(新課改省份專用)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤檢測(三十六)交變電流的產(chǎn)生及描述(含解析)
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1、課時(shí)跟蹤檢測(三十六) 交變電流的產(chǎn)生及描述 [A級——基礎(chǔ)小題練熟練快] 1.(2019·金華調(diào)研)一只電阻分別通過四種不同形式的電流,電流隨時(shí)間變化的情況如下列各圖所示,在相同時(shí)間內(nèi)電阻產(chǎn)生熱量最大的是( ) 解析:選D 選項(xiàng)A、B中交變電流的有效值都為 A,選項(xiàng)C中恒定電流的大小為1.5 A,選項(xiàng)D中交變電流的有效值為2 A,根據(jù)熱量的表達(dá)式Q=I2Rt得出選項(xiàng)D正確。 2.(2018·漢中模擬)一交流電壓為u=100sin (100πt)V,由此表達(dá)式可知( ) A.用電壓表測該電壓其示數(shù)為50 V B.該交流電壓的周期為0.02 s C.將該電壓加在“100
2、V 100 W”的燈泡兩端,燈泡的實(shí)際功率小于100 W D.t= s時(shí),該交流電壓的瞬時(shí)值為50 V 解析:選B 由交流電壓瞬時(shí)值表達(dá)式可知電壓的有效值為100 V,故用電壓表測該電壓其示數(shù)為100 V,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;ω=100π rad/s,則周期T==0.02 s,選項(xiàng)B正確;該電壓加在“100 V 100 W”的燈泡兩端,燈泡恰好正常工作,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;把t= s代入瞬時(shí)值表達(dá)式得電壓的瞬時(shí)值為100 V,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 3.(多選)電阻為1 Ω的矩形線圈繞垂直于磁場方向的軸在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,線圈的電動勢隨時(shí)間變化的圖像如圖所示。現(xiàn)把線圈與電阻為9 Ω的電熱絲相連,則下列說法正確的
3、是( ) A.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為31.4 rad/s B.如果線圈轉(zhuǎn)速提高一倍,則電流發(fā)生改變 C.電熱絲兩端的電壓U=100 V D.電熱絲的發(fā)熱功率P=1 800 W 解析:選BD 從題圖可知T=0.02 s,ω==314 rad/s,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;其他條件不變,如果線圈轉(zhuǎn)速提高一倍,角速度ω變?yōu)樵瓉淼膬杀?,則電動勢最大值Em=NBS ω變?yōu)樵瓉淼膬杀叮妷旱挠行е底優(yōu)樵瓉淼膬杀?,根?jù)歐姆定律可知電流發(fā)生改變,故選項(xiàng)B正確;該交流電壓的最大值為200 V,所以有效值為100 V,電熱絲兩端電壓U=×100 V=90 V,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)P=得P= W=1 800 W,選項(xiàng)D正
4、確。 4.圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化,圖乙所示電壓是正弦交流電的一部分。下列說法正確的是( ) A.圖乙所示的電壓也是正弦交流電壓 B.圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=10sin 50πt(V) C.圖乙所示電壓的周期與圖甲所示電壓周期相同 D.圖甲所示電壓的有效值比圖乙所示電壓的有效值小 解析:選D 題圖乙所示電壓只有一部分按正弦交流電壓變化,整個(gè)不能稱為正弦交流電壓,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;題圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=10sin 100πt(V),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;題圖乙所示電壓的周期為題圖甲所示電壓周期的2倍,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;題圖甲所示電壓的有效值為5 V,對題圖乙由·=T,得電壓
5、的有效值為U=10 V,因此選項(xiàng)D正確。 5.某研究小組成員設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖所示的電路,已知純電阻R的阻值不隨溫度變化。與R并聯(lián)的是一個(gè)理想的交流電壓表,D是理想二極管(它的導(dǎo)電特點(diǎn)是正向電阻為零,反向電阻為無窮大)。在A、B間加一交流電壓,其瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=20sin 100πt(V),則交流電壓表的示數(shù)為( ) A.10 V B.20 V C.15 V D.14.1 V 解析:選D 二極管具有單向?qū)щ娦裕沟冒雮€(gè)周期內(nèi)R通路,另半個(gè)周期內(nèi)R斷路。電壓表的示數(shù)為加在R兩端電壓的有效值,設(shè)為U,在正半周內(nèi),交流電壓的有效值為20 V,由電流的熱效應(yīng),在一個(gè)周期內(nèi)有T
