2011高考物理备考 专题10交变电流百所名校组合卷系列.doc

2011高考物理备考之百所名校组合卷系列 专题10 交变电流

【试题1】交流发电机在工作时的电动势为E ＝E 0sin ωt ，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为

( )

A ．E 0sin2ωt

B ．2E 0sin2ωt

C ．E 0sin

ωt

2 D ．2E 0sin

ωt

2

【解析】交变电压瞬时值表达式为E ＝E 0sin ωt ，而E 0＝NBSω，电枢的转速提高1倍即ω加倍，其他条件不变时E 0加倍，应选B 项．

【答案】B

【试题出处】2011·河北衡水中学模拟 【试题2】一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流电动势e ＝2202sin ωt ，则( )

A ．交流的频率是50 Hz

B ．交流电的有效值是220 V

C ．当t ＝0时，线圈平面恰好与中性面重合

D ．当t ＝1

200 s 时，e 有最大值220 2 V

【解析】由题设知，电动势最大值为220 2 V ，故有效值是220 V ；t ＝0时，e ＝0，故

B 、

C 正确．ω未知， f 无法确定，t ＝1

200

s 时，电压瞬时值无法确定，A 、D 错．

【答案】BC

【试题出处】2011·柳州一中模拟

【试题3】如图1所示为一台发电机的结构示意图，其中N 、S 是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状．M 是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M 共轴的固定转轴旋转．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场．若从图示位置开始计时，当线框绕固定轴匀速转动时，下列说法正确的是( )

图1

A ．穿过线圈的磁通量始终为零

B ．穿过线圈的磁通量的变化率不为零

C ．线圈中将产生恒定电流

D ．线圈中将产生交变电流，大小不变，方向每转一周改变两次

【解析】由题图可知，穿过线圈的磁通量显然不为零，且变化率不为零，据右手定则，线圈中将产生交变电流，大小不变，方向每转一周改变两次，B 、D 对．

【答案】BD

【试题出处】2011·烟台一中模拟

【试题4】如图2所示，理想变压器初级线圈的匝数为n 1，次级线圈的匝数为n 2，初级线圈的两端a 、b 接正弦交流电源，电压表V 的示数为220 V ，负载电阻R ＝44 Ω，电流表A 1的示数为0.20 A ．下列判断中正确的是

( )

图2

A．初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1

B．初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1

C．电流表A2的示数为1.0 A

D．电流表A2的示数为0.4 A

【试题出处】2011·北京东城区模拟

【试题5】某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图3所示．如果其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交流电动势的最大值和周期分别变为

( )

图3

A．200 V,0.08 s B．25 V,0.04 s

C．50 V,0.08 s D．50 V,0.04 s

【解析】据交流电电动势最大值表达式E m＝nBSω可知，若转速减半，则ω减半，最大值减半，为50 V，原周期为4×10－2 s，转速减半，周期加倍为8×10－2 s，故C正确．【答案】C

【试题出处】2011·天津南开中学模拟

【试题6】全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门，排除污水(如图4所示)．以下说法中正确的是

( )

图4

A．若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为N极，B端为S极

B．若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为S极，B端为N极

C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中

D．若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中

【解析】通交流电时，铁芯2仍被磁化而被吸入线圈中，故D项对．易知其它选项中B 对．

【答案】BD

【试题出处】2011·西安一中模拟

【试题7】某理想变压器原、副线圈的匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按图5所示规律变化，副线圈接有一灯泡，此时灯泡消耗的功率为40 W，则下列判断正确的是

( )

图5

A ．副线圈两端输出的电压为36 2 V

B ．原线圈中电流表的示数约为0.18 A

C ．变压器的输入、输出功率之比为55∶9

D ．原线圈两端电压的瞬时值表达式为u ＝220sin100πt V

【解析】根据变压器的原、副线圈的电压之比等于匝数之比，故副线圈两端输出的电压为U 2＝n 2n 1U 1＝36 V ，A 错；根据理想变压器知P 1＝P 2，故有I 1＝P 1U 1

≈0.18 A，B 选项正确，C 错；原线圈两端电压的瞬时值表达式为u ＝2202sin100πt V ，D 错．

【答案】B

【试题出处】2011·北京师大附中模拟

【试题8】在如图6所示的(a)(b)两电路中，当a 、b 端与e 、f 两端分别加上220 V 的交流电压时，测得c 、d 间与g 、h 间的电压均为110 V ，若分别在c 、d 和g 、h 两端加上110 V 的交流电压，则a 、b 间与e 、f 间的电压分别为

( )

A ．220 V,220 V

B ．220 V,110 V

C ．110 V,110 V

D ．220 V,0 V

图6

【试题出处】2011·华东六市联考模拟

【试题9】面积为S 的两个完全相同的单匝金属线圈分别放置在如图7甲、乙所示的磁场中．甲图中有磁感应强度为B 0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T 绕OO ′轴做匀速转动；

乙图中的磁场的变化规律为B ＝B 0cos 2π

T

t ，从图示时刻(t ＝0时刻)起计时，则

( )

