浙江专版2021年高考物理一轮复习微专题突破练专题17交变电流的综合问题含解析 9页

专题17　交变电流的综合问题 ‎(建议用时40分钟)‎ ‎1.(多选)(2019·天津高考)单匝闭合矩形线框电阻为R,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图象如图所示。下列说法正确的是 (　　)‎ A.时刻线框平面与中性面垂直 B.线框的感应电动势有效值为 C.线框转一周外力所做的功为 D.从t=0到t=过程中线框的平均感应电动势为 ‎【解析】选B、C。由图像可知时刻线圈的磁通量最大,因此此时线圈处于中性面位置,因此A错误;由图可知交流电的周期为T,则ω=,交流电的电动势的最大值为Em=nBSω=Φm,则有效值为E有==,故B正确;线圈转一周所做的功为转动一周的发热量,W=T=,故C正确;从t=0时刻到t=时刻的平均感应电动势为E===,D错误。‎ ‎2.在下列几种电流的波形图中,不能表示交变电流的是 (　　)‎ - 9 -‎ ‎【解析】选A。A图中电流均为正值,说明电流的方向不随时间而变化,则此电流不是交变电流。故A正确。B、C、D这三种电流的大小和方向都随时间做周期性变化,都是交变电流。故B、C、D错误。故选A。‎ ‎3.(2019·舟山模拟)一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示,则下列说法正确的是 (　　)‎ A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直 B.t=0.01 s时刻,Φ的变化率最大 C.t=0.02 s时刻,交流电动势达到最大 D.该线圈产生的交流电动势的图像如图乙所示 ‎【解析】选B。由Φ-t图像知,t=0时,Φ最大,即线圈处于中性面位置,此时e=0,故选项A、D错误;由题图知T=0.04 s,在t=0.01 s时,Φ=0,最大,e最大,则选项B正确;在t=0.02 s时,Φ最大,=0,e=0,则选项C错误。‎ ‎4.(多选)在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个面积为S的矩形线圈匀速转动时所产生的交流电电动势随时间变化的波形如图所示,线圈与一阻值R=9 Ω的电阻串联在一起,线圈的电阻为1 Ω,则 (　　)‎ A.通过电阻R的电流瞬时值表达式为i=10sin100πt(A)‎ B.电阻R两端的电压有效值为90 V C.图中t=1×10-2 s时,线圈平面与磁场平行 D.1 s内电阻R上产生的热量为450 J ‎【解析】选A、D。交流电电压最大值为Em=100 V,则电流最大值Im==10 A,故通过电阻R的电流瞬时值表达式为i=10 sin100πt(A),选项A正确;电阻R - 9 -‎ 两端的电压最大值为:URm=10×9 V=90 V,选项B错误;图中t=1×10-2 s时,线圈位于中性面的位置,选项C错误;1 s内电阻R上产生的热量为:Q=I2Rt=Rt=‎ ‎450 J,选项D正确。‎ ‎5.(多选)图甲为风力发电的简易模型。在风力作用下,风叶带动与杆相连的永磁铁转动,磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时,传感器显示如图乙所示,则 (　　)‎ A.磁铁的转速为10 r/s B.线圈两端电压的有效值为6 V C.交变电流的电压表达式为u=12sin5πt V D.该交变电流可以直接加在击穿电压为9 V的电容器上 ‎【解析】选B、C。电流的周期为T=0.4 s,故磁体的转速为n===2.5 r/s,故A错误;通过乙图可以知道电压的最大值为12 V,故有效值u== V=6 V,所以B选项是正确的;周期T=0.4 s,故ω== rad/s=5π rad/s,故电压的表达式为u=12 sin 5πt(V),所以C选项是正确的;电容器的击穿电压为交流电的最大值,而交流电的最大值大于电容器的击穿电压,故不能,故D错误。‎ ‎6.(2019·嘉兴模拟)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1=‎ ‎20 Ω,R2=30 Ω,C为电容器。已知通过R1的正弦式交变电流如图乙所示,则 (　　)‎ - 9 -‎ A.交变电流的频率为0.02 Hz B.原线圈输入电压的最大值为200 V C.电阻R2的电功率约为6.67 W D.通过R3的电流始终为零 ‎【解析】选C。