛】此题考查了交流电的有效值及最大值的关系以及功率的计算问题；解答此题时应明确：应根据电流的热效应定义来求交流电的有效值；电容器的耐压值不能大于电压的最大值；电压表示数应是电压有效值。二、非选择题22【2014-2015学年四川省绵阳市南山中学高二下学期4月月考】如图所示，在b=0.5 t的匀强磁场中，有一个n=100匝的矩形线圈，边长l1=0.1 m，l2=0.2 m，线圈从图中位置开始绕中心轴oo以角速度=100rad/s逆时针方向匀速转动，则线圈中产生的感应电动势的最大值为 ，有效值为 ，当线圈转过1/4周过程中感应电动势的平均值为 ，线圈转过30时感应电动势的瞬时值 【答案】100v v 200v v直于中性面位置开始计时的，感应电动势的瞬时表达式为，题意中线圈转过30可以得出，代入瞬时表达式计算得v。考点：本题考查了法拉第电磁感应定律和交变电流的四值23【20142015学年甘肃兰州一中下学期期中考试高二物理试题】（10分）矩形线框abcd的边长分别为l1、l2，可绕它的一条对称轴oo转动，线框电阻为r，转动角速度为。匀强磁场的磁感应强度为b，方向与oo垂直，初位置时线圈平面与b平行，如图所示。（1）以图示位置为零时刻，写出现框中感应电动势的瞬时值表达式。（2）由图示位置转过90的过程中，通过线框截面的电荷量是多少？【答案】（1）e=bl1l2cost（2）q=bl1l2/r考点：交流电的产生和描述、闭合电路的欧姆定律。 24.(18分) 【2014-2015学年吉林省长春外国语学校高二下学期第一次月考】如图所示,一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数n=100，线圈电阻r=3 ，ab=cd=0.5 m，bc=ad=0.4 m，磁感应强度b=0.5 t，电阻r=311 ，当线圈以n=300 r/min的转速匀速转动时，求:(1)感应电动势的最大值；(2)t=0时线圈在图示位置，写出此交变电流电动势瞬时值表达式；(3)此电压表的示数是多少?【答案】（1）314v （2） （3）220 v考点：本题考查正弦交流电的产生、交流电的瞬时值、峰值、有效值以及它们的关系、闭合电路欧姆定律。25. 【2014-2015学年太原五中第二学期阶段性检测】（6分）如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，求经过1min的时间，两电阻消耗的电功之比w甲：w乙为多少.【答案】1:3【解析】试题分析：甲中是正弦波形，乙中的电流方向虽然改变，但其大小是不变的。在甲中，周期是6102s，在一个周期内电流做的功是w0=2（a）2r2102s=2r102j；故1min的时间内做的功w1=2r102j=20rj；在乙中，经过1min，电流做的功为w2=（1a）2r60s=60rj；故w1：w2=20r：60r=1：3。考点：交流电的有效值。26. 图（甲）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oo匀速转动，线圈的匝数n=100、电阻r=10，线圈的两端经集流环与电阻r连接，电阻r =90，与r并联的交流电压表为理想电表。 在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图（乙）所示正弦规律变化。 求：（1）交流发电机产生的电动势的最大值；（2）电路中交流电压表的示数。-2.002.03.146.289.42/10-2wbt /10-2sodorbabcv（甲）（乙）【答案】（1）200 v ； （2）127 v考点：交流电的产生及变化规律；闭合电路的欧姆定律.27【2015山东省泰安一中高二下学期阶段测试】交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴oo匀速转动一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积s0.05 m2，线圈转动的频率为50 hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度bt如果用此发电机带动两个标有“220 v，11 kw”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如图所示求：（1）发电机的输出电压为多少？（2）变压器原、副线圈的匝数比为多少？（3）与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少？【答案】（1）1100 v；（2）5:1（3）20a考点：交流电的产生；变压器.28.【2014-2015学年“华安、连城、永安、漳平一中、龙海二中、泉港一中” 四地六校联考】如图16所示为交流发电机示意图，匝数n=100匝的矩形线圈，边长分别为10cm和20cm，内阻为5，在磁感应强度b=0.5t的匀强磁场中绕oo 轴以50rad/s的角速度匀速转动，线圈和外部20的电阻r相连接，已知线圈绕oo 轴转动时产生的电动势最大值，求：（1）电压表和电流表示数？（2）电阻r上所消耗的电功率是多少？（3）由图示位置转过90的过程中，通过r的电量是多少？图16【答案】（1）40v；2a （2）80w （3）0.04c考点：交流电的产生；交流电的有效值；电功率.29【2014-2015学年北京四中第二学期高二年级期末测验】（6分）一小型交流发电机产生正弦式交变电流，其电压“随时间t变化的规律如图所示。发电机线圈电阻为5，当发电机输出端仅接入一个95的纯电阻用电器时，用电器恰能正常工作。求：(1)通过该用电器的电流值；(2)该用电器的额定功率是多少。【答案】（1）u=100v，i=1a；(2)p=i2r=95w。【解析】试题分析：（1）由电压图像可知，发电机产生的交流电的有效值为100v，由全电路欧姆定律可得，通过该用电器的电流值i=1a；（2）由于用电器正常工作。故其额定功率是p=i2r=（1a）295=95w。考点：交流电的有效值，额定电功率。【名师点晴】该题通过发电机的电压与时间的图像，可以先确定发电机产生的电动势的最大值，从而确定其有效值，再通过欧姆定律确定电路中的电流和用电器的额定电功率。30【2014-2015学年桂林市第十八中学高二下学期开学考试】下图是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为b的匀强磁场中，矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的oo轴转动，线圈在转动中保持和外电路电阻r形成闭合电路。已知ab长度为l1，bc长度为l2，线圈电阻为r，线圈以恒定角速度逆时针转动。（只考虑单匝线圈，不计其他电阻）求：（1）线圈转动过程中产生的最大感应电动势em；（2）若线圈经过图示位置时开始计时，写出交变电流的瞬时值表达式；（3）线圈从图示位置转过90的过程中电阻r上通过的电荷量；【答案】(1) ；(2) (3) 。（3）该过程中穿过线圈磁通量的变化量为，所用的