2019-2020年高考物理一輪復習 10.1交變電流的產(chǎn)生和描述課時提升作業(yè) 滬科版選修3-2.doc

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2019-2020年高考物理一輪復習 10.1交變電流的產(chǎn)生和描述課時提升作業(yè) 滬科版選修3-2 選擇題(本題共8小題,1～6題每小題6分,7、8題每小題7分,共50分。多選題已在題號后標出) 1.一單匝閉合線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過程中,線框中的最大磁通量為Φm,最大感應電動勢為Em,下列說法中正確的是 (　　) A.當磁通量為零時,感應電動勢也為零 B.當磁通量減小時,感應電動勢也減小 C.當磁通量等于0.5Φm時,感應電動勢等于0.5Em D.角速度ω等于 2.(xx福建高考)如圖,實驗室一臺手搖交流發(fā)電機,內(nèi)阻r=1.0Ω,外接R= 9.0Ω的電阻。閉合開關S,當發(fā)電機轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時,產(chǎn)生的電動勢e=10sin10πt(V),則(　　) A.該交變電流的頻率為10 Hz B.該電動勢的有效值為10V C.外接電阻R所消耗的電功率為10W D.電路中理想交流電流表的示數(shù)為1.0A 3.一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖像如圖甲所示。已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為5.0Ω,現(xiàn)外接一只電阻為95.0Ω的燈泡,如圖乙所示。則下列說法正確的是(　　) A.電壓表V的示數(shù)為220 V B.電路中的電流方向每秒鐘改變50次 C.燈泡實際消耗的功率為484 W D.發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2 J 4.(xx大綱版全國卷)一臺電風扇的額定電壓為交流220V,在其正常工作過程中,用交流電流表測得某一段時間內(nèi)的工作電流I隨時間t的變化如圖所示。這段時間內(nèi)電風扇的用電量為(　　) A.3.910-2度　　　　　　 B.5.510-2度 C.7.810-2度 D.11.010-2度 5.(xx衡水模擬)如圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖,其矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中,繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻R=10Ω連接,與電阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電壓表,示數(shù)是10V。圖乙是矩形線圈中磁通量Φ隨時間t變化的圖像。則(　　) A.電阻R上的電功率為20W B.0.02s時R兩端的電壓瞬時值為零 C.R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u=14.1cos100πt(V) D.通過R的電流i隨時間t變化的規(guī)律是i=1.41cos50πt(A) 6.(多選)如圖甲、乙分別表示兩種電壓的波形,其中圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化。下列說法正確的是(　　) A.圖甲表示交流電,圖乙表示直流電 B.兩種電壓的周期相等 C.兩種電壓的有效值相等 D.圖甲所示電壓的瞬時值表達式為u=311sin100πtV 7.(xx海南高考)通過一阻值R=100Ω的電阻的交變電流如圖所示,其周期為1s。電阻兩端電壓的有效值為(　　) A.12 V　　 B.4V　　 C.15 V　 　D.8V 8.一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流e=220sin100πt(V),那么 (　　) A.該交變電流的頻率是100Hz B.當t =0時,線圈平面恰好與中性面垂直 C.當t =s時,e有最大值 D.該交變電流電動勢的有效值為220V 強化專練(建議：25分鐘) 強化點1：交流電的產(chǎn)生及圖像 1.(多選)一正弦交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示。由圖可知(　　) A.該交流電的電壓瞬時值的表達式為u=100sin(25t)V B.