2021年高考物理一轮总复习 第十章 第1讲 交变电流的产生和描述 课时提能演练 新人教版

2021年高考物理一轮总复习第十章第1讲交变电流的产生和描述课时提能演练
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一、选择题(本大题共5小题,每小题6分,共30分。

每小题只有一个选项正确)
1.交流发电机在工作时的电动势为e=E
sinωt,若将其电枢的转速提高1倍,其他条件不变,则其电动势变为( )
A.E
0sin B.2E
sin
C.E
0sin2ωt D.2E
sin2ωt
【解析】选D。

转速提高1倍,也就是角速度变为2ω,由e=nBSωsinωt得选项D对。

2.(xx·海南高考)通过一阻值R=100Ω的电阻的交变电流如图所示,其周期为1s。

电阻两端电压的有效值为( )
A.12 V
B.4V
C.15 V
D.8V
【解题指南】解答本题时应注意理解以下两点:
(1)根据电流的热效应在一个周期内分段计算交变电流的有效值。

(2)根据图像确定一个周期的时间。

【解析】选B。

根据图像,一个周期T=1s,设该交变电流的有效值为U,0～0.4s的时间间隔为t1=0.4s,0.4～0.5 s的时间间隔t2=0.1s,根据电流的热效应,由2(Rt1+Rt2)=,解得U=4V,B正确。

【变式备选】电阻R1、R2和交流电源按照图甲所示方式连接,R1=10Ω,R2=20Ω。

合上开关S后,通过电阻R2
的正弦交变电流i随时间t的变化情况如图乙所示。

则( )
A.通过R1的电流的有效值是1.2A
B.R1两端的电压有效值是6V
C.通过R2的电流的有效值是1.2A
D.R2两端的电压有效值是6V
【解析】选B。

通过R1和R2的电流的有效值都是0.6A,故A、C错,R2两端的电压有效值是12V,故D错,R1两端的电压有效值是6V,故B正确。

3.如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流
电的图像,当调整线圈转速后,所产生的正弦交流电的图像如图线b所
示,以下关于这两个正弦交流电的说法错误的是( )
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∶2
C.交流电a的瞬时值为u=10sin5πt(V)
D.交流电b的最大值为V
【解析】选A。

由题图可知t=0时刻感应电动势为零,穿过线圈的磁通量最大,选项A错误;由题图可知T a=0.4s,T b=0.6s,线圈先后两次转速之比n a∶n b=T b∶T a=3∶2,选项B正确;交流电a的瞬时值为u=U m sin(t),得u=10sin5πt(V),选项C正确;感应电动势最大值U m=NBSω=NBS(),所以U ma∶U mb=T b∶T a,交流电b的最大值为V,选项D正确。

【总结提升】根据交变电流的图像可以确定的量
(1)电流最大值;
(2)周期T和频率f;
(3)不同时刻交流电的瞬时值;
(4)线圈处于中性面和电流最大值对应的时刻;
(5)任意时刻线圈的位置和磁场的夹角。

4.(xx·福州模拟)如图所示,空间存在竖直向上磁感应强度为B0的匀强磁场,一质量为m、边长为d、总电阻为R的正方形均匀导线框平放在粗糙的水平地面上。

在外力作用下让线框做如下运动:先让线框绕CD边(CD边固定)顺时针转动180°,然后线框绕AB边(AB边固定)顺时针转动180°……如此不断重复,线框在地面上向右翻转,线框转动的角速度恒为ω。

以开始运动时作为计时起点,用i表示线框中的电流(以ABCDA 方向为正方向),用U AB表示A、B两点间的电势差。

下列图线中正确的是( )
【解析】选C。

由楞次定律可判断,线框中的电流在以CD为轴转动时沿ADCBA,以AB为轴转动时沿ABCDA,故A、B均错误;当以CD为轴转动时,AB边相当于电源,电动势最大值E m=BSω=B0ωd2,e=E m sinωt,U AB=e;当以AB为轴转动时,CD边相当于电源,此时U AB=e,故C正确、D错误。

【变式备选】矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中,线框输出的交流电压随时间变化的图像如图所示,下列说法中正确的是( )
A.交流电压的有效值为36V
B.交流电压的最大值为36V,频率为0.25 Hz
C.2 s末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量变化最快
D.1 s末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量变化最快
【解析】选B。

由线框输出的交流电压随时间变化图像可知,交流电压的最大值为36V,频率为0.25 Hz,B 正确;有效值则为36V,A错误;2 s末线框产生的感应电动势为零,所以此时线框平面垂直于磁场,磁通量的变化率为零,C错误;1 s末线框产生的感应电动势最大,此时线框平面平行于磁场,通过线框的磁通量变化最快,D错误。

5.如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T,转轴O1O2垂直于
磁场方向,线圈电阻为2Ω。

从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过
60°时的感应电流为1A。

那么下列说法正确的是( )
A.线圈消耗的电功率为4 W
B.线圈中感应电流的有效值为2 A
C.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4sint
D.任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=sint
【解题指南】解答本题应注意以下三点:
(1)线圈从平行于磁场开始计时,其瞬时值表达式为余弦函数;
(2)利用瞬时值表达式求出电动势的最大值、有效值;
(3)利用磁通量的定义计算磁通量的表达式。

【解析】选A。

由于线圈从垂直于中性面启动,则瞬时值表达式可记为e=
E m cosθ,代入数据可知2=E m cos60°,得最大值E m=4V,即有效值E=2V以及I==A,功率为P==4 W,瞬时值表达
式为e=4cost。

故A正确,B、C错误。

再由E m=NBSω,则任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=BSsinθ=sinθ=sin θ=sint,可知D错误。

二、非选择题(本大题20分。

要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
6.(能力挑战题)如图所示,匀强磁场B=0.1T,所用矩形线圈的匝数N=100,边长
ab=0.2m,bc=0.5m,以角速度ω=100πrad/s绕OO′轴匀速转动。

当线圈平面通过
中性面时开始计时,试求:
(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式。

(2)由t=0至t=过程中的平均电动势的大小。

(3)该交变电流的电动势有效值是多少?
【解析】(1)感应电动势的瞬时值e=NBSωsinωt,由题意可知:
S=·=0.2×0.5m2=0.1m2(2分)
E m=NBSω=100×0.1×0.1×100πV=314 V (3分)
所以e=314sin100πtV (3分)
(2)用=N计算
t=0至t=过程中的平均电动势
=N=N= (3分)
即=NBSω(2分)
代入数值得=200V (2分)
(3)电动势有效值E= (2分)
又E m=NBSω
代入数据得E=222V (3分)
答案:(1)e=314sin100πtV (2)200V (3)222 V"f26809 68B9 梹23321 5B19 嬙'a[f]37440 9240 鉀29850 749A 璚o32529 7F11 缑21897 5589 喉。