6、=·,解得U=10 V=14.1 V,選項(xiàng)D正確。 6.(2019·惠州五校聯(lián)考)如圖甲所示,為一種調(diào)光臺燈電路示意圖,它通過雙向可控硅電子器件實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)節(jié)亮度。給該臺燈接220 V的正弦交流電后加在燈管兩端的電壓如圖乙所示,則此時(shí)交流電壓表的示數(shù)為( ) A.220 V B.110 V C. V D. V 解析:選B 設(shè)電壓的有效值為U,根據(jù)有效值定義有·=T,解得U=110 V,則B正確。 7.(多選)如圖甲為小型交流發(fā)電機(jī)的原理圖,其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,線圈的匝數(shù)n=100、總電阻r=5 Ω,線圈的兩端與阻值為95 Ω
7、的電阻R連接,交流電壓表為理想電表。t=0時(shí)刻,線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化。若交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的最大值為Em,電壓表的示數(shù)為U,則( ) A.Em=200 V,U=134 V B.Em=134 V,U=95 V C.通過電阻R的電流每秒內(nèi)方向改變約50次 D.電阻R實(shí)際消耗的功率為190 W 解析:選AD 交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的最大值Em=nBSω,而Φm=BS,由題圖乙可知Φm=2.0×10-2 Wb,T=2π×10-2 s,所以ω=100 rad/s,Em=200 V,電動勢的有效值E==100 V,由閉合電路歐姆定
8、律,可知電路中電流的有效值I== A,電壓表的示數(shù)為U=IR=134 V,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;頻率f=≈16 Hz,故通過電阻R的電流每秒內(nèi)方向改變約32次,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電阻R消耗的功率為P=I2R=190 W,故選項(xiàng)D正確。 8.(多選)一正弦交流電的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示。由圖可知( ) A.該交流電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin(25πt)V B.該交流電的頻率為25 Hz C.該交流電的電壓的有效值為100 V D.若將該交流電壓加在阻值R=100 Ω的電阻兩端,則電阻消耗的功率為50 W 解析:選BD 從題給圖像中可得該交流電壓最大值為Um=10
9、0 V,交流電的周期為T=4×10-2 s,所以頻率為f==25 Hz,選項(xiàng)B正確;角速度為ω=2πf=50π rad/s,所以該交流電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin(50πt)V,該交流電的電壓有效值為U==50 V,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;若將該交流電壓加在阻值R=100 Ω的電阻兩端,則電阻消耗的功率為P== W=50 W,選項(xiàng)D正確。 [B級——保分題目練通抓牢] 9.(多選)如圖所示,空間中有范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場,磁場方向豎直向下,在其間豎直放置兩彼此正對的相同金屬圓環(huán),兩環(huán)相距L,用導(dǎo)線將環(huán)與外電阻相連。現(xiàn)用外力使金屬桿沿兩環(huán)做勻速圓周運(yùn)動。若已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,圓環(huán)半徑為
10、R,桿轉(zhuǎn)動角速度為ω,金屬桿和電阻的阻值均為r,其他電阻不計(jì),則( ) A.當(dāng)金屬桿從圓環(huán)最高點(diǎn)向最低點(diǎn)轉(zhuǎn)動過程中,流過外電阻的電流先變大后變小 B.當(dāng)金屬桿從圓環(huán)最高點(diǎn)向最低點(diǎn)轉(zhuǎn)動過程中,流過外電阻的電流先變小后變大 C.流過外電阻電流的有效值為 D.流過外電阻電流的有效值為 解析:選BC 金屬桿從圓環(huán)最高點(diǎn)向最低點(diǎn)轉(zhuǎn)動的過程中,垂直磁場方向的分速度先減小再增大,因而流過外電阻的電流先減小再增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;金屬桿沿圓環(huán)的勻速率運(yùn)動等效為以兩環(huán)圓心連線為轉(zhuǎn)動軸、長為L、寬為R的矩形線框的勻速轉(zhuǎn)動,因此產(chǎn)生正弦交流電,遵守I=的關(guān)系,電動勢的最大值為Em=BLωR,Im=,
