高考物理总复习巩固练习 正弦交流电的产生和描述（提高）

【巩固练习】一、选择题1、(2015 衡水模拟) 如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压表，示数是10 V。图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象。则()A. 电阻R上的电功率为20 WB. 0.02 s时R两端的电压瞬时值为零C. R两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos100t(V)D. 通过R的电流i随时间t变化的规律是i1.41cos50t(A)2、一个矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动。线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法正确的是（ ）At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct1时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大D每当e方向变化时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大3、(2014 黄冈中学适应性考试) 如图所示，电阻为r的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以某一角速度匀速转动。t0时，线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则()A. 1 s内电路中的电流方向改变了次B. 滑片P向下滑动时，电压表的读数不变C. 线圈匀速运动的角速度变大时，电流表的读数也变大D. t0时，线圈中的感应电动势最大4、两个电流随时间的变化关系如图所示，把它们通入相同的电阻中，则在1s内两电阻消耗的电功之比等于（ ） A. B. 1 : 2 C. 1 : 4 D. 1 : 15、如图所示交变电流正值为某一正弦交变电流，更换负值后it图象如图，该交变电流的有效值为（ ）A. B. C. D. 6、一个单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴与磁场垂直，图中表示穿过线圈平面的磁通量随时间变化的函数图像。图中磁通量的最大值max0.20Wb，则由如图可知，线圈中感应电动势的最大值（ ）A出现在0、0.01s、0.02s各时刻 B出现在0.005s、0.015s时刻C根据有D根据有7、在如图所示电路中，电阻R、电感线圈L、电容器C并联接在某一交流电源上，三个相同的交流电流表的示数相同。若保持电源的电压不变，而将其频率增大，则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是（ ）AI1I2I3 BI1I2I3CI1I3I2 DI3I1I28、一个小型电热器若接在输出电压为10V的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为，如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为（ ）A. 5V B. V C. 10V D. V9、如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1A。 那么 （ ） A. 线圈消耗的电功率为4W B. 线圈中感应电流的有效值为2A C. 任意时刻线圈中的感应电动势为 D. 任意时刻穿过线圈的磁通量为 10、一台电风扇的额定电压为交流220V。在其正常工作过程中，用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间t的变化如图所示。这段时间内电风扇的用电量为（ ）A. 3.910-2度 B. 5.510-2度C. 7.810-2度 D. 11.010-2度11、将阻值为R的电阻接在电动势E10V，内电阻rR的直流电源两端，此时电阻R上的电功率为P1，则( )A若将电阻接到直流电源上，且电阻两端电压U10V，则其电功率为2P1B若将电阻接到直流电源上，且电阻两端电压Um20V，则其电功率为16P1C若将电阻接到正弦交流电源上，且电阻两端电压的最大值Um10V，其功率为2P1D若将电阻接到正弦交流电源上，且电阻两端电压的最大值Um20V，其功率为4P112、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311VD线框产生的交变电动势的频率为100Hz13、（2015 合肥模拟）传统的自行车发电机内部电路如图甲所示，驱动轴一端与自行车车轮相连，另一端连接条形永磁铁，车轮转动过程中，驱动轴带动磁铁在铁芯之间匀速转动，发电机线圈两端产生的交变电压波形如图乙所示。已知波形图中正负尖峰电压分别为Um和Um。两个相邻正负尖峰电压所对应的时间差为t，发电机线圈匝数为n。以下判断正确的是()A. 驱动轴转动的角速度2/tB. 线圈电压的有效值C. 穿过线圈磁通量变化率的最大值kmUm/nD. 相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值UUm/2二、填空题1、一个电热器接在10V的直流电源上产生一定大小的热功率，把它接在某一交流电源上时的热功率为该直流电的两倍，这个交流电的电压有效值为 V。2、两只阻值相等的电阻A、B，A通过正弦交流，B通以脉冲直流电，如图所示，两电流的最大值相同，则这两只电阻的发热功率之比PA：PB。3、如图所示，电热毯（用R表示）有“热、温”两档，若接“热”档时电热毯上最高电压为Um、功率为P，那么接在“温”档时电热毯上的最高电压为 和功率为 。 三、计算题1、一小型发电机的矩形线圈的匀强磁场中以恒定的角速度w 绕垂直于磁场方向的固定轴转动。线圈匝数n100。穿过每匝线圈的磁通量随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻r5W，外电路电阻R95W。已知感应电动势的最大值Emnw ，其中为穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数。2、如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一匝数为N的矩形线圈，其面积为S，电阻为r，线圈两端外接一电阻为R的用电器和一个交流电压表。