高考物理一輪復習 考點規(guī)范練35 交變電流的產(chǎn)生及其描述（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題

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1、考點規(guī)范練35　交變電流的產(chǎn)生及其描述 一、單項選擇題 1.(2019·江蘇鹽城一模)一只電阻分別通過四種不同形式的電流,電流隨時間變化的情況如圖所示,則在相同時間內(nèi)電阻產(chǎn)生熱量最多的是(　　) 答案:D 解析:由A、B圖像,對應正弦式交變電流,有效值為IA=IB=22Im=2A,C選項對應恒定電流IC=1.5A,D選項對應方波交變電流,其有效值ID=2A,由于ID最大,故選項D正確。 2.如圖甲所示,一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中,并繞過ab、cd中點的軸OO'以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場夾角θ=45°時(如圖乙所示)為計時起點,并規(guī)定當電流自a流向b時電流

2、方向為正。則能夠正確反映線圈中電流變化規(guī)律的圖像是(　　) 答案:D 解析:t=0時刻,根據(jù)題圖乙表示的轉(zhuǎn)動方向,由右手定則得出此時線圈中電流方向為a→d→c→b→a,與規(guī)定的電流正方向相反,電流為負值。又因為此時ad、bc兩邊的切割速度方向與磁場方向成45°夾角,由E=2Blv⊥,可得E=2×22Blv=22Em,即此時電流是最大值的22倍。由題圖乙還能觀察到,線圈在接下來45°的轉(zhuǎn)動過程中,ad、bc兩邊的切割磁場的速度越來越小,所以感應電動勢應減小,感應電流應減小。綜上所述可知,D項正確。 3.電阻R1、R2與交變電源按照圖甲所示方式連接,R1=10 Ω,R2=20 Ω。閉

3、合開關S后,通過電阻R2的電流i隨時間t變化的情況如圖乙所示。則(　　) 　　　　　　　　　　　　　　 A.通過R1的電流有效值是1.2 A B.R1兩端的電壓有效值是6 V C.通過R2的電流有效值是1.22 A D.R2兩端的電壓最大值是62 V 答案:B 解析:首先從交變電流圖像中找出交變電流的最大值,即通過R2的電流最大值為0.62A,由正弦式交變電流最大值與有效值的關系Im=2I可知,其有效值為0.6A,由于R1與R2串聯(lián),所以通過R1的電流有效值也是0.6A,選項A、C錯;R1兩端電壓有效值為U1=IR1=6V,選項B對;R2兩端電壓最大值為U2m=ImR2=0.

4、62×20V=122V,選項D錯。 4.如圖甲所示,標有“220 V　40 W”的燈泡和標有“20 μF　300 V”的電容器并聯(lián)到交流電源上,V為交流電壓表,交流電源的輸出電壓如圖乙所示。閉合開關,下列判斷正確的是(　　) A.t=T2時刻,V的示數(shù)為零 B.燈泡恰好正常發(fā)光 C.電容器不可能被擊穿 D.V的示數(shù)保持1102 V不變 答案:B 解析:V的示數(shù)應是電壓的有效值220V,故A、D錯誤;電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓,燈泡正常發(fā)光,B正確;電壓的峰值Um=2202V=311V,大于300V,故電容有可能被擊穿,C錯誤。 5.右圖為一交流電壓隨時間變化的圖像,

5、每個周期內(nèi),前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化,后三分之二周期電壓恒定。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可得,此交流電壓的有效值為(　　) A.7.5 V B.8 V C.215 V D.313 V 答案:C 解析:根據(jù)電流的熱效應有6V22·1R·T3+(9V)2R·2T3=U2RT,解得U=215V,C項正確。 6.(2019·北京朝陽區(qū)質(zhì)檢)在勻強磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲所示,產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化規(guī)律的圖像如圖乙所示,已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為1.0 Ω,外接一只電阻為9.0 Ω的燈泡,則(　　) A.電壓表V的示數(shù)為20 V B.電路中的電流方向每秒改變

