（全國通用）2020高考物理一輪復習 第十一章 交變電流 傳感器 第1講 交變電流的產生和描述練習（通用）

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1、第十一章　交變電流　傳感器 第1講　交變電流的產生和描述 一、選擇題(每小題6分,共60分) 1.(2020·寶雞質檢)一個小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直流電源上,消耗電功率為P;若把它接在某個正弦交流電源上,其消耗的電功率為。如果電熱器電阻不變,則此交流電源輸出電壓的最大值為 (C) A.5 V B.5 V C.10 V D.10 V 【解析】設交流電源輸出電壓的最大值為Um,根據(jù)正弦交流電最大值與有效值的關系,有效值為U=,得Um=10 V,C項正確。 2.(2020·沈陽質檢)如圖所示為一交流電壓隨時間變化的圖象。每個周期內,前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化,后三

2、分之二周期電壓恒定。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可得,此交流電壓的有效值為 (C) A.7.5 V B.8 V C.2 V D.3 V 【解析】根據(jù)電流的熱效應有22 V,C項正確。 3.圖甲為一正弦交流電的圖象,圖乙為一方波交流電的圖象。以下關于這兩個交流電的說法中正確的是 (C) A.兩種交變電流的有效值均為A B.圖甲表示的交變電流的瞬時值的表達式為i=2sin 10πt(A) C.兩種交變電流分別通過同一只電阻,在各自的一個周期內,在該電阻上產生的熱量之比為Q甲∶Q乙=2∶3 D.圖甲表示的交變電流經過一個變壓比為5∶1的升壓變壓器后,該交變電流的頻率將變?yōu)樵瓉淼? 【解析】從題

3、圖上可以看出,正弦交流電的峰值是2 A,周期是0.4 s;而方波交流電的峰值也是2 A,周期則為0.3 s。正弦交流電電流的有效值為I1=2 甲1乙RT2,代入數(shù)據(jù)可得Q甲∶Q乙=2∶3,C項正確;變壓器只能改變電路中的電壓和電流,不能改變交變電流的頻率,D項錯誤。 4.一個U形金屬線框在勻強磁場中繞OO'軸以相同的角速度勻速轉動,通過導線給同一電阻R供電,如圖甲、乙所示。其中甲圖中OO'軸右側有磁場,乙圖中整個空間均有磁場,兩磁場磁感應強度相同。則甲、乙兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為 (A) A.1∶ B.1∶2 C.1∶4 D.1∶1 【解析】甲圖中的磁場只分布在OO'軸的右側,

4、所以線框只在半個周期內有感應電流產生,電流表測的是有效值,所以I=,A項正確。 5.(2020·太原模擬)如圖所示,圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉動時所產生的正弦交流電的圖象,當調整線圈轉速后,所產生的正弦交流電的圖象如圖線b所示,以下關于這兩個正弦交流電的說法錯誤的是 (A) A.在圖中t=0時刻穿過線圈的磁通量均為零 B.線圈先后兩次轉速之比為3∶2 C.交流電a的瞬時值為u=10sin 5πt(V) D.交流電b的最大值為V 【解析】由題圖可知t=0時刻感應電動勢為零,穿過線圈的磁通量最大,A項錯誤;由題圖可知Ta=0.4 s,Tb=0.6 s,線圈先后兩次轉速之比na∶

5、nb=Tb∶Ta=3∶2,B項正確;交流電a的瞬時值為u=Umsin mambba V,D項正確。 6.(2020·肇慶模擬)一個矩形線圈在勻強磁場中轉動,它產生的交流電動勢為e=220sin 100πt(V)。關于這個交變電流,下列說法中正確的是 (D) A.交變電流的頻率為100 Hz B.該電動勢的有效值為220 V C.線圈轉動的角速度ω=50 π rad/s D.t=0時,線圈平面處于中性面 【解析】由2πf=100 π rad/s知,該交變電流的頻率為50 Hz,A項錯誤;電動勢有效值E==220 V,B項錯誤;ω=100 π rad/s,C項錯誤;t=0時,e=0,此

6、時線圈處于中性面,D項正確。 7.(2020·開封質檢)(多選)如圖所示,在勻強磁場中勻速轉動的矩形線圈的周期為T,轉軸O1O2垂直于磁場方向,線圈電阻為2 Ω。從線圈平面與磁場方向平行時開始計時,線圈轉過60°時的感應電流為1 A。那么 (AC) A.線圈消耗的電功率為4 W B.線圈中感應電流的有效值為2 A C.任意時刻線圈中的感應電動勢為e=4cost D.任意時刻穿過線圈的磁通量為Φ=sin t 【解析】從線圈平面平行于磁感線開始計時,交變電流的感應電動勢的瞬時值表達式為e=Emcos θ,且該式與轉軸的位置無關(轉軸平行于磁感線的情況除外),則感應電流i=mmt,D