該交流電的頻率為25Hz C.該交流電的電壓的有效值為100V D.若將該交流電壓加在阻值為R=100Ω的電阻兩端,則電阻消耗的功率是50W 2.將阻值為5Ω的電阻接到內(nèi)阻不計的交流電源上,電源電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖所示。下列說法正確的是(　　) A.電路中交變電流的頻率為0.25 Hz B.通過電阻的電流為A C.電阻消耗的電功率為2.5 W D.用交流電壓表測得電阻兩端的電壓是5 V 3.(xx杭州模擬)為了研究交流電的產(chǎn)生過程,小張同學設計了如下實驗構思方案：第一次將單匝矩形線圈放在勻強磁場中,線圈繞轉(zhuǎn)軸OO1按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(ab向紙外,cd向紙內(nèi))。并從圖甲所示位置開始計時。此時產(chǎn)生的交流電如圖乙所示。第二次他僅將轉(zhuǎn)軸移至ab邊上,第三次他僅將轉(zhuǎn)軸右側的磁場去掉,關于后二次的電流圖像,下列說法正確的是(　　) A.第二次是A圖　　　　　 B.第二次是C圖 C.第三次是B圖 D.第三次是D圖 4.(xx南通模擬)如圖所示電路中,電源電壓U=311sin100πt(V),A、B間接有“220V　440 W”的電暖寶、“220V　220 W”的抽油煙機、交流電壓表及保險絲。下列說法正確的是(　　) A.交流電壓表的示數(shù)為311V B.電路要正常工作,保險絲的額定電流不能小于3A C.電暖寶發(fā)熱功率是抽油煙機發(fā)熱功率的2倍 D.1min抽油煙機消耗的電能為1.32104J 5.(多選)(xx撫州模擬)如圖所示,N匝矩形導線框以角速度ω在磁感應強度為B的勻強磁場中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,線框面積為S,線框的電阻、電感均不計,外電路接有電阻R、理想交流電流表?和二極管D。二極管D具有單向?qū)щ娦?即正向電阻為零,反向電阻無窮大。下列說法正確的是(　　) A.交流電流表的示數(shù)I=NBS B.一個周期內(nèi)通過R的電荷量q= C.R兩端電壓的有效值U=NBS D.圖示位置電流表的示數(shù)為0 6.(xx南平模擬)如圖甲是阻值為5Ω的線圈與阻值為15Ω的電阻R構成的回路。線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。則(　　) A.電壓表的示數(shù)為14.14V B.通過電阻R的電流為0.707A C.電阻R上消耗的功率為3.75W D.通過電阻的電流方向每秒變化100次 強化點2：交流電“四值”的計算 7.(2011安徽高考)如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強磁場,磁感應強度為B。電阻為R、半徑為L、圓心角為45的扇形閉合導線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(O軸位于磁場邊界)。則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應電流的有效值為(　　) A.　　 B.　 　C.　 　D. 8.通過某電流表的電流按如圖所示的規(guī)律變化,則該電流表的讀數(shù)為(　　) A.4A　　　B.4A　　　C.5A　　　D.5A 答案解析 素能全練 1.【解析】選D。根據(jù)正弦式交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律：當磁通量最大時,感應電動勢為零;當磁通量減小時,感應電動勢在增大;磁通量減為零時,感應電動勢最大。由此可知A、B項錯誤;設從線框位于中性面開始計時,則有e= Emsinωt,式中Em=BSω。因Φm=BS,故角速度ω=,D項正確;設e=0.5Em,則解出ωt=。此時Φ=BScos=BS=Φm,所以C項錯誤。 2.【解析】選D。據(jù)ω=2πf知該交流電的頻率為5Hz,A錯;該交流電電動勢的最大值為10V,有效值E=10V,B錯;I==1.0A,P=I2R=9W,C錯,D對。 3.【解析】選D。電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值,由圖像知電動勢的最大值Em=220V,有效值E=220V,燈泡兩端電壓U==209V,A錯;由圖像知T=0.02s,一個周期內(nèi)電流方向改變兩次,可知1s內(nèi)電流方向改變100次,B錯;燈泡消耗的實際功率P==W=459.8 W,C錯;電流的有效值I==2.2A,發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2rt=2.225.01J=24.2 J,D對。 