专题10-1+交变电流的产生和描述（押题专练）-2019年高考物理一轮复习精品资料 21页

‎1．一正弦式交变电流的瞬时电流与时间的关系式为i＝10sinωt(A)，其中ω＝314rad/s。它的电流的有效值为 (　　)‎ A．10A B．10A C．50A D．314A 答案：A 解析：由题中所给电流的表达式i＝10sinωt(A)可知，电流的最大值为10A，对正弦式交变电流有I有＝，所以有效值为10A，选项A正确。‎ ‎2．如图，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的电阻。闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10sin10πt(V)，则 (　　)‎ A．该交变电流的频率为10 Hz B．该电动势的有效值为10 V C．外接电阻R所消耗的电功率为10 W D．电路中理想交流电流表的示数为1.0 A 答案：D ‎3．一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．3.9×10－2度 B．5.5×10－2度 C．7.8×10－2度 D．11.0×10－2度 答案：B 解析：由于电风扇正常工作，根据W＝UIt可得：W ‎＝220×(0.3×10＋0.4×10＋0.2×40)×60J＝1.98×105J＝5.5×10－2kW·h，选项B正确。‎ ‎4．一个匝数为100匝，电阻为0.5Ω的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按图示规律变化。则线圈中产生交变电流的有效值为 (　　)‎ A．5A B．2A C．6A D．5A 答案：B ‎5．一个U形金属线框在匀强磁场中绕OO′轴以相同的角速度匀速转动，通过导线给同一电阻R供电，如图甲、乙所示。其中甲图中OO′轴右侧有磁场，乙图中整个空间均有磁场，两磁场磁感应强度相同。则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为 (　　)‎ A．1︰ B．1︰2‎ C．1︰4 D．1︰1‎ 答案：A 解析：题图甲中的磁场只有OO′轴的右侧，所以线框只在半周期内有感应电流产生，如图甲，电流表测的是有效值，所以I＝。题图乙中的磁场布满整个空间，线框中产生的感应电流如图乙，所以I′＝，则I︰I′＝1︰，即A正确。‎ ‎6．在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则 (　　)‎ A．t＝0.005s时线圈平面与磁场方向平行 B．t＝0.010s时线圈的磁通量变化率最大 C．线圈产生的交变电动势频率为100Hz D．线圈产生的交变电动势有效值为311V 答案：A 解析：t＝0.005s时线圈平面与磁场方向平行，感应电动势最大，选项A正确；t＝0.010s时线圈的磁通量最大，变化率最小，选项B错误；线圈产生的交变电动势周期为0.02s，频率为50Hz，选项C错误；线圈产生的交变电动势最大值为311V，选项D错误。‎ ‎7．某家用电路如图所示，A、B间接有保险丝、交流电压表、“220V、880W”的电饭锅及“220V、220W”的抽油烟机。现接入电压U＝311sin100πt(V)的交流电，以下说法正确的是 (　　)‎ A．交流电压表的示数为311V B．电饭锅发热功率是抽油烟机发热功率的4倍 C．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于5A D．1min抽油烟机和电饭锅消耗的电能共为6.6×103J 答案：C ‎8．如图所示，一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，转动周期为T0。线圈产生的电动势的最大值为Em，则 (　　)‎ A．线圈产生的电动势的有效值为Em B．线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为 C．线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为Em D．经过2T0的时间，通过线圈电流的方向改变2次 答案：BC 解析：线圈转动产生正弦交变电流，其电动势的有效值为U＝，A错误；电动势的最大值Em＝BSω＝Φm×，所以穿过线圈的磁通量的最大值Φm＝，B正确；线圈转动过程中磁通量变化率的最大值即为电动势的最大值，C正确；一个周期内电流的方向改变两次，两个周期内改变4次，D错误。‎ ‎9．如图甲所示，为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间按余弦规律变化，其e－t图象如图乙所示。发电机线圈的内阻为1Ω，外接灯泡的电阻为9Ω，则 (　　)‎ A．电压表的示数为6V B．发电机的输出功率为4W C．在1.0×10－2s时刻，穿过线圈的磁通量最大 D．在2.0×10－2s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大 答案：CD ‎10.如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω 绕OO′轴匀速转动，则以下判断正确的是 (　　)‎ A．图示位置线圈中的感应电动势最大为Em＝BL2ω B．闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝BL2ωsinωt C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝ D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝ 答案：BD ‎11．