7、項錯誤。 8.(多選)如圖甲所示,將阻值為R=5 Ω的電阻接到內阻不計的正弦交變電源上,電流隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,電流表串聯(lián)在電路中測量電流的大小。對此,下列說法正確的是 (AD) A.電阻R兩端電壓變化規(guī)律的函數(shù)表達式為u=2.5sin 200πt(V) B.電阻R消耗的電功率為1.25 W C.如圖丙所示,若此交變電流由一矩形線框在勻強磁場中勻速轉動產生,當線圈的轉速提升一倍時,電流表的示數(shù)為1 A D.這一交變電流與圖丁所示電流比較,其有效值之比為 【解析】題圖乙所示電流的最大值為Im=0.5 A,周期為T=0.01 s,其角速度為ω=m2 m ,D項正確。

8、 9.(2020·武漢模擬)(多選)圖甲、圖乙分別為兩種電壓的波形,其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化,圖乙所示的電壓是正弦函數(shù)的一部分。下列說法正確的是 (ABD) A.圖甲、圖乙均表示交流電 B.圖甲所示電壓的瞬時值表達式為u=20sin 100πt(V) C.圖甲所示電壓的有效值為20 V D.圖乙所示電壓的有效值為10 V 【解析】由題圖甲知Um=20 V,T=2×10-2 s,ω=甲,U乙=10 V,D項正確;甲、乙均為交流電,A項正確。 10.(2020·湖南十二校聯(lián)考)(多選)如圖所示,邊長為L的正方形單匝線圈abcd,其電阻為r,外電路的電阻為R,ab中點和cd

9、中點的連線O'O恰好位于勻強磁場的邊界線上,磁場的磁感應強度為B。若線圈從圖示位置開始以角速度ω繞軸O'O勻速轉動,則以下判斷正確的是 (BD) A.圖示位置線圈中的感應電動勢最大,為Em=BL2ω B.閉合電路中感應電動勢的瞬時值表達式為e=BL2ωsin ωt C.線圈從圖示位置轉過180°的過程中,流過電阻R的電荷量為q= D.線圈轉動一周的過程中,電阻R上產生的熱量為Q= 【解析】圖示位置,線圈中通過的磁通量最大,但感應電動勢為零,A項錯誤;線圈產生的感應電動勢最大值為Em=22,D項正確。 二、計算題(每小題20分,共40分) 11.(2020·河北定興第三中學月考

10、)如圖所示,矩形線圈邊長為ab=20 cm,bc=10 cm,匝數(shù)N=100匝,磁場的磁感應強度B=0.01 T。當線圈以n=50 r/s的轉速從圖示位置開始逆時針勻速轉動時,求: (1)線圈中交變電動勢瞬時值表達式;(10分) (2)從線圈開始轉動起,經0.01 s時感應電動勢的瞬時值。(10分) 解:(1)線圈的角速度為ω=2πn=100 π rad/s 產生的感應電動勢的最大值為Em=NBωS=NBω·ab·bc=6.28 V 又剛開始轉動時線圈平面與中性面夾角為30°=,故線圈中交變電動勢的瞬時值表達式 e=Emsin V (2)把t=0.01 s代入上式,可得此時感

11、應電動勢的瞬時值e=-3.14 V 12.(2020·北京海淀區(qū)質檢)如圖甲所示,長、寬分別為L1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內,其匝數(shù)為n,總電阻為r,可繞其豎直中心軸O1O2轉動。線框的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起,并通過電刷和定值電阻R相連。線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場,磁感應強度B的大小隨時間t的變化關系如圖乙所示,其中B0、B1和t1均為已知量。在0~t1的時間內,線框保持靜止,且線框平面和磁場垂直;t1時刻后線框在外力的驅動下開始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉動。求: (1)0~t1時間內通過電阻R的電流大小;(6分) (2)

12、線框勻速轉動后,在轉動一周的過程中電流通過電阻R產生的熱量;(6分) (3)線框勻速轉動后,從圖甲所示位置轉過90°的過程中,通過電阻R的電荷量。(8分) 解:(1)0~t1時間內,線框中的感應電動勢 E=n 根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,通過電阻R的電流 I= (2)線框產生感應電動勢的最大值Em=nB1L1L2ω 感應電動勢的有效值E=nB1L1L2ω 通過電阻R的電流的有效值I= 線框轉動一周所需的時間t= 此過程中,電阻R產生的熱量 Q=I2Rt=πRω (3)線框從圖甲所示位置轉過90°的過程中 平均感應電動勢 平均感應電流 通過電阻R的電荷量q=