高考物理一轮复习课时作业【2018-2019交变电流的产生和描述(含答案)

开卷速查规范特训课时作业实效精练开卷速查(三十四) 交变电流的产生和描述A组基础巩固1．(多选题)如图34－1所示，矩形线框置于竖直向下的磁场中，通过导线与灵敏电流表相连，图34－1线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，图中线框平面处于竖直面内，下述说法正确的是( ) A．因为线框中产生的是交变电流，所以电流表示数始终为零B．线框通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量最大C．线框通过图中位置瞬间，通过电流表的电流瞬时值最大D．若使线框转动的角速度增大一倍，那么通过电流表电流的有效值也增大一倍解析：本题考查电磁感应现象，基础题．线框在匀强磁场中匀速转动时，在中性面即线框与磁感线垂直时，磁通量最大，感应电动势最小，而在题中图示位置线框与磁感线平行时，磁通量最小，感应电动势最大，A、B错，C对；电流的有效值I＝nBSω2R，由表达式分析可知，角速度增大一倍后，电流也增大一倍，D正确．答案：CD图34－22．如图34－2所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合．线圈按图示方向匀速转动．若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a 为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图象是图34－3中的( )A B C D图34－3解析：t ＝0时线圈磁通量最大，磁通量的变化率最小，所以感应电动势、感应电流最小．根据楞次定律可以判断，t ＝0时刻开始线圈中磁通量变小，产生的感应电流i 为负向，电流变大，C 、D 不正确．经过1/4周期后，dc 切割磁感线，电流方向为负，电路中有持续负方向的电流，B 不正确．综上所述，应选择A.答案：A3．某交流电压为u ＝62sin314t V ，则以下说法正确的是( )①用此交流电作打点计时器的电源时，打点周期为0.02 s ；②把额定电压为6 V 的小灯泡接到此电源上，小灯泡正常发光；③把额定电压为6 V 的小灯泡接到此电源上，小灯泡将被烧毁；④耐压6 V 的电容器不能直接用在此电源上A ．①②B ．①③C ．①④D ．①②④解析：据2π/T ＝ω＝314 rad/s ，可知此交流电的周期为T ＝0.02 s ，小灯泡的额定电压指的是交流电压的有效值，而电容器的耐压值指的是交流电压的最大值．答案：D4．一根电阻丝接入100 V 的恒定电流电路中，在1 min 内产生的热量为Q ，同样的电阻丝接入正弦式交变电流的电路中，在2 min 内产生的热量也为Q ，则该交变电压的峰值是( )A ．141.4 VB ．100 VC ．70.7 VD ．50 V解析：由有效值定义得U 2R ·t＝U 2有R ·2t，得U 有＝22U ，U 峰＝2U 有＝2·22U ＝U ， U ＝100 V 时，B 对，A 、C 、D 错． 答案：B甲 乙图34－45．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图34－4甲所示，产生的交变电动势的图象如图34－4乙所示，则( )A ．t ＝0.005 s 时线框的磁通量变化率为零B ．t ＝0.01 s 时线框平面与中性面重合C ．线框产生的交变电动势有效值为311 VD ．线框产生的交变电动势频率为100 Hz解析：本题考查正弦交流电的图象，意在考查考生根据正弦交流电的图象获取交流电特征信息的能力．t ＝0.005 s 时感应电动势最大，线框的磁通量变化率也最大，A 错误．t ＝0.01 s 时感应电动势为零，穿过线框磁通量最大，线框平面与中性面重合，B 正确．感应电动势的最大值为311 V ，有效值则为3112V ，C 错误．所产生电动势的周期为0.02 s ，频率等于周期的倒数，为50 Hz ，D 错误．答案：B6．(多选题)[2018·宝鸡质检]如图34－5所示，图线a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦式交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生的正弦式交流电的图象如图线b 所示，以下关于这两个正弦式交流电的说法正确的是( )图34－5A ．在图中t ＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B ．线圈先后两次转速之比为3∶2C ．交流电a 的瞬时值表达式为u ＝10sin5πt(V)D ．交流电b 的最大值为5 V解析：t ＝0时刻穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故电压为零，A 项错．