2014届高考物理一轮复习 第十一章 第1课时 交变电流的产生和描述备考典题精炼 粤教版

1 第十一章第十一章 第第 1 1 课时课时 交变电流的产生和描述交变电流的产生和描述 课时活页卷 一 单项选择题 经典题 1 有一个小型发电机 机内的 100 匝面积为 1 m2的矩形线圈在匀强磁场 中 以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动 穿过每匝线圈的磁通量 随时间的 变化规律如图所示 由此可知发电机电动势瞬时值表达式是 A e 220sin 100 t V B e 220cos 100 t V C e 314sin 100 t V D e 314cos 100 t V 答案 D 解析 100 rad s 2 T Em NB S N m 100 1 0 10 2 100 V 314 V 因t 0 时磁通量变化率最大 故感应电动势最大 故e 314 cos 100 t V 2 图甲 乙分别表示两种电压的波形 其中图甲所示电压按正弦规律变化 下列说法 正确的是 A 图甲表示交变电流 图乙表示直流电 B 两种电压的有效值相等 C 图甲所示电压的瞬时值表达式为u 311sin 100 t V D 图甲所示电压经匝数比为 10 1 的变压器变压后 频率变为原来的 1 10 答案 C 解析 由图像的纵坐标知 电压的正 负分别表示电压的方向 因此两图均为交 2 变电流 A 错 对于正弦式交变电流才有U有效 虽然两图的最大值相同 但图乙所示 Um 2 的非正弦 余弦 式电流不适用上式 故 B 错 正弦式电流瞬时值表达式为u Umsin t 由图像可知Um 311 V T 2 10 2 s 可得 100 代入上式得u 311sin 2 T 100 t V 故 C 对 由变压器原理可知变压器只能根据匝数比改变电压和电流 它不会改 变交变电流的周期和频率 故 D 错 3 一个边长为 6 cm 的正方形金属线框置于匀强磁场中 线框平面与磁场垂直 电阻 为 0 36 磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示 则线框中感应电流的有效值为 A 10 5 A B 10 5 A 26 C 10 5 A D 10 5 A 2 2 3 2 2 答案 B 解析 由B t图可知 I1 A 2 10 5 A B t1S R 6 10 3 3 36 10 4 0 36 I2 A 3 10 5 A B t2S R 6 10 3 2 36 10 4 0 36 由电流的热效应得 I Rt1 I Rt2 I2Rt 即 2 10 5 2 0 36 3 3 10 5 2 12 2 2 0 36 2 I2 0 36 5 得I 10 5 A 故选项 B 正确 6 4 将硬导线中间一段折成不封闭的正方形 边长为l 它在磁感应强度为B 方向如 图所示的匀强磁场中匀速转动 转速为n 导线在a b两处通过电刷与外电路连接 外电 路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光 电路中除灯泡外 其余部分的电阻不计 灯泡 的电阻应为 A B 2 l2nB 2 P 2 l2nB 2 P 3 C D l2nB 2 2P l2nB 2 P 答案 B 解析 单匝正方形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 将产生正弦式交变电流 则电动势的最大值Em Bl2 2 nBl2 其有效值E 计算小灯泡的额定功 Em 2 2 nBl2 2 率P要用其有效值 即P R 故只有 B 选项正确 E2 R E2 P 2 Bnl2 2 P 二 双项选择题 5 如图甲所示 一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO 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 线圈中产生的交变电流按照图 乙所示的余弦规律变化 在t 时刻 2 A 线圈中的电流最大 B 穿过线圈的磁通量最大 C 线圈所受的安培力为零 D 穿过线圈磁通量的变化率最大 答案 BC 解析 注意线圈转动过程中通过两个特殊位置 平行于磁感线和垂直于磁感线 时 的特点 磁通量 磁通量的变化 磁通量的变化率不同 t 线圈转过 90 本 2 T 4 题应选 B C 2013 广东梅州中学月考 6 正弦交变电源与电阻R 交流电压表按照图甲所示的 方式连接 R 10 交流电压表的示数是 10 V 图乙是交变电源输出电压u随时间t变 化的图像 则 A 通过R的电流iR随时间t变化的规律是 iR cos 100 t A 2 B 通过R的电流iR随时间t变化的规律是 4 iR cos 50 t A 2 C R两端的电压uR随时间t变化的规律是 uR 10cos 100 t V 2 D R两端的电压uR随时间t变化的规律是 uR 10cos 50 t V 2 答案 AC 解析 交流电压表示数为 10 V 是有效值 故Um 10 V 电阻上的交变电流与 2 交变电压的变化趋势相同 电阻R上电流的最大值为 A A 又因t 0 时 10 2 102 u Um 故iR cos 100 t A uR 10cos100 t V 故选 A C 22 7 某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动 产生交变电流的图像如图所示 由图中信息可以判断 A 在A和C时刻线圈处于中性面位置 B 在B和D时刻穿过线圈的磁通量最大 C 从A D时刻线圈转过的角度为 2 D 若从O D时刻历时 0 02 s 则在 1 s 内交变电流的方向改变 100 次 答案 