若线圈绕对称轴以角速度做匀速转动，则线圈从图示位置转过90的过程中，求：（1）感应电动势的最大值；（2）交流电压表的示数；（3）通过电阻的电量；（4）电阻产生的热量。3、某兴趣小组设计一种发电装置，如图所示，在磁极与圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为，磁场均沿半径方向，匝数为N的矩形线圈abcd边长ab=cd=l、bc=ad=2l，线圈以角速度绕中心轴匀速转动，bc与ad边同时进入磁场，在磁场中，两条边的经过处的磁感应强度大小均为B，方向始终与两条边的运动方向垂直，线圈的总电阻为r，外接电阻为R，求（1）线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em（2）线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F（3）外接电阻上电流的有效值I。4、在图甲中，直角坐标系Oxy的1、3象限内有匀强磁场，第1象限内的磁感应强度大小为2B，第3象限内的磁感应强度大小为B，磁感应强度的方向均垂直于纸面向里。现将半径为l，圆心角为90的扇形导线OPQ以角速度绕O点在纸面内沿逆时针匀速转动，导线框回路电阻为R。求：（1）导线框中感应电流的最大值；（2）在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流I随时间t变化的图象（规定与图甲中线框的位置相对应的时刻为t=0，逆时针方向的电流为正方向）；（3）求线框匀速转动一周产生的热量。 5、多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的。如图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多少？ 【答案与解析】一、选择题：1、【答案】C【解析】R上电功率，A错。0.02 s时0，最大，此时R两端的电压瞬时值最大，B错。R两端电压的最大值为，因此R两端电压u14.1cos100t(V)，C正确。i1.41cos100t(A)，D错。故选C。2、【答案】【解析】从图中可以看出t1时刻是中性面，通过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，每次通过中性面电动势、电流就改变方向，A错B错C错，D对。3、【答案】AC【解析】一个周期交变电流方向改变两次，所以1 s内电路中的电流方向改变了，选项A正确。当滑片P向下滑动时，外电路电阻变大，根据闭合电路欧姆定律可知，路端电压变大，则电压表的读数变大，所以选项B错误。当线圈匀速运动的角速度变大时，感应电动势峰值变大，有效值变大，电流表的读数变大，所以选项C正确。t0时，线圈处于中性面，所以感应电动势最小，选项D错误。4、【答案】B【解析】在1s内两电阻消耗的电功之比即功率之比，显然要求有效值。图（a）电流的有效值为，图（b）正负半周的最大值相等，电流的有效值为所以 。5、【答案】D【解析】在一个周期内产生的热量， 所以，故选D。6、【答案】AC【解析】感应电动势的最大值在磁通量为零的时刻，即出现在0、0.01s、0.02s各时刻，A对B错；D用的公式是，求的是电动势的平均值，故D错误；把C计算式与求电动势最大值的公式比进行比较，单匝矩形线圈，BS是磁通量的最大值，角速度，C的计算式正确，代入数据计算，C对。故选AC。7、【答案】D【解析】原来交流电流表的示数相同，只将其频率增大了，电容器的阻碍作用减小，与电容器串联的电流表示数变大；电感的阻碍作用变大，与电感串联的电流表示数变小；与电阻串联的电流表示数不变，得I3I1I2，故D正确。8、【答案】C【解析】设交流电源输出电压的有效值为U，根据接在直流电源上，接在交流电源上解得，则此交流电源输出电压的最大值为故选C。9、【答案】AC【解析】从图示位置开始计时时，电动势瞬时值满足，由题意知道，转过60时的电动势为2V，所以电动势最大值为4V，C选项正确；电流最大值为2A，所以有效值为A，B错误；P=I2R=4W，A选项正确；任意时刻穿过线圈的磁通量为电动势最大值，（N匝产生的最大电动势为4V），所以磁通量的最大值，D错，故正确选项为AC。10、【答案】B【解析】根据电流的变化情况，分段计算求电功.则总功，选项B正确。11、【答案】BC【解析】根据已知条件， ，求出对A选项，A错；对B选项，B对；对C选项， ，C对；对D选项，D错。故正确的是BC。12、【答案】B【解析】由图2可知，该交变电动势瞬时值的表达式为。当t=0.005s时，瞬时值e=311V，此时磁通量变化率最大，A错；同理当t=0.01s时，e=0V，此时线框处于中性面位置，磁通量最大，磁通量的变化率为零，B正确；对于正弦交变电流其有效值为，题给电动势的有效值为220V，C错；交变电流的频率为f=1/T=/2=50Hz，D错。13、【答案】C【解析：根据题述两个相邻正负尖峰电压所对应的时间差为t，可得交变电流周期T2t，驱动轴转动的角速度2/2t/t，选项A错误。由于产生的交变电流不是按照正弦规律变化，线圈电压的有效值不是，选项B错误。根据法拉第电磁感应定律，感应电动势与磁通量变化率成正比，Umnkm，穿过线圈磁通量变化率的最大值kmUm/n，选项C正确。相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值，因为线圈转过一个完整的周期，磁通量变化量0，所以电压平均值等于零，选项D错误。二、填空题1、【答案】14.1V【解析】同一个电热器在相等的时间内产生的热量相等 2、【答案】1:1； 【解析】， ，所以，两功率之比为1:1。3、【答案】， 【解析】电压的最大值相等。二极管具有单向导电的特点，图中只能从左向右导电，负半周不导电，保温时功率显然只是加热时的一半。三、计算题1、【答案】1.41A【解析】由图读出周期，角速度由图读出磁通量的最大值感应电动势的最大值感应电动势的有效值电流的有效值，即交流电流表的读数。2、【答案】见解析。【解析】（1）感应电动势的最大值.（2）电流的有效值.交流电压表的示数.（3）求通过电阻的电量要用电流的平均值、电动势的平均值 ，通过电阻的电量 。（4）求电阻产生的热量要用有效值转过90，时间为四分之一周期电阻产生的热量。3、【答案】（1）（2）（3）【解析】（1）感应电动势的最大值。（2）电流, 安培力，解得.（3）一个周期内，通电时间，上消耗的电能，且，解得。4、【答案】见解析。【解析】