6、5次 C.燈泡實際消耗的功率為36 W D.電動勢隨時間變化的瞬時值表達式為e=20cos 5πt(V) 答案:C 解析:根據(jù)乙圖可知,交變電流的周期T=0.2s,頻率f=5Hz,所以電路中的電流方向每秒改變10次,選項B錯誤;電動勢隨時間變化的瞬時值表達式為e=202cos10πt(V),選項D錯誤;由乙圖知,最大感應電動勢為Em=202V,則電動勢的有效值為E=Em2=20V,I=Er+R=201+9A=2A,電壓表的示數(shù)為燈泡兩端電壓U=IR=2×9V=18V,選項A錯誤;燈泡的實際功率為P=I2R=36W,選項C正確。 二、多項選擇題 7.(2018·河南中原名校第四次模擬

7、)圖甲為小型交流發(fā)電機的原理圖,發(fā)電機的矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,從t=0時刻開始,通過矩形線圈的磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,已知線圈的匝數(shù)n=50,線圈的電阻r=5 Ω,線圈與外電路連接的定值電阻R=45 Ω,電壓表為理想交流電表。則下列判斷正確的是(　　) A.線圈轉(zhuǎn)動的周期為6.28 s B.t=0時刻線圈平面與磁感線平行 C.線圈轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的最大感應電動勢為1002 V D.電壓表的示數(shù)為452 V 答案:BD 解析:由題圖乙可知,線圈轉(zhuǎn)動的周期為T=6.28×10-2s,A項錯誤;t=0時刻,磁通量為零,線圈平面與磁感線平行,B

8、項正確;線圈中的最大電動勢Em=nBSω=nΦmω=50×2×10-2×2π6.28×10-2V=100V,C項錯誤;電壓表的示數(shù)為U=ER+rR=50250×45V=452V,D項正確。 8.圖甲是一種振動發(fā)電裝置的示意圖,半徑為r=0.1 m、匝數(shù)n=20的線圈位于輻向分布的磁場中,磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示)。線圈所在位置的磁感應強度的大小均為B=0.20π T,線圈電阻為R1=0.5 Ω,它的引出線接有R2=9.5 Ω的小燈泡L。外力推動線圈框架的P端,使線圈沿軸線做往復運動,線圈運動速度v隨時間t變化的規(guī)律如圖丙所示(摩擦等損耗不計),則(　　) A

9、.小燈泡中電流的峰值為0.16 A B.小燈泡中電流的有效值為0.16 A C.電壓表的示數(shù)約為1.5 V D.t=0.01 s時外力的大小為0.128 N 答案:AD 解析:由題意及法拉第電磁感應定律知道,線圈在磁場中做往復運動,產(chǎn)生的感應電動勢的大小符合正弦曲線變化規(guī)律,線圈中的感應電動勢的峰值為Em=nBlv=nB·2πrvm,故小燈泡中電流的峰值為Im=EmR1+R2=20×0.20π×2π×0.1×20.5+9.5A=0.16A,A正確,B錯誤;電壓表的示數(shù)為U=Im2·R2≈1.07V,C錯誤;當t=0.01s也就是T4時,由題圖丙可知加速度為零,外力等于安培力,故F=n

10、B·2πrIm=0.128N,D正確。 9.圖甲是小型交流發(fā)電機的示意圖,兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場,A為交流電流表,線圈繞垂直于磁場的水平軸OO'沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動,從圖示位置開始計時,產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示,以下判斷正確的是(　　) A.電流表的示數(shù)為10 A B.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50π rad/s C.0.01 s時線圈平面與磁場方向平行 D.0.02 s時電阻R中電流的方向自右向左 答案:AC 解析:根據(jù)i-t圖像可知,電流最大值Im=102A,有效值I=Im2=10A,A選項正確;交變電流的周期T=2×10-2s,角速度ω=2

11、πT=100πrad/s,B選項錯誤;從圖示位置開始轉(zhuǎn)動時,經(jīng)0.01s線圈回到水平狀態(tài),線圈平面與磁場方向平行,C選項正確;根據(jù)右手定則,在0.02s時,線圈經(jīng)過一個周期,即在圖示位置,電阻R中的電流方向自左向右,因此D選項錯誤。 10.(2019·江蘇南京模擬)甲圖中的正弦式交變電流通過乙圖數(shù)字觸發(fā)器后會輸出丙圖的數(shù)字信號,丙圖中數(shù)字信號對應兩種電壓狀態(tài)0和2 V,觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換規(guī)則是交流電壓數(shù)值小于Um2時輸出為0,交流電壓數(shù)值大于Um2時輸出為2 V。以下說法正確的是(　　) A.丙圖中一個周期的時間內(nèi)輸出電壓為零持續(xù)的時間為0.005 s B.丙圖中的電壓有效值約為1.6 V