根据变压器原理可知原、副线圈中电流的周期、频率相同,周期为0.02 s、频率为50 Hz,A错;由题图乙可知通过R1的电流最大值为Im=1 A,根据欧姆定律可知其最大电压为Um=20 V,再根据原、副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为200 V,B错;因为电容器有通交流、隔直流的作用,则有电流通过R3和电容器,D错;根据正弦式交变电流的峰值和有效值关系、并联电路特点可知通过电阻R2的电流有效值为I=、电压有效值为U=,电阻R2的电功率为 P2=UI= W≈6.67 W,C对。‎ ‎7.一线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,得到的交变电流的电动势瞬时值表达式为e=220sin314t(V),则下列说法正确的是(　　)‎ A.该交变电流电动势的有效值为220 V B.该线圈匀速转动的转速为3 000 r/min C.当仅将线圈的转速提高时,电动势的峰值不发生变化 D.将该交变电流加在标称为220 V的灯泡上时,灯泡的亮度会周期性变化 ‎【解析】选B。根据电动势e=220sin314t(V)得,电动势最大值为220 V,所以该交变电流电动势的有效值为110 V,故A错误;根据电动势e=220sin314t(V)得,ω=314 rad/s,所以转速为n==50 r/s=3 000 r/min,故B正确;根据Em=nBSω可知当仅将线圈的转速提高时,电动势的峰值变大,选项C错误;将该交变电流加在标称为220 V的灯泡上时,灯泡的亮度会发暗,不能正常发光,但亮度不会周期性变化,选项D错误。故选B。‎ - 9 -‎ ‎8.闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的某一固定轴匀速转动,穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图所示,下列说法正确的是 (　　)‎ A.t1时刻线圈中感应电流为零 B.t2时刻线圈通过中性面 C.t3时刻穿过线圈的磁通量变化率最大 D.t4时刻线圈中感应电动势最小 ‎【解析】选A。由图知,t1和t3时刻线圈位于中性面位置,0、t2、t4时刻在与磁感线平行位置,t1时刻线圈中感应电流为零,A正确;t2时刻线圈在与磁感线平行位置,B错误;t3时刻穿过线圈的磁通量最大,变化率最小,C错误;t4时刻线圈感应电动势最大,D错误。‎ ‎9.(多选)如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过90°的过程中,下列说法正确的是 (　　)‎ A.磁通量的变化量ΔΦ=NBS B.电压表的示数为 C.电阻R产生的焦耳热Q=‎ D.通过电阻R的电荷量为q=‎ - 9 -‎ ‎【解析】选C、D。由图示位置转过90°的过程中,磁通量的变化量ΔΦ=BS,与匝数无关,故A错误;线圈在磁场中转动,产生的电动势的最大值为Em=NBSω,电动势的有效值为E=,电压表测量电路的外电压,所以电压表的读数为U=‎ ‎=,所以B错误;电阻R产生的热量Q=·=,所以C正确。由=,=,q=·Δt得到,电量q=,故D正确。故选C、D。‎ ‎10.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,电压表和电流表均为理想电表,R为副线圈的负载电阻。现在原线圈a、b两端加上交变电压u,其随时间变化的规律u=220sin100πt V,则 (　　)‎ A.副线圈中产生的交变电流频率为100 Hz B.电压表的示数22 V C.若电流表示数为0.1 A,则原线圈中的电流为1 A D.若电流表示数为0.1 A,则1 min内电阻R上产生的焦耳热为132 J ‎【解析】选D。由交流电的变化规律可知,副线圈中交流电的周期为T==‎ ‎ s=0.02 s,所以交流电的频率为50 Hz,变压器不改变交流电的频率,故A错误。知原线圈的电压最大值为220 V,则有效值为 V=220 V,根据理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,故副线圈的电压的有效值为22 V,所以电压表的示数为22 V,故B - 9 -‎ 错误。原、副线圈的电流与匝数成反比,副线圈的电流是I=0.1 A,所以原线圈的电流是0.01 A,故C错误。电阻R消耗的电功是:Q=UIt ‎=22×0.1×60 J=132 J,故D正确。‎ ‎11.(多选)调压变压器是一种自耦变压器,它的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上。