4.【解題指南】根據(jù)電流的變化情況分段計算電功。“度”是常用單位,1度= 1 kWh。 【解析】選B。測出的電流和電壓均為交流電的有效值,在這段時間內(nèi)用電量W=U(I1t1+I2t2+I3t3)=220(0.3600+0.4600+0.22400)J=1.98105J=5.510-2度,選項B正確。 5.【解題指南】Φ-t圖像與-t(E -t)圖像在數(shù)學上是互余關系,由Φ-t圖像可以得到E -t圖像。 【解析】選C。R上電功率P==10W,A錯。0.02s時Φ=0,最大,此時R兩端的電壓瞬時值最大,B錯。R兩端電壓的最大值為10V,ω==100πrad/s,因此R兩端電壓u=14.1cos100πt(V),C正確。i=1.41cos100πt(A),D錯。故選C。 6.【解析】選B、D。因圖像的縱坐標上電壓的正負表示電壓的方向,因此兩圖均為交流電,A錯;兩圖像的周期都是210-2s,故B對;對于正弦交流電才有U有效=,雖然兩圖的峰值相同,但圖乙非正弦(余弦)交流電,不適用上式有效值的求法,故C錯;正弦交流電電壓瞬時值的表達式為u=Umsinωt,由圖甲可知Um=311V,T=210-2s,可得ω==100π,代入上式得u=311sin100πtV,故D對。 7.【解題指南】解答本題時應注意理解以下兩點： (1)根據(jù)電流的熱效應在一個周期內(nèi)分段計算交變電流的有效值。 (2)根據(jù)圖像確定一個周期的時間。 【解析】選B。根據(jù)圖像,一個周期T=1s,設該交變電流的有效值為U,0～0.4s的時間間隔為t1=0.4s,0.4～0.5 s的時間間隔t2=0.1s,根據(jù)電流的熱效應,由2(Rt1+Rt2)=,解得U=4V,B正確。 【加固訓練】 電阻R1、R2和交流電源按照圖甲所示方式連接,R1=10Ω,R2=20Ω。合上開關S后,通過電阻R2的正弦交變電流i隨時間t的變化情況如圖乙所示。則(　　) A.通過R1的電流的有效值是1.2A B.R1兩端的電壓有效值是6V C.通過R2的電流的有效值是1.2A D.R2兩端的電壓有效值是6V 【解析】選B。通過R1和R2的電流的有效值都是0.6A,故A、C錯,R2兩端的電壓有效值是12V,故D錯,R1兩端的電壓有效值是6V,故B正確。 8.【解析】選C。根據(jù)e=220sin100πt(V)可知,交變電流的頻率是50Hz,A錯。當t=0時,e=0,線圈位于中性面,B錯。將t=s代入e=220sin100πt(V),可得e=220V,e有最大值,C對。交變電流電動勢的有效值應為=220V,D錯。 【加固訓練】 (多選)如圖甲所示,將阻值為R=5Ω的電阻接到內(nèi)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(　　) A.電阻R兩端電壓變化規(guī)律的函數(shù)表達式為u=2.5sin200πt(V) B.電阻R消耗的電功率為1.25W C.若此交變電流由一矩形線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生,如圖丙所示,當線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時,電流表的示數(shù)為1A 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】選A、D。圖乙所示電流的最大值為Im=0.5A,由歐姆定律得Um=ImR=2.5V。周期為T=0.01s,ω==200πrad/s,所以R兩端電壓的表達式為u= 2.5sin200πt(V),A正確;該電流的有效值為I=,電阻R消耗的電功率為P=I2R,解得P=0.625W,B錯誤;該交變電流由圖丙所示矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生,當轉(zhuǎn)速提升一倍時,電動勢的最大值Em=nBSω為原來的2倍。電路中電流的有效值也是原來的2倍,為2A≠1 A。電流表的示數(shù)為有效值,C錯誤;圖乙中的正弦交變電流的有效值為A。圖丁所示的交變電流雖然方向發(fā)生變化,但大小恒為0.5A,可知D正確。 【總結提升】交流電“四值”的三個注意點 (1)準確理解和把握交流電“四值”的物理意義和計算方法。 (2)最大值和有效值之間的倍關系,只適用于正(余)弦交流電,對于非正(余)弦交流電的有效值需根據(jù)等效原則具體求解,切不可亂套公式。 (3)交流電的圖像是高考重點,要注意與公式、發(fā)電機模型的對應聯(lián)系。 強化專練 1.【解析】選B、D。