A ．两线圈中的磁通量变化规律均为Φ＝

B 0S cos 2π

T

t

B ．两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同

C ．两线圈中产生的交变电流的有效值不同

D ．从此刻起，T /4时间内流过线圈截面的电荷量相同

图7

【解析】由于线圈在磁场中以周期T 绕OO ′轴做匀速转动，所以其角速度为2π

T

，在面

积相同的情况下两者的磁通量变化规律均为Φ＝B 0S cos 2π

T

t ，那么二者实际产生的交变电流

是相同的，因此感应电动势达到最大值的时刻、交变电流的有效值、T /4时间内流过线圈截面的电荷量都是相同的．故AD 正确．

【答案】AD

【试题出处】2011·湖北调研

【试题10】如图8所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R 1、R 2、R 3和R 4均为固定电阻，开关S 是闭合的．○V 1和○V 2为理想电压表，读数分别为U 1和U 2；○A 1、○A 2和○A 3为理想电流表，读数分别为I 1、I 2和I 3，现断开S ，U 1数值不变，下列推断中正确的是

( )

图8

A ．U 2变小、I 3变小

B ．U 2不变、I 3变大

C ．I 1变小、I 2变小

D ．I 1变大、I 2变大

【解析】因为变压器的匝数与U 1不变，所以U 2不变，故两电压表的示数均不变．当S 断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I 2减小，由于输入功率等于输出功率，所以I 1也将减小，C 正确；因为R 1的电压减小，故R 2、R 3两端的电压将增大，I 3变大，B 正确．

【答案】BC

【试题出处】2011·郑州一中模拟

【试题11】一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中匀速转动，角速度为ω时，线圈中产生的交变电动势的最大值为E 0，周期为T 0，外力提供的功率为P 0.若使线圈转动的角速度变为2ω，线圈中产生的交变电动势的最大值为E ，周期为T ，外力提供的功率为P .则E 、T 和P 的大小为

( )

A ．E ＝2E 0，T ＝1

2T 0，P ＝2P 0

B ．E ＝E 0，T ＝1

2

T 0，P ＝2P 0

C ．E ＝2E 0，T ＝T 0，P ＝2P 0

D ．

E ＝2E 0，T ＝1

2

T 0，P ＝4P 0

【试题出处】2011·长沙一中模拟

【试题12】一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图13所示．由图可知

( )

图13

A ．该交流电的电压瞬时值的表达式为u ＝100sin(25t ) V

B ．该交流电的频率为25 Hz

C ．该交流电的电压的有效值为100 2 V

D ．若将该交流电压加在阻值为R ＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W

解析：从图中可知，交流电周期T ＝4×10－2

s ，峰值电压U m ＝100 V ，故交流电的频率f ＝1T ＝25 Hz ，有效值U ＝U m 2

＝50 2 V ．加在R ＝100 Ω的电阻上时的热功率P ＝U

2

R ＝50 W ，瞬时值表达式u ＝U m sin 2π

T

t ＝100sin(50πt ) V ，故正确选项为B 、D.

答案：BD

【试题出处】2011·正定一中模拟

【试题13】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，产生的交流电动势的最大值为E m .设t ＝0时线圈平面与磁场平行，当线圈的匝数增加一倍，转速也增大一倍，其他条件不变时，交流电的电动势为

( )

A ．e ＝2E m sin2ωt

B ．e ＝4E m sin2ωt

C ．e ＝E m cos2ωt

D ．e ＝4

E m cos2ωt 【解析】产生电动势的最大值E m ＝NBSω ω＝2nπ；n 为转速

当N ′＝2N ；n ′＝2n 时，ω′＝2ω E m ′＝4E m ，

所以交流电的电动势的表达式为e ＝4E m cos2ωt .故选D. 【答案】D

【试题出处】2011·重庆一中模拟

【试题14】一中学生为发射的“神舟七号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图18所示．连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值．关于这个装置在“神舟七号”载人飞船发射、运行和回收过程中示数的判断正确的是

( )

图18

A ．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数仍为正

B ．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数为负

C ．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零

D ．飞船在圆轨道上运行时，电压表示数所对应的加速度大小应约为9.8 m/s 2

【解析】该装置在地面上静止时，kx ＝mg ，指针指在表盘中央的零刻度处；飞船在加速上升的过程中，kx >mg ，滑动头下移，此时，电压表的示数为正；飞船在竖直减速返回地面的过程中，加速度方向向上，此时电压表示数仍为正，故A 对B 错；飞船在圆轨道上运行时，飞船中的物体处于完全失重状态，a ＝g ，弹簧恢复原长，电压表示数不为零，故C 错D 对．

【答案】AD

【试题出处】2011·成都四中模拟

【试题15】某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9 kW ，输出电压为500 V ，输电线的总电阻为10 Ω，允许线路损耗的功率为输出功率的4%，求：

(1)村民和村办小企业需要220 V 电压时，所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？(不计变压器的损耗)

(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率是多少？ 【解析】建立如图14所示的远距离输电模型，要求变压器原、副线圈的匝数比，先要知道原、副线圈两端的电压之比．

图14

本题可以从线路上损耗的功率为突破口，先求出输电线上的电流I 线，再根据输出功率求出U 2，然后再求出U 3.