11、I==,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。 10.(2019·廣元檢測)如圖所示,一半徑為L的導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi),O為圓心。環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓心角為90°且關(guān)于O中心對稱的扇形區(qū)域內(nèi)分布有勻強(qiáng)磁場,兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反且均與紙面垂直。導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動,M端通過滑動觸點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸,在圓心和圓環(huán)間連有電阻R,不計(jì)圓環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻,當(dāng)桿OM以恒定角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí),理想電流表A的示數(shù)為( ) A. B. C. D. 解析:選A 當(dāng)導(dǎo)體桿OM在無磁場區(qū)域轉(zhuǎn)動時(shí),沒有感應(yīng)電動勢,故沒有電流,當(dāng)導(dǎo)體桿OM在其中一個(gè)有磁場的區(qū)域轉(zhuǎn)動時(shí),OM切割磁感線產(chǎn)生的電動勢為E=BL2ω
12、,感應(yīng)電流為I1==,當(dāng)導(dǎo)體桿OM在另一個(gè)有磁場的區(qū)域轉(zhuǎn)動時(shí),電流也為I2=,但方向相反,故導(dǎo)體桿OM旋轉(zhuǎn)一周過程中,電流情況如圖所示。設(shè)電流的有效值為I有效,則I有效2RT=22R·T,解得I有效=,選項(xiàng)A正確。 11.在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲所示。產(chǎn)生的交變電動勢隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示。下列說法正確的是( ) A.t=0.01 s時(shí)穿過線框的磁通量最小 B.該交變電動勢的有效值為11 V C.該交變電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=22 cos(100πt)V D.當(dāng)電動勢的瞬時(shí)值為22 V時(shí),線框平面與中性面的夾角為45° 解析:選
13、D t=0.01 s時(shí),感應(yīng)電動勢為零,線框位于中性面位置,穿過線框的磁通量最大,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由題給圖像知,正弦交變電動勢的最大值為Um=22 V,故有效值U==22 V,B項(xiàng)錯(cuò)誤;t=0時(shí),感應(yīng)電動勢為零,故瞬時(shí)值表達(dá)式應(yīng)為e=22sin(100πt)V,C項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)e=22 V時(shí),e=Emsin θ=22 V,解得:θ=45°,D項(xiàng)正確。 12.(多選)(2017·天津高考)在勻強(qiáng)磁場中,一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過該線圈的磁通量隨時(shí)間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2 Ω,則( ) A.t=0時(shí),線圈平面平行于磁感線 B.t=1 s
14、時(shí),線圈中的電流改變方向 C.t=1.5 s時(shí),線圈中的感應(yīng)電動勢最大 D.一個(gè)周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為8π2 J 解析:選AD t=0時(shí),磁通量為零,磁感線與線圈平面平行,A正確;當(dāng)磁感線與線圈平面平行時(shí),磁通量變化率最大,感應(yīng)電動勢最大,畫出感應(yīng)電動勢隨時(shí)間變化的圖像如圖,由圖可知,t=1 s時(shí),感應(yīng)電流沒有改變方向,B錯(cuò)誤;t=1.5 s時(shí),感應(yīng)電動勢為0,C錯(cuò)誤;感應(yīng)電動勢最大值Em=NBSω=NΦm=100×0.04×(V)=4π(V),有效值E=×4π(V)=2π(V),Q=T=8π2(J),D正確。 [C級——難度題目適情選做] 13.(多選)(2018·佛山模擬)一交