读图得两次周期之比为2∶3，由角速度ω＝2πT 得角速度与周期成反比，故B 项正确．读图得a 的最大值为10 V ，ω＝5π，由交流电感应电动势瞬时值表达式e ＝E m sin ωt(V)(从中性面开始计时)得，u ＝10sin5πt(V)，故C 项正确．交流电的最大值E m ＝nBS ω.所以根据两次角速度ω的比值可得，交流电b 的最大值为23×10 V＝203V ，故D 项错．答案：BC图34－67．(多选题)如图34－6所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，当两板间加上如图34－7所示的交变电压后，能使电子有可能做往返运动的电压是( )A BC D图34－7解析：由A 图象可知，电子先做加速度减小的加速运动，14T 时刻速度最大，由14T 到12T 做加速度增大的减速运动，12T 时刻速度为零．从12T 到34T 电子反向做加速度减小的加速运动，34T 时刻速度最大，由34T 到T 做加速度增大的减速运动，T 时刻速度为零，回到原位置，即电子能做往复运动．同样的方法可得B 、C 也对．答案：ABCB 组 能力提升8．(多选题)[2018·江苏省苏北三市调研]如图34－8所示电路中，电源电压u ＝311sin100πt(V)，A 、B 间接有“220 V,440 W”的电暖宝、“220 V,220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝．下列说法正确的是( )图34－8A ．交流电压表的示数为311 VB ．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3 AC ．电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍D ．1 min 抽油烟机消耗的电能为1.32×104J解析：交流电压表的示数表示有效值，即为220 V ，选项A 错误；电路正常工作时，干路电流I ＝440220 A ＋220220A ＝3 A ，显然，选项B 正确；电暖宝几乎将电能全部转化为热能，而抽油烟机主要将电能转化为机械能，显然，电暖宝发热功率远大于抽油烟机发热功率的2倍，选项C 错误；1 min 抽油烟机消耗的电能为W ＝Pt ＝220 W×60 s ＝1.32×104J ，选项D 正确．答案：BD图34－99．(多选题)图34－9所示为交变电流产生的示意图，在磁感应强度为B 的匀强磁场中线圈绕OO′轴以角速度ω匀速转动，线圈匝数为N ，线圈总电阻为r ，线圈面积为S ，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＝NBSB ．平均感应电动势E ＝2NBS ωπC ．电阻R 产生的焦耳热Q ＝ω22RD ．电阻R 产生的焦耳热Q ＝ωR π·2＋2解析：穿过某个面的磁通量与线圈匝数无关，线圈在题设的条件下，其磁通量的变化量ΔΦ＝BS ，选项A 错；线圈转过90°的时间Δt ＝T 4＝π2ω，所以平均电动势E ＝N ΔΦΔt ＝N BS π2ω＝2NBS ωπ，选项B 正确；线圈产生的感应电动势的有效值为E ＝E max 2＝NBS ω2.回路中电流的有效值为I ＝E R ＋r ＝NBS ω2＋.所以，电阻R 上产生的热量为Q ＝I 2Rt ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R ＋r 2R T 4＝N 2B 2S 2ωR π＋2.选项D 正确，答案为B 、D. 答案：BD10．[2018·北京卷]一个小型电热器若接在输出电压为10 V 的直流电源上，消耗电功率为P ；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为P2.如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为( )A ．5 VB ．5 2 VC ．10 VD ．10 2 V解析：设该电热器的电阻为R ，题中正弦交流电源输出电压的有效值为U ，则P 2＝U2R ；加直流电时，P ＝2R；又由最大值U m ＝2U ，可解出U m ＝10 V ．故选项C 正确．答案：C11．[2018·安徽卷]图34－10甲是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B 的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd 可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动，由线圈引出的导线ae 和df 分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R 形成闭合电路．图34－10乙是线圈的主视图，导线ab 和cd 分别用它们的横截面来表示．