從題圖中可知,交流電周期T=410-2s,峰值電壓Um=100V,故交流電的頻率f==25Hz,有效值U==50V。加在R=100Ω的電阻上時的熱功率P==50W,瞬時值表達式u=Umsint=100sin(50πt)V,故正確選項為B、D。 2.【解析】選C。電路中交變電流的頻率f==25Hz,A錯;通過電阻的電流應為有效值I==A=A,用交流電壓表測得電阻兩端的電壓是V,B、D錯;電阻消耗的電功率P=I2R=2.5W,C對。 3.【解析】選D。第二次將轉(zhuǎn)軸移到ab邊上產(chǎn)生感應電流,同第一次相同,第三次將OO1右側磁場去掉,線圈在轉(zhuǎn)動過程中只有一邊切割,產(chǎn)生感應電動勢最大值為原來的,因此選D。 【加固訓練】 (多選)(xx南京模擬)如圖所示的正方形線框abcd邊長為L,每邊電阻均為r,在磁感應強度為B的勻強磁場中繞cd軸以角速度ω轉(zhuǎn)動,c、d兩點與外電路相連,外電路電阻也為r,則下列說法中正確的是(　　) A.S斷開時,電壓表讀數(shù)為BL2ω B.S斷開時,電壓表讀數(shù)為BL2ω C.S閉合時,電流表讀數(shù)為BL2ω D.S閉合時,線框從圖示位置轉(zhuǎn)過過程中流過電流表的電荷量為 【解析】選B、D。電路中產(chǎn)生的感應電動勢的最大值為Emax=BL2ω,有效值為E==BL2ω。 當S斷開時,電壓表讀數(shù)為Ucd=r=BL2ω,A選項錯誤,B選項正確;S閉合時,電壓表的讀數(shù)為Ucd=I===BL2ω,電流表讀數(shù)為,C選項錯誤;S閉合時,線框從圖示位置轉(zhuǎn)過過程中流過電流表的電荷量為Q=Δt=Δt =Δt==,D選項正確。 4.【解析】選D。由U=311sin100πt(V)可知Em=311V,有效值E=220V,故交流電壓表的示數(shù)為220V,A錯誤;流過電暖寶的電流為I1==2A,流過抽油煙機的電流為I2=1A,而流過保險絲的額定電流為交變電流的有效值,應為3A,B錯誤;電暖寶是純電阻用電器,而抽油煙機是非純電阻用電器,發(fā)熱功率不是2倍關系,C錯誤;1min抽油煙機消耗的電能為W=Pt=1.32104J,D正確。 5.【解題指南】二極管具有單向?qū)щ娦?因此電路中只有正向電流,圖像如圖所示。 【解析】選A、B。設回路中電流的有效值為I,由電流的熱效應可知,()2RT=I2RT,I=,A正確,D錯誤。電阻R兩端電壓U=IR=,C錯。一個周期內(nèi)通過R的電荷量q==,B正確。 【加固訓練】 如圖所示,圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像,當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后,所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖線b所示,以下關于這兩個正弦交流電的說法錯誤的是(　　) A.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(zhuǎn)速之比為3∶2 C.交流電a的瞬時值為u=10sin5πt(V) D.交流電b的最大值為V 【解析】選A。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,選項A錯誤;由題圖可知Ta=0.4s,Tb=0.6s,線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比na∶nb=Tb∶Ta=3∶2,選項B正確;交流電a的瞬時值為u=Umsin(t),得u=10sin5πt(V),選項C正確;感應電動勢最大值Um=NBSω=NBS(),所以Uma∶Umb=Tb∶Ta,交流電b的最大值為V,選項D正確。 6.【解析】選B。由圖像可得Em=20V,E=10V,電壓表讀數(shù)U=R=7.5V,A錯;通過電阻R的電流I==A,B正確;R上消耗的功率P=I2R=7.5W,C錯誤。T=0.04s,f=25Hz,電流方向每秒變化50次,D錯誤。 7.【解題指南】扇形線框在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電流并不是正弦交流電,在線框進入和離開磁場的過程中產(chǎn)生大小不變、方向不同的交流電,應根據(jù)電流熱效應計算其等效電流值。 【解析】選D。線框進入磁場和穿出磁場產(chǎn)生的感應電動勢均為E=BωL2,產(chǎn)生感應電動勢的時間均為,由一個周期產(chǎn)生的電熱Q=()2R2=I2RT,解得I=,選D。 8.【解析】選C。由電流的熱效應可得()2R+(3)2R=I2RT,解得I=5A,選C。