高中物理教科版2本册总复习总复习 2023版重点强化卷2

重点强化卷(二)交变电流的产生和描述(建议用时：45分钟)一、选择题1．(多选)对交变电流及中性面的理解正确的是()A．交变电流是方向随时间做周期性变化的电流B．交变电流的大小一定随时间做周期性的变化C．当线圈平面位于中性面时，线圈平面与磁感线平行D．当线圈平面位于中性面时，线圈平面与磁感线垂直【解析】方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，交变电流的大小未必随时间做周期性的变化，所以选项A正确，选项B错误；中性面指的是与磁感线垂直的平面，故选项C错误，选项D正确．【答案】AD2．(多选)要使处于磁场中的闭合线圈产生正弦式交变电流，则需同时满足()【导学号：46042105】A．线圈处于匀强磁场中B．线圈的轴与匀强磁场的磁感线平行C．线圈的轴与匀强磁场的磁感线垂直D．线圈绕轴匀速转动【解析】磁场中的闭合线圈产生正弦式交变电流，则磁场需是匀强磁场、线圈的轴与磁感线垂直、线圈在磁场中绕轴匀速转动，故选项A、C、D正确，选项B错误．【答案】ACD3．交变电压的瞬时值为u＝Umsin100πtV，当t＝eq\f(1,600)s时，u＝5eq\r(2)V，则从交流电压表中看到的读数是()\r(2)V B．10eq\r(2)VC．5eq\r(2)V D．10V【解析】将t＝eq\f(1,600)s、u＝5eq\r(2)V代入u＝Umsin100πtV中，得Um＝10eq\r(2)V，则有效值为U＝10V，从交流电压表中看到的读数为交变电压的有效值，所以，读数为10V.【答案】D4．下列四个用电器接220V交流电，通电时间相同，其中消耗电能最多的是()【导学号：46042106】A．正常发光的额定功率为100W的灯泡B．正常电流峰值为0.6A的电熨斗C．每秒发热168J的电热器D．额定电流为0.5A的电烙铁【解析】灯泡P1＝100W，电熨斗P2＝220V×eq\f,\r(2))A＝W，电热器P3＝168W，电烙铁P4＝220V×0.5A＝110W，所以，通电时间相同时，功率大的消耗的电能就多，C对．【答案】C5．在图1所示电路中，A是熔断电流I0＝2A的保险丝，R是可变电阻．交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是e＝220eq\r(2)sin314tV．为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于()图1A．110eq\r(2)Ω B．110ΩC．220Ω D．220eq\r(2)Ω【解析】由e＝220eq\r(2)sin314tV可知，Em＝220eq\r(2)V，故E＝220V，又r＝0，故U＝220V，根据欧姆定律可得可变电阻的最小阻值为110Ω，选项B正确．【答案】B6．如图2所示是一交变电流的i­t图像，则该交变电流的有效值为()图2A．4A B．2eq\r(2)A\f(8,3)A \f(2\r(30),3)A【解析】取一个周期研究，前三分之一周期的有效值为2eq\r(2)A，后三分之二周期的有效值为4A，根据有效值的定义可得，I2RT＝(2eq\r(2)A)2Req\f(T,3)＋(4A)2Req\f(2T,3)，解得I＝eq\f(2\r(30),3)A，选项D正确．【答案】D7．(多选)将硬导线中间一段折成半圆形，使其半径为r(m)，让它在磁感应强度为B(T)、方向如图3所示的匀强磁场中绕轴MN匀速转动，转速为n(r/s)，导线在a，b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有阻值为R(Ω)的电阻，其余部分的电阻不计，则下列说法正确的是()【导学号：46042107】图3A．通过电阻R的电流恒为eq\f(Bnπ2r2,R)B．电阻R两端电压的最大值为Bnπ2r2C．半圆导线从图示位置转过180°的过程中，通过电阻R的电荷量为eq\f(Bπr2,R)D．电阻R上消耗的电功率为eq\f(Bnπ2r22,2R)【解析】因为线圈匀速转动，产生的是正弦式交变电流，故选项A错误；感应电动势的最大值Em＝BSω＝B·eq\f(πr2,2)·2πn＝Bnπ2r2，且电路中除电阻R外其余部分的电阻不计，所以Um＝Em＝Bnπ2r2，选项B正确；由U＝eq\f(Um,\r(2))和P＝eq\f(U2,R)可得P＝eq\f(Bnπ2r22,2R)，选项D正确；导线由题图所示位置转过180°时，通过半圆的磁通量由Φ＝BS＝B·eq\f(πr2,2)＝eq\f(Bπr2,2)变为－Φ，即ΔΦ＝Bπr2，由法拉第电磁感应定律可得eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,Δt)，又eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R)，所以导线由题图所示位置转过180°时通过电阻R的电荷量为q＝eq\x\to(I)Δt＝eq\f(\x\to(E),R)Δt＝eq\f(ΔΦ,RΔt)Δt＝eq\f(Bπr2,R)，选项C正确．【答案】BCD8．如图4甲所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如乙图所示．