BD 解析 根据图像 首先判断出感应电流的数学表达式i Imsin t 其中Im是感 应电流的最大值 是线圈旋转的角速度 另外应该进一步认识到线圈是从中性面开始旋 转 而且线圈旋转一周 两次经过中性面 经过中性面的位置时电流改变方向 从该图形 来看 在O B D时刻电流为零 所以此时线圈恰好在中性面的位置 且穿过线圈的磁通 量最大 在A C时刻电流最大 线圈处于和中性面垂直的位置 此时磁通量为零 从A 到D时刻 线圈旋转 周 转过的角度为 如果从O到D时刻历时 0 02 s 恰好为一个 3 4 3 2 周期 所以 1 s 内线圈转动 50 个周期 100 次经过中性面 电流方向改变 100 次 综合以 上分析可得 只有选项 B D 正确 8 电阻R1 R2与交流电源按照图甲所示方式连接 R1 10 R2 20 合上开关 S 后 通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示 则 5 A 通过R1的电流有效值是 A 6 5 B R1两端的电压有效值是 6 V C 通过R2的电流最大值是 A 6 5 2 D R2两端的电压最大值是 12 V 2 答案 BD 解析 首先从交变电流图像中找出交变电流的最大值即为通过R2的电流的最大值 为 A 由正弦交变电流最大值与有效值的关系知Im I 可知其有效值为 0 6 A 由 3 5 2 2 于R1与R2串联 所以通过R1的电流的有效值也是 0 6 A A C 两项错误 R1两端电压的 有效值为U1 IR1 6 V B 正确 R2两端电压的最大值为Um2 ImR2 20 V 12 3 522 V D 项正确 2013 广东梅州中学月考 9 如图所示 单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强 磁场中 以恒定的角速度 绕ab边转动 磁场方向垂直于纸面向里 线圈所围面积为 S 线圈导线的总电阻为R t 0 时刻线圈平面与纸面重合 且cd边正在向纸面外转动 则 A 线圈中电流t时刻瞬时值表达式为i cos t BS R B 线圈中电流的有效值为I BS R C 线圈中电流的有效值为I 2BS 2R D 线圈消耗的电功率为P B2S2 2 2R 答案 CD 解析 回路中感应电动势最大值Em BS 电流最大值Im t 0 时为 Em R BS R 中性面 故瞬时值表达式i sin t 电流有效值 BS R 6 I P I2R 故 A B 错误 C D 正确 Im 2 2BS 2R B2 2S2 2R 三 非选择题 10 如图所示 线圈abcd的面积是 0 05 m2 共 100 匝 线圈电阻为 1 外接电阻 R 9 匀强磁场的磁感应强度B T 当线圈以 300 r min 的转速匀速旋转时 问 1 1 若从线圈处于中性面开始计时 写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式 2 线圈转过 s 时电动势的瞬时值多大 1 30 3 电路中 电压表和电流表的示数各是多少 4 从中性面开始计时 经 s 通过电阻R的电荷量是多少 1 30 答案 1 e 50sin 10 t V 2 43 3 V 3 31 86 V 3 54A 4 C 1 4 解析 1 e Emsin t nBS 2 fsin 2 ft 100 0 05 2 sinV 1 300 60 2 300 60 t 50sin 10 t V 2 当t s 时 e 50sin V 43 3 V 1 30 10 1 30 3 电动势的有效值为E V 35 4 V Em 2 50 2 电流表示数I A 3 54 A E R r 35 4 9 1 电压表示数U IR 3 54 9 V 31 86 V 4 s 内线圈转过的角度 t 2 1 30 300 60 1 30 3 该过程中 BS BScos BS 1 2 由 I q tI E R rE n t 7 得q C C n R r nBS 2 R r 100 1 0 05 2 9 1 1 4 11 如图是高频焊接的原理示意图 将待焊接的圆形金属工件放在导线做成的线圈 内 线圈中通以高频的交变电流 已知待焊接的圆形金属工件半径r 10 cm 焊接时 线 圈通电后产生垂直于工件所在平面的变化磁场 磁场的磁感应强度的变化率为 1 000 sin t T s 焊接处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的 99 倍 工件非焊接部 2 分每单位长度上的电阻R0 10 3 m 1 焊缝非常狭窄 求焊接过程中焊接处产生 的热功率 取 2 10 不计温度变化对电阻的影响 答案 4 95 104 W 解析 对金属工件 根据法拉第电磁感应定律得e S r2 t B t B t 代入数据得e 100sin t V 2 电动势的有效值E 100 V 工件非焊接部分的电阻R R0 2 r 2 10 3 对金属工件 根据闭合欧姆定律得I 5 102 A E R 99R 焊接处产生的热功率P I2 99R 代入数据得P 4 95 104 W 12 如图所示 一个半径为r的半圆形线圈 以直径ab为轴匀速转动 转速为n ab 的左侧有垂直于纸面向里 与ab垂直 的匀强磁场 磁感应强度为B M和N是两个集流环 负载电阻为R 线圈 电流表和连接导线的电阻不计 求 1 从图示位置起转过 转的时间内负载电阻R上产生的热量 1 4 2 从图示位置起转过 转的时间内通过负载电阻R的电 1 4 荷量 3 电流表的示数 8 答案 1 2 3 4B2r4n 8R Br2 2R 2r2nB 2R 解析 线圈绕轴匀速转动时 在电路中产生如图所示的交变电流 此交变电动势 的最大值为Em BS B 2 n 2