2023年度高二物理期末复习单元检测 交变电流的产生和描述

第6页交变电流的产生和描述1．以下四幅交流电的图象能正确反映我国居民日常生活所用交流电的是()2．(多项选择)如下图，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的选项是()A．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5V3．将正弦交流电经过整流器处理后，得到的电流波形刚好去掉了半周，如下图，它的有效值是()A．2AB.eq\r(2)AC.eq\f(\r(2),2)AD．1A4．(多项选择)如图9所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动．匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为l1，ad边的边长为l2，线圈电阻为R，转动的角速度为ω，那么当线圈转至图示位置时()A．线圈中感应电流的方向为abcdaB．线圈中的感应电动势为2nBl2ωC．穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大D．线圈ad边所受安培力的大小为eq\f(n2B2l1leq\o\al(2,2)ω,R)5．(多项选择)如下图，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，那么()A．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＝eq\f(T,8)时，两导线框中产生的感应电动势相等D．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6．如下图，一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，转动周期为T0.线圈产生的电动势的最大值为Em，那么()A．线圈产生的电动势的有效值为eq\r(2)EmB．线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为eq\f(EmT0,2π)C．线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为EmD．经过2T0的时间，通过线圈电流的方向改变2次7．如图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示．以下判断正确的选项是()A．电流表的示数为10AB．线圈转动的角速度为50πrad/sC．0.01s时线圈平面与磁场方向平行D．0.02s时电阻R中电流的方向自右向左8．如图甲所示，一单匝圆形闭合导线框半径为r，线框电阻为R，连接一交流电流表(内阻不计)．线框内充满匀强磁场，该磁场磁感应强度B随时间按正弦规律变化，如图乙所示(规定向下为B的正方向)，那么以下说法正确的选项是()A．t＝0.005s时线框中的感应电流最大B．t＝0.01s时线框中感应电流方向从上往下看为顺时针方向C．t＝0.015s时电流表的示数为零D．0～0.02s内闭合导线框上产生的热量为eq\f(π4r4,R)9．电阻为1Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如下图．现把该交流电加在电阻为9Ω的电热丝上，那么以下说法中正确的选项是()A．线圈转动的角速度为31.4rad/sB．如果线圈转速提高1倍，电流不会改变C．电热丝两端的电压U＝100eq\r(2)VD．电热丝的发热功率P＝1800W10．如下图，矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表组成闭合电路．线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，转动的角速度ω＝100πrad/s.线圈的匝数N＝100匝，边长ab＝0.2m、ad＝0.4m，电阻不计．磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小B＝eq\f(\r(2),16π)T.电容器放电时间不计．以下说法正确的选项是()A．该线圈产生的交流电动势峰值为50VB．该线圈产生的交流电动势有效值为25eq\r(2)VC．电容器的耐压值至少为50VD．电容器的电容C变大时，电流表的示数变小11．如下图为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦式交变电流的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，那么现在电灯上电压的有效值为()A．Um B.eq\f(Um,\r(2))C.eq\f(Um,3) D.eq\f(Um,2)12．如下图的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界)，那么线框内产生的感应电流的有效值为()A.eq\f(BL2ω,2R) B.eq\f(\r(2)BL2ω,2R)C.eq\f(\r(2)BL2ω,4R) D.eq\f(BL2ω,4R)13．(多项选择)先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电，第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化(如图甲所示)；第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示．假设甲、乙图中的U0、T所表示的电压、周期值是相同的，那么以下说法正确的选项是()A．第一次，灯泡两端的电压有效值是eq\f(U0,\r(2))B．第二次，灯泡两端的电压有效值是eq\f(3U0,2)C．第一、第二次，灯泡的电功率之比是2∶9D．第一、第二次，灯泡的电功率之比是1∶514．(多项选择)传统的自行车发电机内部电路如图甲所示，驱动轴一端与自行车车轮相连，另一端连接条形永磁铁，车轮转动过程中，驱动轴带动磁铁在铁芯之间匀速转动，发电机线圈两端产生的交变电压波形如图乙所示．波形图中正负尖峰电压分别为Um和－Um.两个相邻正负尖峰电压所对应的时间差为Δt，发电机线圈匝数为n.以下判断正确的选项是()A．驱动轴转动的角速度ω＝eq\f(π,Δt)B．线圈电压的有效值U＝eq\f(\r(2)Um,2)C．穿过线圈磁通量变化率的最大值km＝eq\f(Um,n)D．