12、 C.丙圖交流信號通過數(shù)字觸發(fā)器后頻率增加一倍 D.甲圖交流信號的頻率為50 Hz 答案:BCD 解析:一個周期內(nèi),交流電壓數(shù)值為Um2時,對應甲圖中正弦式交變電流的時刻為T12、512T、712T、1112T,如下圖所示。 分析可知,丙圖對應的周期T=T'2,丙圖交流信號通過數(shù)字觸發(fā)器后頻率增加一倍,則丙圖中一個周期T'的時間內(nèi)輸出電壓為零持續(xù)的時間為t=T12×2=1300s,故A錯誤,C正確;丙圖的一個周期T'對應輸出電壓為2V的時間為23T',根據(jù)有效值定義分段計算,U12R×23T'=U2RT',其中U1=2V,代入數(shù)據(jù)得有效值U=1.6V,故B正確;甲圖交流信號的周期

13、T=0.02s,則頻率f=50Hz,故D正確。 三、非選擇題 11.如圖甲所示,一固定的矩形導體線圈水平放置,線圈的兩端接一只小燈泡,在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場。已知線圈的匝數(shù)n=100,總電阻r=1.0 Ω,所圍成矩形的面積S=0.040 m2,小燈泡的電阻R=9.0 Ω,磁感應強度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化,線圈中產(chǎn)生的感應電動勢瞬時值的表達式為e=nBmS2πTcos 2πTt,其中Bm為磁感應強度的最大值,T為磁場變化的周期,不計燈絲電阻隨溫度的變化,求: (1)線圈中產(chǎn)生感應電動勢的最大值; (2)小燈泡消耗的電功率; (3)在磁感應強度變化

14、的0~T4時間內(nèi),通過小燈泡的電荷量。 答案:(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10-3 C 解析:(1)由圖像知,線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T=3.14×10-2s,所以Em=nBmSω=2πnBmST=8.0V。 (2)電流的最大值Im=EmR+r=0.80A,有效值I=Im2=225A,小燈泡消耗的電功率P=I2R=2.88W。 (3)在0~T4時間內(nèi),電動勢的平均值E=nSΔBΔt,平均電流I=ER+r=nSΔB(R+r)Δt,流過燈泡的電荷量Q=IΔt=nSΔBR+r=4.0×10-3C。 12.(2019·江蘇蘇錫常鎮(zhèn)四市調(diào)研一)圖甲為手機無線充電工

15、作原理的示意圖,由送電線圈和受電線圈組成。已知受電線圈的匝數(shù)為n=50,電阻r=1.0 Ω,在它的c、d兩端接一阻值R=9.0 Ω的電阻。設在受電線圈內(nèi)存在與線圈平面垂直的磁場,其磁通量隨時間按圖乙所示的規(guī)律變化,可在受電線圈中產(chǎn)生電動勢最大值為20 V的正弦式交變電流,設磁場豎直向上。求: (1)在t=π×10-3 s時,受電線圈中產(chǎn)生電流的大小,c、d兩端哪端電勢高? (2)在一個周期內(nèi),電阻R上產(chǎn)生的熱量; (3)從t1到t2時間內(nèi),通過電阻R的電荷量。 答案:(1)2.0 A　c端電勢高 (2)5.7×10-2 J (3)2×10-3 C 解析:(1)由題圖乙知t=π×10-3s時受電線圈中產(chǎn)生的電動勢最大,為Em=20V 線圈中產(chǎn)生感應電流的大小為I1=Im=EmR+r=2.0A 由楞次定律可以得到此時c端電勢高。 (2)通過電阻的電流的有效值為I=Im2=2A 電阻在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q=I2RT≈5.7×10-2J。 (3)線圈中感應電動勢的平均值E=nΔΦΔt 通過電阻R的電流的平均值I=ER+r,通過電阻R的電荷量q=I·Δt 由題圖乙知,在t1~t2時間內(nèi),ΔΦ=4×10-4Wb 解得q=nΔΦR+r=2×10-3C。