高考物理一轮复习课时练习 第13章第1练　交变电流的产生和描述（含详解）

1.(多选)一矩形金属线圈，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，下列说法中正确的是()A．此交流电的频率为10HzB．此感应电动势的有效值为eq\r(2)VC．t＝0.1s时，线圈平面与磁场方向垂直D．在线圈平面与磁场方向成30°时，感应电动势的大小为1V2.(2022·广东卷·4)如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是()A．两线圈产生的电动势的有效值相等B．两线圈产生的交变电流频率相等C．两线圈产生的电动势同时达到最大值D．两电阻消耗的电功率相等3．一只低压电源输出的交变电压为U＝10eq\r(2)sin314t(V)，π取3.14，以下说法正确的是()A．这只电源可以使“10V2W”的灯泡正常发光B．这只电源的交变电压的周期是314sC．这只电源在t＝0.01s时输出的电压达到最大值D．击穿电压为10V的电容器可以直接接在这只电源上4．(多选)在同一匀强磁场中，两个相同的矩形金属线圈a、b分别绕线圈平面内与磁场垂直的轴匀速转动，产生的感应电动势随时间变化的图像如图所示，则()A．线圈a的转速是b的3倍B．线圈b产生的感应电动势最大值为10VC．t＝0.01s时，线圈a恰好经过中性面D．t＝0.03s时，线圈b恰好经过中性面5.(多选)某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则()A．电感线圈L1的作用是通高频B．电容器C2的作用是通高频C．扬声器甲用于输出高频成分D．扬声器乙用于输出高频成分6.某研究小组成员设计了一个如图所示的电路，已知纯电阻R的阻值不随温度变化。与R并联的是一个理想的交流电压表，D是理想二极管(它的导电特点是正向电阻为零，反向电阻为无穷大)。在A、B间加一交流电压，其瞬时值的表达式为u＝20eq\r(2)sin100πt(V)，则交流电压表的示数为()A．10VB．20VC．15VD．14.1V7．在图乙的电路中，通入如图甲所示的交变电流，此交变电流的每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定。电阻R的阻值为12Ω，电表均为理想电表，下列说法正确的是()A．电压表的示数为6eq\r(2)VB．该交变电流的电压有效值为4eq\r(3)VC．电阻R一个周期内产生的热量为12JD．电流表的示数为0.5A8.(2023·江苏淮安市二模)如图所示，KLMN是一个竖直的单匝矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R，MN边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度ω匀速转动，转动方向为俯视时顺时针。在t＝0时刻，MN边与磁场方向的夹角为30°。则下列判断正确的是()A．从图示位置开始，转动30°的过程中，穿过线框的磁通量的变化率逐渐减小B．从图示位置开始，转动60°的过程中，导线框中电流方向由KLMNK变为KNMLKC．在t＝0时刻，导线框中感应电动势的瞬时值为eq\f(1,2)BSωD．从图示位置开始，转动180°的过程中导线框中产生的焦耳热为eq\f(B2S2ωπ,2R)9.(多选)(2024·浙江省模拟)如图甲所示为一台小型发电机构造示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，单匝线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间按正弦规律变化，其e－t图像如图乙所示。发电机线圈内阻为1Ω，外接灯泡的电阻为9Ω。电压表为理想电压表，则()A．线圈的转速n＝240r/minB．电压表的示数为10eq\r(2)VC．t＝0.125s时，穿过线圈的磁通量最大D．0～0.125s的时间内，通过灯泡的电荷量为eq\f(1,2π)C10.(多选)(2023·广东省肇庆中学模拟)电阻为1Ω的单匝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像如图所示，现把交变电流加在电阻为9Ω的电热丝上，下列说法正确的是()A．线圈转动的角速度为100rad/sB．