专题34+交变电流、描述交变电流的物理量精练-高考物理双基突破二+版含解析

1、专题三十加会变电诜，擢始委爱电凝扬草矍/祜殊J1 .如图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴。匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与R=10的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10V。图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象，则甲乙A.电阻R上的电功率为20WB. t=0.02s时，R两端的电压瞬时值为零C. R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1cos100tVD.通过R的电流i随时间t变化的规律是i=14.1cos50tA【解析】电阻&上的电功率为P=-=10W7选项A错误；由题图Z知片

2、0.02裳时磁通量变化率最大,A火两端电压瞬时值为最大值=<2£-14.1V,选项E错误$线圈从垂直于中性面开始转动，尺两端的电压甘随时间变化的规律是m=14.1coSlOtoV,选项C正确3通过员的电流j随时间r变化的规律是i=l4lcoslOOn/Aj选项D错误。2.（多选）如图，甲、乙为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压波形是正弦函数图象的一部分。下列说法正确的是It/V一汽工耳%5机”皿次川）.LWJ*.JLW1.A.图甲、图乙均表示交变电流B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=20sin100t4V）C.图乙所示电压的有效值为20VD.图乙

3、所示电压的有效值为10V【答案】ABD【解析】根据交变电流的定义，题图甲、题图乙均表示交变电流，选项A正确；题图甲中电压的最大值为Um=20V,周期为0.02s,则电压的瞬时值表达式为u=Umsin争=20sin100t/V),选项B正确；2022TU2根据有效值的定义有&/k=T,解得题图乙中电压的有效值为U=10V,选项C错误，D正确。R2R3.一交流电压为u=1002sin100tV,由此表达式可知A.用电压表测该电压其示数为50VB.该交流电压的周期为0.02sC.将该电压加在“100V100W”的灯泡两端，灯泡的实际功率小于100W1D.t=400s时，该交流电压的瞬时值为5

4、0V【答案】B【解析】电压有效值为100V,故用电压表测该电压耳示数为100V,A项错误j=10071rad's,则周期E项正确予该电压加在qoov100W-的灯泡两端，灯泡恰好正常工作，C项错3片焉5代入瞬时值表达式得电压的瞬时值为100%D项错。4.一个小型电热器若接在输出电压为10V的直流电源上，消耗电功率为P;若把它接在某个正弦式交P流电源上，其消耗的电功率为2.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.5VB.5mVC.10VD.10吸V【答案】C【解析】根据p=u-,对直流电有p=a0V-,对正弦式交流电有p=(，所以正弦式交流电的有效值RR2R为U'

5、=、/PR=12V,故交流电源输出电压的最大值Um'=2U=10V,故选项C正确，选项A、B、D错误。7 .一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时，以下说法错误的是A.线圈中的感应电动势为零8 .线圈平面与磁感线方向垂直C.通过线圈的磁通量达到最大值D.通过线圈的磁通量变化率达到最大值【答案】D【解析】在中性面时，线圈与磁场垂直，磁通量最大.通过线圈的磁通量变化率为零，感应电动势为零，故A、B、C正确，D错误。8.（多选）交变电动势瞬时值表达式e=10V2sin4tV,下列说法正确的是A.此交变电流的频率是47tHzB.该交变电流的周期是0.5sC.当t=

6、0时，产生此交变电流的线圈与中性面重合D.当t=0.5s时，此交变电动势有最大值【答案】BC【解析】由表达式可知3=4e&s=2崂户2H小故选嗔A错误上由片上05s,可知选项B正确j当。时，由户1附S由4忒V=0可知此时线圈与中性面重合,故选项C正确？当0"时，由3=105Sifl4mv=o可知交变电动势最小，故选项D错误口9 .标有“220V100W”的一灯泡接在u=311sin314tV的正弦交变电流上，则A.产生该交变电流的发电机转速为每分钟50转B.与该灯泡串联的理想电流表读数为0.64AC.与该灯泡并联的理想电压表读数为311VD.通过该灯泡的电流i=0.64sin

