2020版高考物理大一轮复习练习：交变电流的产生和描述Word版含解析

1、第十一章交变电流传感器基础课 1 交变电流的产生和描述、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 2nD.若从 0D 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

2、量最大， 选项 B 错误；从 AD，经历的时间为3周期，线圈转过的角度为 2n选项 C 错 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 D2.（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1所示,（）图 2UmA.UmB.2C

3、.D. 2UmUm 2Q /2)T U2U解析 由有效值的概念可得R =RT,解得 U = ，选项 B 正确。 答案 B3.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 00 匀速转动，线圈的两端经集流 环和电刷与电阻 R= 10Q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()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 两端的电压随时间变化的规律是 u= 14.1 cos 100 t(V

4、)D. 通过 R 的电流随时间变化的规律是 i = cos 50 t(A)U2解析 电阻 R 上的电功率为 P = R = 10 W,选项 A 错误；0.02 s 时穿过线圈的磁通量变化率最大，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 u= 14.1cos 100 t(V) ,n 通过 R 的电流随时间变化的规律 i = 1.41 cosu甲图 3100 t(A)，选项 C 正确，D 错误。答案 C4. （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

5、列说法正确的是（）A.电动机的内阻为 2.5QB.电动机的发热功率为 10 WC. 通过电动机的电流为 2 AD. 通过电动机的电流为 2 2 A解析 由图知该电源电动势最大值为 Em= 5 2 V，则有效值 E= 5 V，通过电动 机的电流 1 =罟 A = 2 A，电动机是非纯电阻元件，电动机内阻 r| 2.5 約2电动机的发热功率 P热=I r P总=10 W,故 A、B、D 错误，C 正确。答案 C5.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

6、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，理想电流表图 52BL2C 亠C.2R2E = B 尹，OM 切割磁感线时产生的感应电A 的示数为（A.4R解析 OM 切割磁感线产生的电动势E221V2BL23流 I = R 设电流的有效值为 I有效，则 I有效RT = 2I Rx4解得 I有效4R ，ooflb甲乙2（o图 6选项 A 正确答案 A6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00 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

7、 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开始解析 由题图乙知，周期 T = 4 s,感应电动势的最大值 Em= 1 V，而感应电动势即 Em= 2 V，所以选项 B、C 错误；从图示位置转过 90开始计时，也就是 t = 0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 A7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 R= 30 Q,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（）计时，则能正确反映线圈中产生的电动势e 随时间 t 的

8、变化规律的图象是（）1周期 T 变为原来的 2，即 2 s,而感应电动势的最大值 Em变为原来的 2 倍,的最大值的表达式 Em=NBS 片 NBSTo若仅把线圈的转速变为原来的2 倍，则un12AA .电压表 V 的示数是 36 VB. R 消耗的电功率是 21.6 WC. 通过 R 的电流瞬时值表达式为 i = 1.2 sin 100 tAnD.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，U = U2 = 18 寸 2 V , A 项错误B 项正确；i =in 100tn=1.2s in 100 t A, C 项正确；咕=罟=1.2 A, D 项正 确。答案 BCD8.

9、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 9A .两次 t = 0 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 2 : 3C. 曲线 a 表示的交变电动势频率为 25 HzD. 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 2 : 3,则对应的线圈转速之比为 3 : 2,选项 B21错误；曲线 a 的周期为 Ta= 4X10-2S,其频率为 fa= Ta=

10、25 Hz,选项 C 正确；P =音=21.6 W,-5匚Q曲线 a、b 表示的交变电流的峰值之比为=花=2，又 Ema= 15 V, Emb=10 V,Emb CDb2UbMEmb5 2 V，选项 D 错误。答案 AC9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00 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（）立1）图 10A .交流电流表的示数 I = 2RNBS2NBSB. 一个周期内通过 R 的电荷量 q=_

11、R_SC. R 两端电压的有效值 U = NBSD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，2 （NB2R）2RT=I2RT， I =2R,A 正确，D 错误；电阻 R 两端电压的有效值 U = IR = 2 , C 错误；N 2NBS一个周期内通过 R 的电荷量 q =R = R, B 正确。答案 AB10.（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

12、速度 匀速转动，不计其他电阻，则下列说法正确的是（）X K X XC X X X XX【X貫X Ik x x x xXX X Xk x x x x JXXXX* x k x k q yXiK X X X XXK X X XC X X X X图 11A .若从图示位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为e= NBSosinwtB. 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n次nNBSC. 线框从图示位置转过 60勺过程中，通过电阻 R 的电荷量为2 (R+ r)D.电压表的示数跟线框转动的角速度w大小无关解析 从图示位置开始计时，即从线框处于

13、中性面位置开始计时， 感应电动势瞬 时值e= NBSwsinwt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4=芫 故 流过电阻 R 的电流方向改变 2X扌=仝次，选项 B 正确；线框从图示位置转过 602n n的过程中，通过电阻 R 的电荷量 IAt= 匚At= N空，而=BASxBS,R+ rR+ r2故Aq=NBS-，选项 C 正确；电压表的示数 U=_RE，而 E=NB严，故U*w，2 (R+ r)R+ r寸2选项 D 错误。答案 ABC11.如图 12 甲所示，将阻值为 R= 5Q的电阻接到内阻不计

14、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 12B.电阻 R 消耗的电功率为 1.25 WC.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 A1D.这一交变电流与图丁所示电流比较，其有效值之比为灵一2 冗解析图乙所示电流的最大值为 lm= 0.5 A,周期为 T= 0.01 s,其角速度为3=T=200nrad/由欧姆定律得 Um= ImR= 2.5 V。所以 R 两端电压瞬时值的表达式为 u = 2.5sin 200 tfV），选项 A 正确；该电流的有效值

15、为丨=扌 2，电阻 R 消耗的2电功率为 P= I R,解得 P = 0.625 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 Em= nBS3为原来的 2 倍，电路中电流的有效值也是原来的 2 倍,0 50 5为 2X2A 工 1 A，选项 C 错误；图乙中的正弦交变电流的有效值为 一2A。图一 1丁所示的交变电流虽然方向发生变化，但大小恒为0.5 A，故有效值之比为一 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A电阻 R 两端电压变化规律的函数表达式为u=2.5sin 200 t（n）T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 r = 1.0 莒所围成矩形的面积 S= 0.040 m2,小灯泡的电阻 R= 9.0約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 e= nBmSTcosTt，其中 Bm为磁感应强度的最大值，T 为 磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：(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