此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为()【导学号：46042108】甲乙图4A．110V B．156VC．220V D．311V【解析】交流电压表测量的是交流电压的有效值．题图乙所示波形为正弦交变电流在时间轴上方的部分．取一个周期T的时间，根据有效值的定义有：eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(311,\r(2))))eq\s\up20(2),R)·eq\f(T,2)＝eq\f(u2,R)·T，所以u＝156V．选B.【答案】B9．正弦交流电的电压随时间变化的规律如图5所示．由图可知()图5A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin(25t)VB．该交流电的电压的有效值为100VC．该交流电的方向每秒钟改变25次D．该交流电加在击穿电压为110V的电容器两端，电容器不会被击穿【解析】由图可知T＝4×10－2s，故f＝eq\f(1,T)＝25Hz，ω＝2πf＝50πrad/s，所以其表达式为u＝100eq\r(2)sin50πtV，故A错误；由图像可知交流电的最大值为100eq\r(2)V，因此其有效值为eq\f(100\r(2),\r(2))V＝100V，故B正确；因为一个周期内电流方向改变两次，所以交流电的方向每秒钟改变50次，故C错误；由图像可知交流电的最大值为100eq\r(2)V，电容器要能正常工作，其击穿电压必须大于100eq\r(2)V，故D错误．【答案】B10．如图6所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看做零，反向电阻可看做无穷大)，在A、B间加一正弦交流电压u＝20eq\r(2)sin100πtV，则加在R2上的电压有效值为()图6A．10V B．20VC．15V D．5eq\r(10)V【解析】由u＝20eq\r(2)sin100πtV可知，电压的有效值为20V．在一个周期T内，当二极管导通eq\f(T,2)时，R2上的电压有效值为U1＝20V；当二极管不导通eq\f(T,2)时，R2上的电压有效值为U2＝10V．根据有效值的概念可得eq\f(U2,R)·T＝eq\f(U\o\al(2,1),R)·eq\f(T,2)＋eq\f(U\o\al(2,2),R)·eq\f(T,2)，解得U＝5eq\r(10)V，选项D正确．【答案】D二、非选择题11.如图7所示，矩形线框的匝数N＝250匝，ab＝12cm，ad＝10cm，线框置于B＝eq\f(2,π)T的匀强磁场中并绕垂直于磁场的轴以120r/min匀速转动．线框通过滑环与外电路相连，外电路接有R＝12Ω的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为12V的氖泡L.求：【导学号：46042109】图7(1)当K接e时，电流表的读数为多少？R的热功率为多大？10min内外力对线框做的功为多少？(2)当K接f时，氖泡闪光的频率为多大？通电10min，氖泡发光的总时间为多少？(线框电阻不计)【解析】(1)当K接e时，电流表的读数为I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\f(NBSω,\r(2)R)＝eq\f(250×\f(2,π)×××4π,\r(2)×12)A＝eq\r(2)A≈1.4AR的热功率P＝I2R＝(eq\r(2))2×12W＝24W外力做的功都转化为R上的热量，故W＝Pt＝24×10×60J＝×104J.(2)当K接f时，取从中性面开始计时，产生的感应电动势为E＝NBSωsinωt＝24sin4πt根据正弦曲线的变化规律，可知在交变电流的一个周期T内，氖泡发光2次，每次发光的时间为eq\f(T,3).由于T＝eq\f(1,2)s，故氖泡闪光的频率为4次．通电10min，氖泡发光的总时间为t＝10×60×(4×eq\f(1,3)×eq\f(1,2))s＝400s.【答案】(1)1.4A24W×104J(2)4次400s12．如图8甲，电阻为R＝2Ω的金属线圈与一平行粗糙轨道相连并固定在水平面内，轨道间距为d＝0.5m，虚线右侧存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B1＝T，磁场内外分别静置垂直于导轨的金属棒P和Q，其质量m1＝m2＝0.02kg，电阻R1＝R2＝2Ω.t＝0时起对左侧圆形线圈区域施加一个垂直于纸面的交变磁场B2，使得线圈中产生如图乙所示的正弦交变电流(从M端流出时为电流正方向)，整个过程两根金属棒都没有滑动，不考虑P和Q电流的磁场以及导轨电阻．重力加速度g取10m/s2.甲乙图8(1)若第1s内线圈区域的磁场B2正在减弱，则其方向应是垂直纸面向里还是向外？(2)假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，金属棒与导轨间的滑动摩擦因数至少应是多少？(3)求前4s内回路产生的总焦耳热．【解析】(1)第1s内线圈区域的磁场B2正在减弱，由图乙知：线圈中电流方向沿顺时针方向，根据楞次定律判断得知，磁场B2的方向垂直纸面向里．(2)由图乙知，线圈中