7、314tA【答案】D【解析】灯泡接在u=311sin314tV的正弦交变电流上，w=314rad/s,由3=2m知产生该交变电流的发电机转速为每秒50转，故A错误；由交变电流u=311sin314tV可知，电压的最大值Um=311V,有效值U=222Um220V可以使“220V100W”的灯泡正常发光，电流表的示数1=5=0.45,故B错误；与灯泡并联的理想电压表读数为220V,故C错误；通过灯泡的最大电流为Im=M2I=0.64A因此通过该灯泡的电流i=0.64sin314tA,故D正确。10 .一交流电压为u=1002sin（100击）V,由此表达式可知A.用电压表测该电压，其示数为50V

8、B.该交流电压的周期为0.02sC.将该电压加在“100V100W”的灯泡两端，灯泡的实际功率小于100W1D.t=400s时，该交流电压的瞬时值为50V【解析】电压有效值为100V,故用电压表测该电压，其示数为100v,A项错误J5=10断值出力则周期片§=。，02sjB项正确孑该电压加在“10。V100W-的灯泡两端，灯泡恰好正常工作，实际功率等于100W,c项错误y将右余s代入瞬时值表达式得电压的瞬时值为100V,D项错误°十UU11 .（多选）一只闭合的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的变化图象如图，则下列说法正确的是A. t=

9、0时刻线圈平面与中性面重合B. t=0.1s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大C. t=0.2s时刻，线圈中有最大感应电动势D.若转动周期减小一半，则最大感应电动势也减小一半【答案】AB【解析】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，若以线圈通过中性面时为计时起点，感应电动势瞬时值表达式为e=Emsincot,由题图可知=mcoscot当最大时，蓍=。，即e=。，线圈平面与中性面重合；当=0时，号为最大，即e=Em,所以A、B正确，C错误；由Em=NBSo可知，周期减半时角速度增大一倍，则最大感应电动势就增大一倍，故D错误。12 .（多选）如图甲所示，一台线圈内阻为2的小型发电机外

10、接一只电阻为10的灯泡，发电机内匀强磁场的磁感应强度为亚T,线圈的面积为0.01m2,发电机正常工作时灯泡的电流i随时间t变化的正弦规律图象如图乙所示。下列说法正确的是A. t=0.05s时，穿过线圈的磁通量为零B. t=0.05s时，理想交流电压表的示数为30VC.发电机内线圈的匝数为240D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为【答案】AB【解析】由题图乙可知£=在05s时j发电机的输出电流为最大值，此时线圈平面与卬性面垂直，弃过线圈的磁通量为零，A项正确.由题图乙可知电流的有效值1=3A,理想交流电压表的示数E；=出二3乂10V=30V,B项正确.电流最大值为35A,则发电机产生

11、的感应电动势的最大值届二5+R占=（20+10。）k3sA=3附V,又氏=郝人其中8二?T,50.01*©=y=l（hcrad/s,解得月=360匝,C项错误.2=31x2x11=18；,D项错误。13.如图，N匝矩形导线框以角速度3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A.从图示时刻起，线框产生的瞬时电动势为e=NBcoSsincotB.电流表的示数I=乌9NBS4RC. R两端电压的有效值U=2nBS2D. 一个周期内R上产生的热量Q=0R【答案】B【解析】线框中产生感应电动势的最大值从图示时刻起，线框产生的

12、瞬时电动势为e=券与汨3，A错误。五两端电压的有效值为乙匕卷=当当仍S,电流表示数田&故C错误一B正确。一个周期（X分内火上产生的热量。=管一型晋二D错误。14.（多选）如图，M为半圆形导线框，圆心为Om；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为On；两导线框在同一竖直面（纸面）内；两圆弧半径相等；过直线OmOn的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面.现使线框M、N在t=0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过Om和On的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则MXMXXXXXXKXXXXA.两导线框中均会产生正弦交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在t=T时，两导线框中产生的

13、感应电动势相等8D.两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等【答案】BC【解析】两导线框进入磁场过程中，匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变，选项A错误；导线框的转动周期为T,则感应电流的周期也为T,选项B正确；在t=T时，切割磁感线的有效长度相同，8两导线框中产生的感应电动势相等，选项C正确；在一个周期内，M导线框中一直有感应电流，N导线框中只有一半时间内有感应电流，所以两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值不相等，选项D错误。15.（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a所示，当调整线圈转速后，电动势的变化