在0～0.005s时间内，通过电热丝的电荷量为eq\f(1,5π)CC．电热丝两端的电压为180VD．电热丝的发热功率为1800W11.(多选)(2023·湖南卷·9)某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动(皮带不打滑)，半径之比为4∶1，小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形，共n匝，总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡。假设发电时灯泡能发光且在额定电压以内工作，下列说法正确的是()A．线圈转动的角速度为4ωB．灯泡两端电压有效值为3eq\r(2)nBL2ωC．若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈，则灯泡两端电压有效值为eq\f(4\r(2)nBL2ω,3)D．若仅将小轮半径变为原来的两倍，则灯泡变得更亮12．如图为某同学设计的一种发电装置。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为eq\f(4,9)π，磁场均沿半径方向。N匝矩形线圈abcd的边长ab＝cd＝L、bc＝ad＝2L。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。则()A．矩形线圈每转动一周，电流方向改变一次B．从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式e＝2NBL2ωsinωtC．线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F＝eq\f(4NB2L3ω,r＋R)D．外接电阻上电流的有效值I＝eq\f(4NBL2ω,3r＋R)第1练交变电流的产生和描述1．BC[由题图知周期T＝0.2s，所以频率f＝eq\f(1,T)＝5Hz，A错误；由题图可知，感应电动势的最大值为2V，则有效值为E＝eq\f(2,\r(2))V＝eq\r(2)V，故B正确；由题图可知，t＝0.1s时，感应电动势为0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C正确；在线圈平面与磁场方向成30°时，感应电动势的大小e＝2sin60°V＝eq\r(3)V，故D错误。]2．B[根据E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，可知穿过两线圈的磁通量的变化率相等，但是匝数不同，则产生的感应电动势最大值不相等，有效值也不相等，根据P＝eq\f(E2,R)可知，两电阻消耗的电功率也不相等，选项A、D错误；因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交变电流的频率相等，选项B正确；当条形磁铁的磁极到达线圈轴线时，磁通量变化率最大，感应电动势最大，由题图可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，选项C错误。]3．A[这只电源交变电压的峰值Um＝10eq\r(2)V，则有效值U有＝eq\f(10\r(2),\r(2))V＝10V，所以这只电源可以使“10V2W”的灯泡正常发光，故A项正确；ω＝314rad/s，则T＝eq\f(2π,ω)＝0.02s，故B项错误；在t＝0.01s时，这只电源的输出电压为零，故C项错误；10V小于10eq\r(2)V，则击穿电压为10V的电容器不能直接接在这只电源上，故D项错误。]4．BD[由题图可知eq\f(Ta,Tb)＝eq\f(2,3)，根据公式ω＝eq\f(2π,T)＝2πf＝2πn得，线圈a、b的转速之比为3∶2，故A错误；由于最大感应电动势为Em＝NBSω＝NBS·2πn，由题图可知，a线圈最大感应电动势为15V，则b线圈最大感应电动势为10V，故B正确；由题图可知，t＝0.01s时，线圈a中感应电动势最大，则此时线圈a位于垂直中性面位置，故C错误；t＝0.03s时，线圈b中感应电动势为0，则此时线圈b恰好经过中性面，故D正确。]5．