已知ab 长度为L 1，bc 长度为L 2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动．(只考虑单匝线圈)甲 乙 丙图34－10(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t 时刻整个线圈中的感应电动势e 1的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t 时刻整个线圈中的感应电动势e 2的表达式；(3)若线圈电阻为r ，求线圈每转动一周电阻R 上产生的焦耳热．(其他电阻均不计)图34－11解析：(1)矩形线圈abcd 转动过程中，只有ab 和cd 切割磁感线，设ab 和cd 的转动速度为v ，则 v ＝ω·L 22①在t 时刻，导线ab 和cd 因切割磁感线而产生的感应电动势均为 E 1＝BL 1v ⊥ ②由图可知v ⊥＝vsin ωt ③ 则整个线圈的感应电动势为 e 1＝2E 1＝BL 1L 2ωsin ωt ④(2)当线圈由题图(c)位置开始运动时，在t 时刻整个线圈的感应电动势为 e 2＝BL 1L 2ωsin(ωt ＋φ0) ⑤ (3)由闭合电路欧姆定律可知 I ＝ER ＋r⑥ 这里E 为线圈产生的电动势的有效值 E ＝E m2＝BL 1L 2ω2⑦ 则线圈转动一周在R 上产生的焦耳热为 Q R ＝I 2RT ⑧ 其中T ＝2πω⑨于是Q R ＝πR ω⎝ ⎛⎭⎪⎫BL 1L 2R ＋r 2.答案：(1)e 1＝BL 1L 2ωsin ωt (2)e 2＝BL 1L 2ωsin(ωt ＋φ0)(3)πR ω⎝ ⎛⎭⎪⎫BL 1L 2R ＋r 212．某电压u ＝1202sin ωt V 、频率为50 Hz 的交变电流，把它加在激发电压和熄灭电压均为u 0＝60 2 V 的霓虹灯的两端，求在1 h 内，霓虹灯发光时间有多长．试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象．解析：如图34－12所示，画出一个周期内交变电流的u －t 图象，其中阴影部分对应的时间t 1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t 1.图34－12当u ＝u 0＝60 2 V 时， 由u ＝1202·sin ωt V 求得： t 1＝1600s ，再由对称性得一个周期内能发光的时间 t ＝T －4t 1＝⎝ ⎛⎭⎪⎫150－4×1600 s ＝175 s.再由比例关系求得1 h 内霓虹灯发光的时间t′＝⎝ ⎛⎭⎪⎫3 6000.02×175 s ＝2 400 s.很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间间隔只有1300 s(如图中t 2时刻到t 3时刻)，由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为110 s ，远大于1300s ，因此经过灯光刺激的人眼不会对短暂的熄灭而有所感觉．答案：2 400 s 分析见解析13．如图34－13甲所示，在两根水平放置的平行金属导轨两端各接一只R ＝1 Ω的电阻，导轨间距L ＝0.2 m ，导轨的电阻忽略不计，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B ＝0.8 T ．一根电阻r ＝0.3 Ω的导体棒ab 置于导轨上，且始终与导轨保持良好接触．若导体棒沿平行于导轨的方向在PQ 和MN 之间运动，其速度图象如图34－13乙所示．求：图34－13(1)导体棒产生的感应电动势的瞬时值表达式； (2)整个电路在1 min 内产生的热量．解析：(1)由速度图象可得，某时刻导体棒做简谐运动的速度表达式v t ＝10sin10πt m/s. 导体棒产生的感应电动势的瞬时值表达式 e ＝BLv t ＝1.6sin10πt V.(2)感应电动势的最大值为E max ＝10BL ＝1.6 V ， 感应电动势的有效值为E ＝E max /2， 回路中的总电阻为R′＝r ＋R/2＝0.8 Ω， 回路中的电流I ＝E/R′＝E max2＋＝ 2 A.整个电路在1 min 内产生的热量为Q ＝I 2R′t＝96 J. 答案：(1)e ＝1.6sin10πt V (2)96 JC 组 难点突破14．如图34－14所示电路，电阻R 1与电阻R 2阻值相同，都为R ，和R 1并联的D 为理想二极管图34－14(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)，在A 、B 间加一正弦交流电u ＝202sin 100πt V ，则加在R 2上的电压有效值为( )A ．10 VB ．20 VC ．15 VD ．510 V解析：由有效值定义，102R 2·T 2＋202R 2·T 2＝U2R 2T ，解得U ＝510V ，选D.答案：D。