15、流發(fā)電機(jī)和理想變壓器按如圖電路連接。已知該發(fā)電機(jī)線圈匝數(shù)為N,電阻為r。當(dāng)線圈以轉(zhuǎn)速n勻速轉(zhuǎn)動時(shí),電壓表示數(shù)為U,燈泡(額定電壓為U0,電阻恒為R)恰能正常發(fā)光,則(電表均為理想電表)( ) A.變壓器的匝數(shù)比為U∶U0 B.電流表的示數(shù)為 C.在圖示位置時(shí),通過發(fā)電機(jī)線圈的磁通量為 D.從圖示位置開始計(jì)時(shí),變壓器輸入電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u= Usin(2nπt) V 解析:選AB 由變壓器變壓公式可知,變壓器的匝數(shù)比n1∶n2=U∶U0,選項(xiàng)A正確。燈泡恰能正常發(fā)光,說明變壓器輸出功率P1=,根據(jù)變壓器輸出功率等于輸入功率可得UI=,解得電流表的示數(shù):I=,選項(xiàng)B正確。在題圖圖示
16、位置時(shí),發(fā)電機(jī)的線圈處于中性面位置,通過發(fā)電機(jī)線圈的磁通量為BS,S為線圈面積,由Em=NBS2nπ,得BS==,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。從題圖圖示位置開始計(jì)時(shí),發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emsin(2nπt) V,變壓器輸入電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=Umsin(2nπt) V=Usin(2nπt) V,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 14.(多選)如圖甲所示是一種振動發(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(yīng)強(qiáng)度的大小均為B= T,線圈電阻為R1=0.5 Ω,它的引出線接有R2=9.5 Ω的小電
17、珠L。外力推動線圈框架的P端,使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)動,線圈運(yùn)動速度v隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖丙所示(摩擦等損耗不計(jì)),則( ) A.小電珠中電流的峰值為0.16 A B.小電珠中電流的有效值為0.16 A C.電壓表的示數(shù)約為1.5 V D.t=0.1 s時(shí)外力的大小為0.128 N 解析:選AD 由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律知道,線圈在磁場中做往復(fù)運(yùn)動,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小符合正弦曲線變化規(guī)律,線圈中的感應(yīng)電動勢的峰值為Em=nBlv=nB·2πrv,故小電珠中電流的峰值為Im== A=0.16 A,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;電壓表示數(shù)為U=·R2≈1.07 V,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;當(dāng)t
18、=0.1 s 也就是時(shí),外力的大小為F=nB·2πrIm=0.128 N,選項(xiàng)D正確。 15.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是匝數(shù)n=100、邊長L=20 cm的正方形線圈,其置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T的勻強(qiáng)磁場中,繞著垂直磁場方向的軸以ω=100π rad/s的角速度轉(zhuǎn)動,當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場方向垂直時(shí)開始計(jì)時(shí)。線圈的電阻r=1 Ω,外電路電阻R=99 Ω。試求: (1)寫出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式; (2)外電阻上消耗的功率; (3)從計(jì)時(shí)開始,線圈轉(zhuǎn)過過程中,通過外電阻的電荷量是多少? 解析:(1)電動勢的最大值:Em=nBωL2=628 V 根據(jù)閉合電路歐姆定律得Im==6.28 A 故交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式:i=6.28sin(100πt)A。 (2)電流的有效值I= 外電阻上消耗的功率:P=I2R=2R=1.95×103 W。 (3)從計(jì)時(shí)開始到線圈轉(zhuǎn)過過程中, 平均感應(yīng)電動勢=n=n= 平均電流:== 通過外電阻的電荷量:q=·Δt==0.01 C。 答案:(1) i=6.28sin(100πt)A (2)1.95×103 W (3)0.01 C 9
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