A、B间加上正弦交流电压U,移动滑动触头P的位置,就可以调节输出电压。在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表,变阻器的滑动触头为Q。则 (　　)‎ A.保持P的位置不动,将Q向下移动时,电流表的读数变大 B.保持P的位置不动,将Q向下移动时,电流表的读数变小 C.保持Q的位置不动,将P沿逆时针方向移动时,电流表的读数变大 D.保持Q的位置不动,将P沿逆时针方向移动时,电流表的读数变小 ‎【解析】选B、C。保持P的位置不动,即是保持变压器的原、副线圈的匝数比不变,则滑动变阻器R两端的电压不变,当将Q向下移动时,连入电路的电阻的阻值变大,因而电流减小,A错误,B正确;保持Q的位置不动,即是保持滑动变阻器R连入电路的阻值不变,将P沿逆时针方向移动时,变压器的原线圈的匝数不变,副线圈的匝数增多,滑动变阻器R两端的电压将增大,所以电流表的读数变大,C正确,D错误。‎ ‎12.在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,用匝数na=60匝和nb=120匝的变压器,对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据,下列说法正确的是 (　　)‎ Ua/V ‎1.80‎ ‎2.80‎ ‎3.80‎ ‎4.90‎ Ub/V ‎4.00‎ ‎6.01‎ ‎8.02‎ ‎9.98‎ A.na一定是原线圈　　　 B.nb一定是原线圈 C.na可能是原线圈 D.nb可能是副线圈 ‎【解析】选B。若变压器为理想变压器,Ub∶Ua=nb∶na,但在实验时变压器会出现发热、漏测等现象,会使副线圈实际电压比理论值偏小,即nb为输入端,为原线圈,na为输出端,为副线圈,故选B。‎ - 9 -‎ ‎13.如图所示的电路图中,变压器是理想变压器,原线圈匝数n1=600匝,装有熔断电流为0.5 A 的保险丝,副线圈的匝数n2=120匝。要使整个电路正常工作,当原线圈接在180 V的交流电源上时,副线圈 (　　)‎ A.可接耐压值为36 V的电容器 B.可接“36 V　40 W”的安全灯两盏 C.可接电阻为14 Ω的电烙铁 D.可串联量程为0.6 A的电流表测量其电路的总电流 ‎【解析】选B。根据=得U2=U1=36 V,又由=,在保险丝安全的条件下,副线圈中允许通过的最大电流为I2=I1=×0.5 A=2.5 A,最大输出功率Pm=I2U2‎ ‎=2.5×36 W=90 W,B选项正确;而交流电压的最大值为36 V,所以A选项错误;接14 Ω的电阻时,流过电阻的电流将达到I′2= A>2.5 A,C选项错误。若副线圈串联量程为0.6 A的电流表,则电流表可能会被烧坏,D选项错误。‎ ‎14.(2019·衢州模拟)如图甲所示,矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动,输出交变电流的电动势图像如图乙所示,经原、副线圈的匝数比为1∶10的理想变压器给一个灯泡供电,如图丙所示,副线圈电路中灯泡额定功率为22 W。现闭合开关,灯泡正常发光。则 (　　)‎ A.t=0.01 s时刻穿过线框回路的磁通量为零 - 9 -‎ B.交流发电机的转速为100 r/s C.变压器原线圈中电流表示数为1 A D.灯泡的额定电压为220 V ‎【解析】选C。由题图乙可知线圈产生的感应电动势的峰值是22 V,周期是0.02 s,t=0.01 s时,线圈中产生的感应电动势为零,线圈经过中性面,穿过线框回路的磁通量最大,选项A错误;转速为50 r/s,选项B错误;又因原、副线圈的匝数比为1∶10,副线圈电路中灯泡额定功率为22 W,现闭合开关,灯泡正常发光,所以副线圈电压的峰值是220 V,所以灯泡的额定电压为220 V,选项D错误;由于理想变压器的输入功率等于输出功率,原线圈电压的峰值是22 V,有效值就是22 V,所以电流I==1 A,选项C正确。‎ ‎15.(2019·舟山模拟)如图是远距离输电的电路原理图,则下列判断正确的是 (　　)‎ A.U1>U2　 B.U2=U3‎ C.I4I2‎ ‎【解析】选D。远距离输电一般采用高压输电,先利用升压变压器提高电压,此时n2>n1,根据理想变压器的电压比=可知U1I2,选项D正确;由于输电线上有电压损失ΔU,所以U2=ΔU+U3,选项B错误;到达用户时再采用降压变压器降低电压,此时n4I2,选项C错误。‎ - 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