【专项冲击波】高考物理 讲练测系列 专题23 交变电流

2013年高考物理专项冲击波讲练测系列专题23交变电流【重点知识解读】一．交变电流的产生和描述1.将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生出正弦式交变电流。线圈在匀强磁场中转动时，通过线圈的磁通量最大时，磁通量变化率为零，产生的感应电动势为零；通过线圈的磁通量为零时，磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大；2.描述交变电流大小的物理量主要有：最大值（峰值）、瞬时值、有效值、平均值。（1）匝数为N，面积为S的线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω转动，产生的感应电动势（交变电动势）的最大值（峰值）为Em=NBSω。（2）匝数为N，面积为S的线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω从中性面开始转动，产生的感应电动势（交变电动势）的瞬时值表达式为e=Emsinωt。（3）交变电流的有效值是根据同时间、同电阻、产生相同热量的直流电流的数值来确定的。（4）由法拉第电磁感应定律E=△Φ/△t计算的是△t时间内的平均值。3.描述交变电流变化快慢的物理量主要有：周期和频率。4.正弦式交变电流的图象是正弦曲线，由交变电流的图象可知交变电流的周期和最大值。【最新模拟题专项训练】。1．（2013宝鸡质检）如图11所示，图线是线圈在匀强磁场中匀速转动时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所示。以下关于这两个正弦交流电的说法中正确的是（）22\n00.10.30.5u/Vt/s10-10ab图11A．线圈先后两次转速之比为1∶2B．交流电的电压瞬时值u=10sin0.4πt（V）C．交流电的电压最大值为VD．在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量为零2．（2013山东青岛二中测试）一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动，形成如图所示的交变电动势图象，根据图象提供的信息，以下说法正确的是（）A．线圈转动的角速度为rad/sB．电动势的有效值14.1VC．t=1.0×10−2s时，线圈平面和磁场方向的夹角30°D．t=1.5×10−2s时，穿过线圈平面的磁通量最大【答案】ABC【解析】角速度rad/s，A项正确；电动势的有效值V，B项正确；电动势的瞬时值（V），将t=1.0×10−2s代入该式，解得，这是线圈从中性面开始转过的夹角，故线圈平面和磁场方向的夹角30°，C项正确；t=1.5×10−2s时，线圈平面与磁场平行，磁通量最小，D项错。3．（2012湖南2月联考）一交流发电机的线圈电阻为1Ω，将其输出端接在电阻为10Ω的电阻丝上，其输出电压从某时刻开始随时间变化的图象如图所示，22\n4．（2013山东青岛二中测试）将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它在磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为（）A．B．C．D．【答案】B【解析】导线转动过程中产生正弦交流电，其最大值，小灯泡正常发光，则，解得，B项正确。5．（2013山东青岛二中测试）图1、图2分别表示两种电压的波形，其中图1所示电压按正弦规律变化．下列说法正确的是（）A．图1表示交流电，图2表示直流电B．两种电压的有效值相等22\nC．图1所示电压的瞬时值表达式为u=311sin100VD．图1所示电压经匝数比为10∶1的变压器变压后，频率变为原来的流电的频率大小，D错。6．（2012河北衡水第五次调研）如右图所示，有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，内阻为r，绕垂直磁感线的对称轴OO/以角速度ω匀速转动，从图示位置转900的过程中，下列说法正确的是A．通过电阻R的电量B．通过电阻R的电量Q=C．外力做功平均功率P=D．从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为e＝NBSωsinωt.答案：BC解析：从图示位置转900的过程中，磁通量变化△Ф=BS，通过电阻R的电量Q=I△t=△t=N=，选项A错误B正确；矩形线圈绕垂直磁感线的对称轴OO/以角速度ω匀速转动，产生的感应电动势最大值Em=NBSω，感应电流有效值为I=，外力做功平均功率P=EI=I2(R+r)=，选项C正确；从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为e＝NBSωsin(ωt+π/2),选项D错误。OABCDO7．（2012北京西城期末）如图所示，一单匝矩形金属线圈ABCD在匀强磁场中绕转轴OO匀速转动。转轴OO过AD边和BC边的中点。若从图示位置开始计时，穿过线圈的磁通量随时间t的变化关系可以表示为（Wb），时间t的单位为s。已知矩形线圈电阻为2.0Ω。下列说法正确的是A．线圈中电流的有效值约为3.14AB．穿过线圈的磁通量的最大值为Wb22\nC．在任意1s时间内，线圈中电流的方向改变10次功约为9.86J，选项D正确。8．（2013广州天河区检测）某种正弦式交变电压图像如图所示，下列说法正确的是A．该交变电压的频率为50HzB．该交变电压的表达式为u=220cos100πt(V)C．该交变电压的表达式为u=311sin100πt(V)D．相同时间内该电压与220V的直流电压通过同一个电阻产生的热量是相等的答案：AD解析：由图可知最大值为311V，选项B错误，此图为余弦函数，选项C错误。所以选项AD正确。9.