(1)由线路损耗的功率P 线＝I 2

线R 线可得

I 线＝P 线R 线＝9000×4%

10

A ＝6 A

又因为P 输出＝U 2I 线，所以

U 2＝P 输出I 线＝90006

V ＝1500 V

U 3＝U 2－I 线R 线＝(1500－6×10) V＝1440 V

根据理想变压器规律n 1n 2＝U 1U 2＝500 V 1500 V ＝1

3

，

n 3n 4＝U 3U 4＝1440 V 220 V ＝7211

所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1∶3和72∶11.

图15

(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图15所示)，

由P输出＝UI线′可得I线′＝P输出

U

＝

9000

500

A＝18 A

所以线路损耗的功率

P线＝I2线R线＝182×10 W＝3240 W

用户得到的电压U用户＝U－I线R线

＝(500－18×10) V＝320 V

用户得到的功率P用户＝P输出－P线

＝(9000－3240) W＝5760 W.

【答案】(1)1∶372∶11(2)320 V 5760 W

【试题出处】2011·石家庄一中模拟

【试题16】传感器有很多种，包括力学传感器、电学传感器等．它们在我们日常生活中的用途越来越大，越来越重要．某老师想制作一个电子控制电路，找到了一个旧传感器，如图16所示为检测该传感器的电路图．传感器上标有“3 V0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样，电流表的量程为0.6 A，电压表的量程为3 V.

图16

(1)根据传感器上的标注图16，计算该传感器的电阻和额定电流．

(2)若电路各元件均完好，检测时，为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？

(3)根据技术资料可知，如果传感器的电阻变化超过1 Ω，则该传感器就失去了作用．实际检测时，将一个电压恒定的电源加在图中a、b之间(该电源电压小于上述所求电压的最大值)，闭合开关S

电压表示数U/V 电流表示数I/A

第一次 1.480.16

第二次0.910.22 用？此时a、b间所加的电压是多少？

【试题出处】2011·山东实验中学模拟

【试题17】如图9所示，单匝矩形闭合导线框abcd 全部处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，线框面积为S ，电阻为R .线框绕与cd 边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I ＝__________.线框从中性面开始转过π

2

的过程中，通过导

线横截面的电荷量q ＝__________.

图9

【解析】电流的最大值I m ＝ωBS R ，电流的有效值I ＝I m 2

＝2ωBS

2R .穿过导体某横截面的电荷量Q ＝

ΔΦR ＝BS

R

. 【答案】2BSω2R BS

R

【试题出处】2011·洛阳一中模拟

【试题18】为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻R p 在不同照度下的阻值如下表：

照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18

①根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．

图10

②如图10所示，当1、2两端所加电压上升至2 V 时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)

提供的器材如下：

光敏电阻R p (符号，阻值见上表)； 直流电源E (电动势3 V ，内阻不计)；

定值电阻：R 1＝10 kΩ，R 2＝20 kΩ，R 3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)； 开关S 及导线若干．

【解析】①光敏电阻随光照度变化的曲线如图11甲所示，其特点是：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．

图11

②当光照度降至1.0(lx)时，光敏电阻的阻值为R P ＝20 kΩ，设计原理图如图11乙所示．根据欧姆定律与串联电阻的分压．

U 12R P ＝E －U 12R ，即 2 V 20 kΩ＝3 V －2 V R R ＝10 kΩ

即与R P 串联的电阻应选R 1＝10 kΩ.

【答案】①图象如图11甲所示 阻值随光照度的增大非线性减小 ②电路如图11乙所示

【试题出处】2011·海南一中模拟

【试题19】如图12所示，圆形线圈共100匝，半径为r ＝0.1 m ，在匀强磁场中绕过直

径的轴OO ′匀速转动，磁感应强度B ＝0.1 T ，角速度为ω＝300

π

rad/s ，电阻为R ＝10 Ω，

求：

图12

(1)线圈由图示位置转过90°时，线圈中的感应电流为多大？

(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图12所示，图示位置为t ＝0时刻)． 【解析】(1)当从图示位置转过90°时，线圈中有最大感应电流，E m ＝NBSω＝30 V ，则

I m ＝E m

R

＝3 A.

(2)由题意知：i ＝I m sin ωt ，

而I m ＝3 A ．ω＝300π rad/s ，所以：i ＝3sin 300

π

t A.

【答案】(1)3 A (2)i ＝3sin 300

π

t A

【试题出处】2011·广州模拟

【试题20】如图13所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮．电枢线圈绕在固定的U 形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦交变电流，给车头灯供电．已知自行车车轮半径r ＝35 cm ，摩擦小轮半径r 0＝1.00 cm ，线圈有n ＝800匝，线圈

框横截面积S ＝20 cm 2

，总电阻R 1＝40 Ω.旋转磁极的磁感应强度B ＝0.010 T ，车头灯电阻R 2＝10 Ω.当车轮转动的线速度ω＝8 rad/s 时求：

(1)发电机磁极转动的角速度． (2)车头灯中电流的有效值．

图13