(多选)如图4所示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光．要使灯泡变亮，可以采取的方法有(　　)‎ 图4‎ A．向下滑动P B．增大交流电源的电压 C．增大交流电源的频率 D．减小电容器C的电容 答案　BC 解析　向下滑动P 时，副线圈的匝数变少，由理想变压器的电压关系可知，副线圈两端的电压变小，灯泡变暗，选项A错误；增大交流电源的电压，由理想变压器的电压关系可知，副线圈两端的电压增大，灯泡变亮，选项B正确；电压不变，增大交流电源的频率，电容器的容抗减小，电路中的电流变大，灯泡变亮，选项C正确；减小电容器的电容，电容器的容抗增大，电路中的电流减小，灯泡变暗，选项D错误．‎ ‎12．如图5甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，L1和L2是相同型号的白炽灯，L1与电容器C串联，L2与带铁芯的线圈L串联，为交流电压表．当原线圈接有如图乙所示的正弦交变电压时，两只灯泡的亮度相同，则(　　)‎ 图5‎ A．与副线圈并联的电压表在t＝1×10－2s时的示数为0‎ B．与副线圈并联的电压表在t＝0.5×10－2s时的示数为22V ‎ C．当原线圈所接正弦交变电压的频率变为100Hz时，灯泡L1变亮，灯泡L2变暗 D．当原线圈所接交变电压的频率变为100Hz时，灯泡L1变暗，灯泡L2变亮 答案　C ‎13．如图6甲所示，标有“220V　40W”的灯泡和标有“20μF ‎300V”的电容器并联到交流电源上，为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关．下列判断正确的是(　　)‎ 图6‎ A．t＝时刻，的示数为零 B．灯泡恰好正常发光 C．电容器不可能被击穿 D.的示数保持110V不变 答案　B 解析　的示数应是电压的有效值220V，故A、D错；电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压，灯泡正常发光，B正确；电压的峰值Um＝220V≈311V，大于电容器的耐压值，故电容器有可能被击穿，C错．‎ ‎14．如图7所示，N匝矩形导线框以角速度ω绕对称轴OO′匀速转动，线框面积为S，线框电阻、电感均不计，在OO′左侧有磁感应强度为B的匀强磁场，外电路接有电阻R和理想电流表，那么可以确定的是(　　)‎ 图7‎ A．从图示时刻起，线框产生的瞬时电动势为e＝NBωSsinωt B．电流表的示数I＝NBS C．R两端电压的有效值U＝NBS D．一个周期内R上产生的热量Q＝ 答案　B ‎15．如图8甲所示是一种振动发电装置的示意图，一个半径r＝0.10m、匝数n＝20匝的线圈套在永久磁铁槽中，槽中磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右侧视图如图乙所示)，线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B＝T，线圈的电阻R1＝0.50Ω，它的引出线接有R2＝9.50Ω的小灯泡L，为理想交流电流表．当线圈框架的P端在外力作用下沿轴线做往复运动，便有电流通过灯泡．若线圈往复运动的规律如图丙所示(v取向右为正)，则下列判断正确的是(　　)‎ 图8‎ A．电流表的示数为0.24A B．0.01s时回路中的电流最大 C．回路中交流电的频率为50Hz D．0.015s时灯泡L中电流的方向为从D→L→C 答案　C ‎16．(多选)如图9所示的正方形线框abcd边长为L，每边电阻均为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度ω转动，c、d两点与外电路相连，外电路电阻也为r，则下列说法中正确的是(　　)‎ 图9‎ A．S断开时，电压表读数为BωL2‎ B．S断开时，电压表读数为BωL2‎ C．S闭合时，电流表读数为BωL2‎ D． S闭合时，线框从图示位置转过过程中流过电流表的电荷量为 答案　BD 解析　电路中产生的感应电动势的最大值为Emax＝BL2ω，有效值为E＝＝BL2ω；当S断开时，电压表读数为Ucd＝×r＝BωL2，A选项错误，B选项正确；S闭合时，电压表的读数为Ucd＝I×＝×＝＝BL2ω，电流表读数为，C选项错误；S闭合时，线框从图示位置转过过程中流过电流表的电荷量为q＝ Δt＝··Δt＝·Δt＝＝，D选项正确．‎ ‎17．小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图所示。此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是(　　)‎ A．交变电流的周期为0.125 s B．交变电流的频率为8 Hz C．交变电流的有效值为 A D．交变电流的最大值为4 A 答案：　C ‎18.如图，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的电阻。闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10sin 10πt (V)，则(　　)‎ A．该交变电流的频率为10 Hz B．该电动势的有效值为10 V C．外接电阻R所消耗的电功率为10 W D．