BD[在交流电路中，电感线圈的作用是“通低频、阻高频”，电容器的作用是“通交流、隔直流”和“通高频、阻低频”，选项A错误，B正确；当输入端的信号既有高频成分也有低频成分时，低频成分通过电感线圈L1，到达扬声器甲，高频成分通过电容器C2，到达扬声器乙，选项C错误，D正确。]6．D[二极管具有单向导电性，使得半个周期内R通路，另外半个周期内R断路，在通路的半个周期内，交流电压的有效值为20V，有eq\f(U2,R)T＝eq\f(20V2,R)·eq\f(T,2)，解得U＝10eq\r(2)V≈14.1V，选项D正确。]7．D[根据电流的热效应，有eq\f(\f(U1max,\r(2))2,R)×1＋eq\f(U22,R)×2＝eq\f(U2,R)×3，解得U＝6V，所以该交变电流的电压有效值为6V，电压表读数为6V，A、B错误；由焦耳定律得Q＝eq\f(U2,R)·T＝9J，C错误；由欧姆定律有I＝eq\f(U,R)＝0.5A，D正确。]8．D[从图示位置开始转动30°过程中，穿过导线框的磁通量逐渐减小，磁通量变化率逐渐增大，故A错误；由安培定则可知，从图示位置转动60°过程中，电流方向为KNMLK，故B错误；从图示位置开始计时，则线框中产生的感应电动势瞬时值表达式为E＝BSωsin(ωt＋eq\f(π,3))，当t＝0时，E＝eq\f(\r(3),2)BSω，故C错误；线框转动过程中产生的电动势的有效值为E有＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(\r(2),2)BSω，由周期公式T＝eq\f(2π,ω)，转动180°产生的热量Q＝eq\f(E有2T,2R)，解得Q＝eq\f(B2S2ωπ,2R)，故D正确。]9．ACD[由题图乙可知，周期为0.250s，则转速为n＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,0.250)r/s＝240r/min，故A正确；电动势的有效值为E有＝eq\f(20,\r(2))V＝10eq\r(2)V，电压表的示数为U＝IR＝eq\f(E有,R＋r)R＝9eq\r(2)V，故B错误；在t＝0.125s时，电动势为零，则线圈所在位置和中性面重合，穿过线圈的磁通量最大，故C正确；在0～0.125s的时间内，根据Em＝BSω可得BS＝eq\f(Em,ω)＝eq\f(5,2π)Wb，则通过灯泡的电荷量q＝eq\x\to(I)Δt＝eq\f(ΔΦ,R＋rΔt)Δt＝eq\f(ΔΦ,R＋r)＝eq\f(2BS,R＋r)＝eq\f(1,2π)C，故D正确。]10．BD时间内，磁通量变化量为BS，电压峰值为200V，由Em＝BSω得BS＝eq\f(2,π)Wb，通过电热丝的电荷量q＝eq\x\to(I)t＝eq\f(ΔΦ,R＋r)＝eq\f(1,5π)C，故B正确；电热丝两端电压U＝eq\f(E有,R＋r)R＝eq\f(9,9＋1)×eq\f(200,\r(2))V＝90eq\r(2)V，故C错误；电热丝的发热功率P＝eq\f(U2,R)＝eq\f(90\r(2)2,9)W＝1800W，故D正确。]11．AC[大轮和小轮通过皮带传动，线速度大小相等，小轮和线圈同轴转动，角速度相等，根据v＝ωr，可知小轮转动的角速度为4ω，则线圈转动的角速度为4ω，A正确；线圈产生感应电动势的最大值Emax＝nBS·4ω，又S＝L2，可得Emax＝4nBL2ω，则线圈产生感应电动势的有效值E＝eq\f(Emax,\r(2))＝2eq\r(2)nBL2ω，根据串联电路分压原理可知灯泡两端电压有效值为U＝eq\f(RE,R＋R)＝eq\r(2)nBL2ω，B错误；若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈，则线圈的匝数变为原来的2倍，线圈产生感应电动势的最大值Emax′＝8nBL2ω，此时线圈产生感应电动势的有效值E′＝eq\f(Emax′,\r(2))＝4eq\r(2)nBL2ω，根据电阻定律可知线圈电阻变为原来的2倍，即为2R，根据串联电路分压原理可得灯泡两端电压有效值U′＝eq\f(RE′,R＋2R)＝eq\f(4\r(2)nBL2ω,3)，C正确；若仅将小轮半径变为原来的两倍，根据v＝ωr可知小轮和线圈的角速度变小，根据E有效＝eq\f(nBSω,\r(2))，可知线圈产生的感应电动势有效值变小，则灯泡变暗，D错误。]12．D[矩形线圈每转动一周，电流方向改变两次，选项A错误；在磁场中，两条边所经过处的磁感应强