（2012·广东理综物理）某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin100πt（V），对此电动势，下列表述正确的有A.最大值是50VB.频率是100HzC．有效值是25VD.周期是0.02s【答案】：CD【解析】：交变电动势e=50sin100πt（V），最大值是50V，有效值是25V，频率是50Hz，周期是0.02s，选项CD正确。【考点定位】此题考查交变电流及其相关知识。10.（2012·北京理综）一个小型电热器若接在输出电压为10V的直流电源上.消耗电功率为P;若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为P/2.如果电22\n【考点定位】此题考查交变电流的有效值及其相关知识。11（2012河南三市调研考试）．如图所示为交流发电机示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大C．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小答案：A解析：当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，感应电流为零，选项A正确B错误；线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小，感应电流最大，选项C正确D错误。12．（2012年3月山东潍坊一模）如图所示，匝数为100匝的矩形线圈abcd处于磁感应强度B=T的水平匀强磁场中，线圈面积S=0.5m2，内阻不计．线圈绕垂直于磁场的轴以角速度ω=10πrad/s匀速转动。线圈通过金属滑环与理想22\n且保证其正常发光，不需要增大矩形线圈的转速，选项D错误。13.（2012·江苏物理）某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成.当右侧线圈L2中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路.仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有(A)家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零(B)家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量不变(C)家庭电路发生短路时,开关K将被电磁铁吸起(D)地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起22\n14.（2012·四川理综）如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈a和b，则1）线圈a输入正弦交变电流，线圈b可输出恒定电流2）线圈a输入恒定电流，穿过线圈b的磁通量一定为零3）线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁场造成影响4）线圈a的磁场变化时，线圈b中一定有电场【答案】：D【解析】：线圈a输入正弦交变电流，线圈b输出的也是正弦交变电流；线圈a输入恒定电流，穿过线圈b的磁通量恒定，选项AB错误；线圈b输出的交变电流对线圈a的磁场造成影响，选项C错误；线圈a的磁场变化时，线圈b中一定有感应电场，选项D正确。【考点定位】此题考查变压器及其相关知识。VR~u第6题图15（2012珠海摸底考试）右图为一理想变压器，其原副线圈匝数比n1:n2＝1:10，副线圈与阻值R＝20Ω的电阻相连。原线圈两端所加的电压u＝20sin100πt（V），则A．交流电压表的示数为20VB．副线圈输出交流电的频率为50HzC．电阻R上消耗的电功率为2kWD．原线圈中电流的最大值为100A解析：交流电压表的示数为电压有效值，为20V，选项A错误；由u＝20sin100πt（V）可知原线圈两端所加的电压频率为50Hz，副线圈输出交流电的频率为50Hz，选项B正确；由变压器变压公式，副线圈输出电压为200V，电阻R上消耗的电功率为P=U2/R=2kW，选项C正确；原线圈中电流的有效值为100A，最大值为100A，选项D错误。答案：BC22\n17．（2012年5月湖北武汉模拟）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比是50∶l，P是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻R=10Ω，其余电阻不计。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的正弦交变电压。则下列说法正确的是：A．单刀双掷开关与a连接，电压表的示数为4.4VB．单刀双掷开关与a连接，当t=0.01s时，电流表示数为零C．单刀双掷开关由a拨向b，原线圈的输入功率变大D．单刀双掷开关由a拨向b，副线圈输出电压的频率变为25Hz22\n18.（2012年3月青岛市高三一模）如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为11∶1，R＝1Ω，原线圈允许通过电流的最大值为1A，副线圈ab两端电压随时间变化图象如图所示．则下列说法正确的是A．原线圈输入电压的有效值为242VB．原线圈两端交变电压的频率为550HzC．副线圈中电流的最大值为11AD．为保证电路安全工作，滑动变阻器R'的阻值不得小于1Ω．答案：AD解析：副线圈输出电压为22V，由变压器变压公式可知，原线圈输入电压的有效值为242V，选项A正确；变压器不改变交变电流的频率，原线圈两端交变电压的频率为50Hz，选项B错误；原线圈允许通过电流的最大值为1A，输入功率最大值为242W，所以副线圈中允许的最大电流为I=P/U2=11A，副线圈中电流的最大值为11A，选项C错误；为保证电路安全工作，滑动变阻器R'的阻值不得小于1Ω，选项D正确。