电路中理想交流电流表的示数为1.0 A 解析：　据ω＝2πf知该交流电的频率为5 Hz，A错；该交流电电动势的最大值为10 V，有效值E＝10 V，B错；I＝＝1.0 A，P＝I2R＝9 W，C错，D对。‎ 答案：　D ‎19．一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e＝200sin 100πt(V)，那么(　　)‎ A．该交变电流的频率是100 Hz B．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面垂直 C．当t＝ s时，e达到峰值 D．该交变电流的电动势的有效值为200 V 答案：　C ‎20．一只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象如图甲所示，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象如图乙所示 解析：　由Φ t图知，t＝0时，Φ最大，即线圈处于中性面位置，此时e＝0，故A、D两项错误；由图知T＝0.04 s，在t＝0.01 s时，Φ＝0，最大，e最大，则B项正确；在t＝0.02 s时，Φ最大，＝0，e＝0，则C项错误。‎ 答案：　B ‎21.如图所示，在xOy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场，第四象限有垂直坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B。直角扇形导线框半径为l、总电阻为R，在坐标平面内绕坐标原点O以角速度ω匀速转动。线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流的有效值是(　　)‎ A．I＝　　　　　　 B．I＝ C．I＝0 D．I＝ 答案：　B ‎22．为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴OO1按图5甲所示方向匀速转动(ab向纸外， cd向纸内)，并从图甲所示位置开始计时．此时产生的交变电流如图乙所示．第二次他仅将转轴移至ab边上，第三次他仅将转轴右侧的磁场去掉，关于后两次的电流图象，下列说法正确的是(　　)‎ 图5‎ A．第二次是A图 B．第二次是C图 C．第三次是B图 D．第三次是D图 答案　D 解析　第二次他仅将转轴移到ab边上，产生的交流电的电动势E＝BSωsin ωt，产生的交流电与乙图一样，故A、B错误；第三次仅将转轴右侧的磁场去掉，只有一个边切割磁感线，所以交流电的数值减半，故C错误，D项正确．‎ ‎23．(多选)一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如图6a所示，当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图b 所示．以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是(　　)‎ 图6‎ A．从图线可算出穿过线圈磁通量的最大值 B．线圈先后两次转速之比为2∶3‎ C．在图线a和b中，t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零 D．图线b电动势的瞬时值表达式为e＝100sin(V)‎ 答案　AD ‎24．(多选)如图7所示的正方形线框abcd边长为L，每边电阻均为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度ω转动，c、d两点与外电路相连，外电路电阻也为r，则下列说法中正确的是(　　)‎ 图7‎ A．S断开时，电压表读数为BωL2‎ B．S断开时，电压表读数为BωL2‎ C．S闭合时，电流表读数为BωL2‎ D．S闭合时，线框从图示位置转过过程中流过电流表的电荷量为 答案　BD 解析　电路中产生的感应电动势的最大值为Emax＝BL2ω，有效值为E＝＝BL2ω ‎；当S断开时，电压表读数为Ucd＝×r＝BωL2，A选项错误，B选项正确；S闭合时，电压表的读数为Ucd＝I×＝×＝＝BL2ω，电流表读数为，C选项错误；S闭合时，线框从图示位置转过过程中流过电流表的电荷量为q＝Δt＝··Δt＝·Δt＝＝，D选项正确．‎ ‎25．(多选)如图8所示，某电路上接有保险丝、交流电压表、“220 V　900 W”的电饭锅及“220 V　200 W”的抽油烟机．现接入u＝311sin 100πt (V)的交流电，下列说法正确的是(　　)‎ 图8‎ A．交流电压表的示数为311 V B．1 s内流过保险丝的电流方向改变100次 C．电饭锅的热功率是抽油烟机的热功率的4.5倍 D．为保证电路正常工作，保险丝的额定电流不能小于5 A 答案　BD ‎26．如图9所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共100匝；线圈总电阻r＝1 Ω，外接电阻R＝9 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝ T，线圈以角速度ω＝100π rad/s匀速转动．‎ 图9‎ ‎(1)若线圈经图示位置时开始计时，写出线圈中感应电动势瞬时值的表达式；‎ ‎(2)求通过电阻R的电流有效值．‎ 答案　(1)e＝500sin 100πt(V)　(2)25 A 解析　(1)Em＝NBSω＝100××0.05×100π V＝500 V e＝Emsin ωt 所以e＝500sin 100πt(V)‎ ‎(2)流过R的最大电流 Im＝＝ A＝50 A 流过R电流的有效值I＝＝25 A ‎27．