2021年高考物理一轮复习微专题突破练专题17交变电流的综合问题含解析

高考物理一轮复习微专题突破练:

专题17 交变电流的综合问题

(建议用时40分钟)

1.(多选)(2019·天津高考)单匝闭合矩形线框电阻为R,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图象如图所示。下列说法正确的是( )

A.时刻线框平面与中性面垂直

B.线框的感应电动势有效值为

C.线框转一周外力所做的功为

D.从t=0到t=过程中线框的平均感应电动势为

【解析】选B、C。由图像可知时刻线圈的磁通量最大,因此此时线圈处于中性面位置,因此A 错误;由图可知交流电的周期为T,则ω=,交流电的电动势的最大值为E m=nBSω=Φm,则有效值为E有==,故B正确;线圈转一周所做的功为转动一周的发热

量,W=T=,故C正确;从t=0时刻到t=时刻的平均感应电动势为

E===,D错误。

2.在下列几种电流的波形图中,不能表示交变电流的是 ( )

【解析】选A。A图中电流均为正值,说明电流的方向不随时间而变化,则此电流不是交变电流。故A正确。B、C、D这三种电流的大小和方向都随时间做周期性变化,都是交变电流。故B、C、D错误。故选A。

3.(2019·舟山模拟)一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示,则下列说法正确的是 ( )

A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直

B.t=0.01 s时刻,Φ的变化率最大

C.t=0.02 s时刻,交流电动势达到最大

D.该线圈产生的交流电动势的图像如图乙所示

【解析】选B。由Φ-t图像知,t=0时,Φ最大,即线圈处于中性面位置,此时e=0,故选项A、D 错误;由题图知T=0.04 s,在t=0.01 s时,Φ=0,最大,e最大,则选项B正确;在t=0.02 s 时,Φ最大,=0,e=0,则选项C错误。

4.(多选)在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个面积为S的矩形线圈匀速转动时所产生的交流电电动势随时间变化的波形如图所示,线圈与一阻值R=9 Ω的电阻串联在一起,线圈的电阻为1 Ω,则 ( )

A.通过电阻R的电流瞬时值表达式为i=10sin100πt(A)

B.电阻R两端的电压有效值为90 V

C.图中t=1×10-2 s时,线圈平面与磁场平行

D.1 s内电阻R上产生的热量为450 J

【解析】选A、D。交流电电压最大值为E m=100 V,则电流最大值I m==10 A,故通过电阻R 的电流瞬时值表达式为i=10 sin100πt(A),选项A正确;电阻R两端的电压最大值为:U Rm=10×9 V=90 V,选项B错误;图中t=1×10-2 s时,线圈位于中性面的位置,选项C错误;1 s内电阻R上

产生的热量为:Q=I2Rt=Rt=

450 J,选项D正确。

5.(多选)图甲为风力发电的简易模型。在风力作用下,风叶带动与杆相连的永磁铁转动,磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时,传感器显示如图乙所示,则( )

A.磁铁的转速为10 r/s

B.线圈两端电压的有效值为6 V

C.交变电流的电压表达式为u=12sin5πt V

D.该交变电流可以直接加在击穿电压为9 V的电容器上

【解析】选B、C。电流的周期为T=0.4 s,故磁体的转速为n===2.5 r/s,故A错误;通过乙图可以知道电压的最大值为12 V,故有效值u== V=6 V,所以B选项是正确的;周期T=0.4 s,故ω==rad/s=5π rad/s,故电压的表达式为u=12 sin 5πt(V),所以C选

项是正确的;电容器的击穿电压为交流电的最大值,而交流电的最大值大于电容器的击穿电压,故不能,故D错误。

6.(2019·嘉兴模拟)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1=

20 Ω,R2=30 Ω,C为电容器。已知通过R1的正弦式交变电流如图乙所示,则( )

A.交变电流的频率为0.02 Hz

B.原线圈输入电压的最大值为200 V

C.电阻R2的电功率约为6.67 W

D.通过R3的电流始终为零

【解析】选C。根据变压器原理可知原、副线圈中电流的周期、频率相同,周期为0.02 s、频率为50 Hz,A错;由题图乙可知通过R1的电流最大值为I m=1 A,根据欧姆定律可知其最大电压为U m=20 V,再根据原、副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为200 V,B错;因为电容器有通交流、隔直流的作用,则有电流通过R3和电容器,D错;根据正弦式交变电流的峰值和有效值关系、并联电路特点可知通过电阻R2的电流有效值为I=、电压有

效值为U=,电阻R2的电功率为 P2=UI= W≈6.67 W,C对。

7.一线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,得到的交变电流的电动势瞬时值表达式为e=220sin314t(V),则下列说法正确的是( )

A.该交变电流电动势的有效值为220 V

B.该线圈匀速转动的转速为3 000 r/min

C.当仅将线圈的转速提高时,电动势的峰值不发生变化

D.将该交变电流加在标称为220 V的灯泡上时,灯泡的亮度会周期性变化

【解析】选B。根据电动势e=220sin314t(V)得,电动势最大值为220 V,所以该交变电流电动势的有效值为110 V,故A错误;根据电动势e=220sin314t(V)得,ω=314 rad/s,所以转速

为n==50 r/s=3 000 r/min,故B正确;根据E m=nBSω可知当仅将线圈的转速提高时,电动势的峰值变大,选项C错误;将该交变电流加在标称为220 V的灯泡上时,灯泡的亮度会发暗,不能正常发光,但亮度不会周期性变化,选项D错误。故选B。

8.闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的某一固定轴匀速转动,穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图所示,下列说法正确的是( )

A.t1时刻线圈中感应电流为零

B.t2时刻线圈通过中性面

C.t3时刻穿过线圈的磁通量变化率最大

D.t4时刻线圈中感应电动势最小

【解析】选A。由图知,t1和t3时刻线圈位于中性面位置,0、t2、t4时刻在与磁感线平行位置,t1时刻线圈中感应电流为零,A正确;t2时刻线圈在与磁感线平行位置,B错误;t3时刻穿过线圈的磁通量最大,变化率最小,C错误;t4时刻线圈感应电动势最大,D错误。

9.(多选)如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过90°的过程中,下列说法正确的是( )

A.磁通量的变化量ΔΦ=NBS

B.电压表的示数为

C.电阻R产生的焦耳热Q=