22\n.答案：BC解析：由u=20sin100πt（V）可知交变电流频率为50Hz，一个周期内氖泡发光两次，开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz，选项A错误；由变压公式可知，变压器输出电压100V，开关接通后，电压表的示数为100V，开关断开后，电压表的示数不变，变压器的输出功率减小，选项BC正确D错误。21.（2012年3月福州质检）有一不动的矩形线圈abcd，处于范围足够大的可转动的匀强磁场中。如图所示，该匀强磁场是由一对磁极NS产生，磁极以OO’22\n为轴匀速转动。在t=0时刻，磁场的方向与线圈平行，磁极N离开纸面向外转动。规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的OabcdBO′ω22．（2013年3月吉林二模）如图所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿顺时针方向转动。已知匀强磁场的磁感强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为L1，ad边的边长为L2，线圈电阻为R，转动的角速度为w，则当线圈转至图示位置时A．线圈中感应电流的方向为abcdaB．线圈中的感应电动势为2nBL2wC．穿过线圈磁通量随时间的变化率最大D．线圈ad边所受安培力的大小为n2B2L1L2w/R,方向垂直纸面向里.答案：AC解析：当线圈转至图示位置时由楞次定律可判断出线圈中感应电流的方向为abcda，线圈中的感应电动势为nBL1L2w，穿过线圈磁通量随时间的变化率最大，选项AC正确选项B错误；线圈ad边所受安培力的大小为n2B2L1L22w/R,方向垂直纸面向里，选项D错误。23．（2012河北衡水第五次调研）如右图所示，有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，内阻为r，绕垂直磁感线的对称轴OO/以角速度ω匀速转动，从图示位置转900的过程中，下列说法正确的是A．通过电阻R的电量22\nA．通过电阻R的电量Q=B．外力做功平均功率P=C．从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为e＝NBSωsinωt图13BRO1O2CD甲tB0乙t1B10BL2L124．（10分）（2012北京海淀期末）如图13甲所示，长、宽分别为L1、L2的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n，总电阻为r，可绕其竖直中心轴O1O2转动。线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D（集流环）焊接在一起，并通过电刷和定值电阻R相连。线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场，磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图13乙所示，其中B0、B1和t1均为已知。在0~t1的时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度ω匀速转动。求：（1）0~t1时间内通过电阻R的电流大小；（2）线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量；（3）线框匀速转动后，从图甲所示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量。解析：（1）0~t1时间内，线框中的感应电动势E=n…（2分）22\n25.（2012年5月安徽省合肥三模）如图所示为一小型交变电流发电机的工作原理图，两磁极间的磁场可看成勻强磁场，磁感应强度为B，矩形线圈abcd以恒定角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴OO’逆时针方向转动，矩形abcd关于OO’对称，已知矩形线圈共有N匝，边长为L1,bc边长为L2，线圈电阻为r，外接电阻为R。(1)在线圈位于如图所示的垂直于磁场方向的位置开始计时,规定由a→b(或c→d)方向的感应电动势为正,推导出线圈中感应电动势e随时间t变化的表达式。(2)求交流电流表（内阻不计）的读数。22\n【最新高考题专项检测】1．（2011天津理综卷物理）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示。产生的交变电动势的图像如图2所示，则22\n【答案】：B【点评】此题考查交变电流的产生、交变电流的图象及其相关知识点。2、（2011四川理综卷）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2。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A.线圈消耗的电功率为4WB.线圈中感应电流的有效值为2AC.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4cosD.任意时刻穿过线圈的磁通量为=sin【解析】：线圈在匀强磁场中匀速转动产生的感应电动势表达式为e=Emcosωt，（ω=2π/T），感应电流的表达式为i=e/R=Em/R·cosωt，由ωt=60°，R=2Ω，i=1A可得Em=4V，任意时刻线圈中感应电动势为e=4cost，选项C正确，线圈中感应电流的最大值为Em/R=2A,有效值为A，选项B错误；线圈消耗的电功率P=I2R=4W，选项A正确；由Φm=BS，Em=BS·2π/T可得Φm=2T/π，任意时刻穿过线圈的磁通量Φ=2T/πsint，选项D错误。