如图10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：‎ 图10‎ ‎(1)感应电动势的最大值；‎ ‎(2)从图示位置起转过转的时间内，负载电阻R上产生的热量；‎ ‎(3)从图示位置起转过转的时间内，通过负载电阻R的电荷量；‎ ‎(4)电流表的示数．‎ 答案　(1)π2Bnr2　(2)　(3)　(4) ‎(2)在线圈从图示位置转过转的时间内，电动势的有效值为E＝＝ 电阻R上产生的热量为 Q＝()2R·＝ ‎(3)在线圈从图示位置转过转的时间内，电动势的平均值为＝ 通过R的电荷量q＝·Δt＝·Δt＝＝ ‎(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E′，由有效值的定义得·＝T，解得E′＝ 故电流表的示数为I＝＝.‎ ‎28．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)感应电动势的最大值。‎ ‎(2)从图示位置起转过转的时间内负载电阻R上产生的热量。‎ ‎(3)从图示位置起转过转的时间内通过负载电阻R的电荷量，并求出电流表的示数。‎ 解析：　‎ ‎(1)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＝BSω＝B··2πn＝π2Bnr2‎ ‎(2)在线圈从图示位置转过转的时间内，电动势的有效值为E＝＝ 答案：　(1)π2Bnr2　(2)　(3)　 ‎29．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为π，磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab＝cd＝l、bc＝ad＝‎2l。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。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。‎ 解析：　(1)bc、ad边的运动速度v＝ω，‎ 感应电动势Em＝4NBlv 解得Em＝2NBl2ω。‎ ‎(2)电流Im＝，安培力F＝2NBIml 解得F＝。‎ ‎(3)一个周期内，通电时间t＝T R上消耗的电能W＝IRt　且W＝I2RT 解得I＝。‎ 答案：　(1)2NBl2ω　(2)　(3) ‎30．如图10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：‎ 图10‎ ‎(1)感应电动势的最大值；‎ ‎(2)从图示位置起转过圈的时间内，负载电阻R上产生的热量；‎ ‎(3)从图示位置起转过圈的时间内，通过负载电阻R的电荷量；‎ ‎(4)电流表的示数．‎ 答案　(1)π2Bnr2　(2)　(3)　(4) ‎(3)在线圈从图示位置转过圈的时间内，电动势的平均值为＝ 通过R的电荷量q＝·Δt＝·Δt＝＝ ‎(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E′，由有效值的定义得·＝T，解得E′＝ 故电流表的示数为I＝＝.‎ ‎31.如图所示的是一个匝数n＝10的线圈在匀强磁场中沿垂直于磁场方向的固定轴转动时，通过线圈平面的磁通量随时间变化的图象。根据图象回答下列问题：‎ ‎(1)线圈中的最大感应电动势多大？‎ ‎(2)在t1＝0.1s时刻和t2＝0.2s时刻，线圈中磁通量的变化率各是多少？‎ ‎(3)设t＝0时感应电动势为正值，画出感应电动势随时间变化的图象，并写出感应电动势的瞬时值表达式。‎ 答案：(1)10πV　(2)0　πWb/s　(3)见解析图　e＝10πcos 5πt(V)‎ 瞬时值的表达式e＝10πcos5πt(V)‎ ‎32.如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为a，宽度为b，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速转动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t＝0时刻线圈平面与磁感线垂直。‎ ‎(1)表示出线圈经过图示位置时，通过电阻R的感应电流的方向。‎ ‎(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式。‎ ‎(3)求线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势。‎ ‎(4)求线圈从t＝0位置开始到转过60°时的瞬时电流。‎ 答案：(1)自下而上　(2)nBabωsinωt　(3)　(4) ‎33．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为π，磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab＝cd＝L、bc＝ad＝2L。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。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E；‎ ‎(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。‎ 答案：(1)2NBL2ω　(2)　(3) 解析：(1)bc、ad边的速度v＝ω 在有磁场存在的范围内，速度与磁感应强度方向垂直，并且两边产生感应电动势方向相同，因此线圈中 ‎ ‎