14、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2:3C.在图线a和b中，t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零【答案】AD【解析】£皿二150V=电210al门n己&匕二50k得步卬二一故A正确jTbJ.点U-U*r7T=0-045：0.06s=2：3T=*所以如：阳=3：，故B错误j1=0时，穿过线圈的磁通量最大，故C错误:心=%$=00%母尸泮啜mds所以g=100sm竽g故D正确。D.图线b电动势的瞬时值表达式为e=100sin旭/V316 .（多选）如图的正方形线框abcd边长为L,每边电阻均为r,

15、在磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度3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A. S断开时，电压表读数为rBcoL2B. S断开时，电压表读数为82BcoL2C. S闭合时，电流表读数为需BcoL2D. S闭合时，线框从图示位置转过科程中流过电流表的电荷量为BL2"77【答案】BD【解析】电路中产生的感应电动势的最大值为电压表读数为Ucd=rxr=2BcoL2,A选项错误,4r8Emax=BL2以有效值为E=£=乎BL23；当S断开时，B选项正确；S闭合时，电压表的读数为Ucd=I>2=E3r+2xr=|=12BL2以电流表t实数

16、为空3，C选项错误；S闭合时，线框从图示位置转过寸寸程中流过电流表的电何量为q=E-R12-及IAt=3r+2A一7rBL27r，D选项正确。17 .（多选）如图所示，某电路上接有保险丝、交流电压表、220V900W的电饭锅及220V200W”的抽油烟机。现接入u=311sin100tV的交流电，下列说法正确的是A.交流电压表的示数为311V8 .1s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5A【答案】BD【解析】由出=311皿100的知J电压最大值mil¥，户寸七二50血”内电流方向改变100次

17、，有效值为L已定二220V,故选项A错误,B正确.电饭锅的功率为抽油烟机功率的4一5倍，但抽油烟机不是纯电阻元件，其热功率小于200W,故选项C是错误的/电路正常工作时的总功率P=1100W,有二号喈A=5A，故选项D正确“18 .某研究性学习小组进行地磁发电实验，匝数为n、面积为S的矩形金属线框可绕东西方向的水平轴转动，金属线框与微电流传感器组成一个回路，回路的总电阻为Ro使线框绕轴以角速度3匀速转动，数字实验系统实时显示回路中的电流i随时间t变化的关系，如图所示。当线圈平面和竖直方向的夹角为。时,(1)该处地磁场的磁感应强度大小B及地磁场方向与水平面间的夹角a；(2)线框转动一周时间内回路

18、中产生的焦耳热Q;(3)线框转动时穿过线框的磁能量变化率的最大值(号)m；线框从磁通量变化率最大位置开始转过60。的过程中，通过导线的电荷量q。【答案】(1)90(2)业建(3)擀2co2co【解析】(1)线框轮动时产生感应电动势的最大值£皿二海5后由闭合电路欧姆定律得解得8=增感应电动势最大时地磁场方向平行于线圈平面，此时线圈平面和竖直方向的夹角为公因止地磁场方向与水平面间的夹角a-e(2)感应电流的有效值I=；2im由焦耳定律有q=i2rt,解得Q=m旦。(3)由法拉第电磁感应定律有Em=n()m解得(普)m=ImR在此过程线框产生感应电动势的平均值"E=n?其中4虫=

19、BSsin60E通过导线的电荷量q=-.R解得4=铲。2w19.如图甲所示，一固定的矩形导线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n=100匝，电阻r=1.0Q,所围成矩形的面积S=0.040m2,小灯泡的电阻R=9.0Q磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e=nBmS2pco阜V,其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期。忽略灯丝电阻随温度的变化，求：(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0J时间内，通过小灯泡的电荷量。4【答案】(1)8.0V(2)2.88W(3)4.0>103C【解析】(1)由图乙知，磁场变化的周期为片4$=1.0x10工T,所以线圈中感应电动势的最大值为£皿=%萼=40V<2)根据欧姆定律电路中电流的最大值为及=2=0£04通过小灯泡电流的有效值为，=金=0.40近A故小灯泡消耗的电功率为尸=后?=2用EW(3)在磁感应强度变化的0t时间内，线圈中感应电动势的平均值通过灯泡的平均电流I=一匚=nSABR+r(R+r)At通过灯泡的电荷量Q=IAt=nS也=nS(l3m_8=4.0M0-3cR+rR+r情感语录