【.答案】AC【点评】此题考查交变电流的产生、函数表达式、电功率、有效值、磁通量等相关知识点。22\n4、（2013江苏常州模拟）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比是10∶1，原线圈输入交变电压u=100sin50πt（V），在副线圈中串接有理想电流表和定值电阻R，电容器并联在电阻R两端，电阻阻值R=10Ω，关于电路分析，下列说法中正确的是：（）uARCA、电流表示数是1AB、电流表示数是AC、电阻R消耗的电功率为10WD、电容器的耐压值至少是V答案：CD解析：由变压公式，副线圈输出电压为10V，由于交变电流可以通过并联在电阻R两端的电容器，所以不能应用欧姆定律计算电流表示数，选项AB错误；电阻R消耗的电功率为P=102/10W=10W，选项C正确；副线圈输出电压最大值为V，电容器的耐压值至少是V，选项D正确。5．（2012年2月武汉调研）如图所示，某变电站用10kV的高压向10km外的小区供电，输送的电功率为200kW。现要求在输电线路上损耗的功率不超过输送电功率的2%，下列不同规格的输电线中，符合要求的是22\n变电站小区选项型号千米电阻（Ω/km）ADYD30/C1BDYD50/C0.6CDYD100/C0.3DDYD150/C0.2答案：CD解析：由P=UI解得输电电流I=P/U=20A。输电线路上损耗的功率不有效值为/2A，副线圈输出电压为10V，原线圈输入电压的有效值为100V，最大值为200V，选项B错误；通过电阻R2的电流为I=U2/R2=/3A，电功率约为P=UI=6.67W，选项C正确；通过R3的电流不为零，选项D错误。7．图1图2（2013天星调研题）如图1，一理想变压器的原、副线圈的匝数比是10∶1，原线圈接入如图2所示的正弦交流电，一只理想二极管和一个阻值为10Ω的电阻串联后接在副线圈上。则22\nA.原线圈电压有效值为311VB.电压表示数约为22VC.电流表示数为0.11AD．二极管两端的最大电压为22V8．（2013四川自贡一诊）如右图所示，M是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1：n2=10：1，接线柱a、b接一正弦交变电源，电压。变压器右侧部分为一火警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器（电阻随温度升高而减小），R1为一定值电阻。下列说法正确的是（）A．当R2所在处出现火警时，电阻R1的功率变小B．当R2所在处出现火警时，电压表V2的示数变大C．当R2所在处出现火警时，电流表A的示数变小D．电压表V1示数为22V答案．D解析：当R2所在处出现火警时，阻值减小，变压器输出电流增大，输出功率增大，电阻R1两端电压增大，电阻R1的功率变大，电压表V2的示数变小，选项AB错误；由输入功率等于输出功率可知，当R2所在处出现火警时，电流表A的示数变大，选项C错误；由变压器变压公式，变压器输出电压为22V，电压表V1示数为22V，选项D正确。9。（2012·安徽理综）图1甲是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为的匀强磁场中，有一矩形线图abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO’转动，由线圈引起的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO’22\n转动的金属圈环相连接，金属圈环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电话电阻形成闭合电路。图1乙是线圈的住视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示。已知ab长度为L1,bc长度为L2,线圈以恒定角速度ω逆（1）线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；（2）线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图1丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；（3）若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。（其它电阻均不计）【答案】（1）e1=BL1L2ωsinωt.。（2）e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0.)。（3）QR=πRω。【解析】（1）矩形线圈abcd转动过程中，只有ab和cd切割磁感线，设ab和cd转动速度为v，则v=ω·L2，在t时刻，导线ab和cd切割磁感线，产生的感应电动势均为E1=BL1v⊥，由图可知，v⊥=vsinωt，则t时刻整个线圈的感应电动势为e1=BL1L2ωsinωt.。22\n其中T=2π/ω，于是，QR=πRω。【考点定位】此题考查交变电流的产生、瞬时值表达式、闭合电路欧姆定律、有效值、焦耳定律及其相关知识。10.(15分)（2012·江苏物理）某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示.。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π，磁场均沿半径方向。.匝数为N的矩形线圈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。求：:(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；(3)外接电阻上电流的有效值I。.【答案】：(1)Em=2NBl2ω。(2)F=。(3)。22\n22