相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值U＝eq\f(Um,2)参考答案1．【答案】C【解析】[我国居民日常生活所用交流电压的有效值为U有效＝220V，交流电的频率为f＝50Hz，所以交流电压的最大值为Um＝eq\r(2)U有效＝220eq\r(2)V≈311V，周期为T＝eq\f(1,f)＝0.02s＝2×10－2s，可见，只有选项C正确．此题答案为C.]2．【答案】BC【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错．读图得两次周期之比为2∶3，由转速n＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(1,T)得转速与周期成反比，故B正确．读图得a的最大值为10V，ω＝5πrad/s，由交流电感应电动势的瞬时值表达式e＝Emsinωt(V)(从线圈在中性面位置开始计时)得，u＝10sin5πt(V)，故C正确．交流电的最大值Em＝nBSω，所以根据两次转速的比值可得，交流电b的最大值为eq\f(2,3)×10V＝eq\f(20,3)V，故D错．]3．【答案】D【解析】[该交变电流通过定值电阻R后，在一个周期内产生的热量为Q＝eq\f(1,2)×(eq\f(Im,\r(2)))2RT＝I2RT，解得I＝1A，选项D正确．]4．【答案】CD【解析】[根据右手定那么，线圈中感应电流的方向为adcba，A错；当线圈转至图示位置时，线圈中感应电动势应为最大值Em＝nBl1l2ω，此时，穿过线圈磁通量随时间的变化率最大，B错，C对；线圈ad边所受安培力的大小F＝nBIl2＝nBeq\f(nBl1l2ω,R)l2＝eq\f(n2B2l1leq\o\al(2,2)ω,R)，D对．]5．【答案】BC【解析】[当线框进入磁场过程中，根据E＝eq\f(1,2)BR2ω可得，感应电动势恒定，感应电流恒定，不是正弦式交流电，A错误，C正确；当线框进入磁场时，根据楞次定律可得，两线框中的感应电流方向为逆时针，当线框穿出磁场时，根据楞次定律可得，线框中产生的感应电流为顺时针，所以感应电流的周期和线框运动周期相等，B正确；线框N在完全进入磁场后有eq\f(T,4)时间内穿过线框的磁通量不变化，没有感应电动势产生，即线框N在0～eq\f(T,4)和eq\f(3T,4)～T内有感应电动势，其余时间内没有；而线框M在整个过程中都有感应电动势，即便两导线框电阻相等，两者的电流有效值不会相同，D错误．]6．【答案】BC【解析】[由交变电流有效值和最大值的关系可知线圈产生的电动势的有效值为eq\f(\r(2),2)Em，选项A错误；由题意知线圈产生的电动势的最大值为Em＝BSω＝BSeq\f(2π,T0)，故线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值BS＝eq\f(EmT0,2π)，选项B正确；线圈转动过程中磁通量变化率的大小等于产生的感应电动势的大小，选项C正确；7.【答案】AC【解析】[电流表的示数为交变电流的有效值10A，A项正确；由ω＝eq\f(2π,T)可得，线圈转动的角速度为ω＝100πrad/s，B项错误；0.01s时，电路中电流最大，故该时刻通过线圈的磁通量最小，即该时刻线圈平面与磁场平行，C项正确；根据楞次定律可得，0.02s时电阻R中电流的方向自左向右，D项错误．]8.【答案】BD【解析】[t＝0.005s时，磁感应强度最大，磁通量最大，而E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，A错误；t＝0.01s时感应电流的方向与0.005～0.01s内电流方向相同，由楞次定律可知，感应电流的方向沿顺时针方向，B正确；t＝0.015s时的瞬时电流为零，但电流表的示数为有效值，不等于零，C错误；线框中产生的感应电动势的最大值Em＝BSω＝10π2r2，一个周期内产生的热量Q＝eq\f(E2,R)×0.02＝eq\f(\f(10π2r2,\r(2))2,R)×0.02＝eq\f(π4r4,R)，D正确．]9.【答案】D【解析】[由图可以看出该交变电流的周期T＝0.02s，那么线圈转动的角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s＝314rad/s，A错误；Em＝nBSω，转速提高1倍，电压的最大值变为原来的2倍，有效值、瞬时值都要发生变化，电流也会发生变化，B错误；电热丝两端的电压U＝eq\f(R,R＋r)E＝90eq\r(2)V，电热丝的发热功率P＝eq\f(U2,R)＝1800W，C错误，D正确．]10.【答案】B【解析】[该线圈产生的交流电动势峰值Em＝NBSω＝50eq\r(2)V，A项错误；因为该线圈产生的交流电不是完整的正弦式交流电，只有一半，所以根据有效值的定义得eq\f(E2,R)×eq\f(T,2)＝eq\f(E′2,R)T，E＝eq\f(Em,\r(2))，联立解得电动势有效值E′＝25eq\r(2)V，B项正确；电容器的耐压值至少为50eq\r(2)V，C项错误；电容器的电容C变大时，容抗变小，电容器的充放电电流增大，D项错误．]11.【答案】D【解析】[设电灯的阻值为R，正弦式交变电压的有效值与峰值的关系是U＝eq\f(Um,\r(2))，由于一个周期内半个周期有交变电压，一个周期内交变电流产生的热量为Q＝eq\f(\f(Um,\r(2))2,R)·eq\f(T,2)＝eq\f(Um2,2R)·eq\f(T,2)，设交变电压的有效值为U，由电流热效应得Q＝eq\f(Um2,2R)·eq\f(T,2)＝eq\f(U2,R)·T，所以该交变电压的有效值U＝eq\f(Um,2)，D正确．]12.【答案】D【解析】[线框进入磁场和穿出磁场产生的感应电动势均为E＝eq\f(1,2)BωL2，产生感应电动势的时间均为eq\f(T,8)，那么一个周期产生的电热Q＝(eq\f(BωL2,2R))2R×eq\f(T,8)×2＝I2RT，解得I＝eq\f(BL2ω,4R)，选D.]13.【答案】AD【解析】[第一次，灯泡两端电压的有效值为U1＝eq\f(U0,\r(2))，功率P1＝eq\f(U12,R)＝eq\f(U02,2R).第二次，设灯泡两端电压的有效值为U2，那么eq\f(2U02,R)eq\f(T,2)＋eq\f(－U02,R)eq\f(T,2)＝eq\f(U22,R)T，解得U2＝eq\r(\f(5,2))U0，功率P2＝eq\f(U22,R)＝eq\f(5U02,2R)，那么P1∶P2＝1∶5，故B、C错误，A、D正确．]14.【答案】AC【解析】[根据题述两个