浙江專版2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)提升作業(yè)二十八交變電流的產(chǎn)生和描述含解析

PAGE12-交變電流的產(chǎn)生和描述(建議用時(shí)40分鐘)1.(多選)(2024·湖南模擬)一正弦溝通電的電壓隨時(shí)間變更的規(guī)律如圖所示。由圖可知 ()A.該溝通電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin25πt(V)B.該溝通電的頻率為25HzC.該溝通電的電壓的有效值為1002VD.若將該溝通電壓加在阻值R=100Ω的電阻兩端,則電阻消耗的功率為50W【解析】選B、D。從圖象中可得該溝通電的周期為T=4×10-2s,所以頻率為f=1T25Hz,選項(xiàng)B正確;角速度為ω=2πf=50πrad/s,從圖象中可知溝通電的電壓最大值為Um=100V,所以該溝通電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin50πt(V),該溝通電的電壓有效值為U=Um2=502V,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;若將該溝通電壓加在阻值R=100Ω的電阻兩端,則電阻消耗的功率為P=U2R=50001002.(多選)圖甲是小型溝通發(fā)電機(jī)的示意圖,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一只矩形金屬線圈繞與磁場(chǎng)方向垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變更的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示。發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為10Ω,外接一只電阻為90Ω的燈泡,不計(jì)電路的其他電阻,則 ()A.t=0時(shí)刻線圈平面與中性面平行B.每秒鐘內(nèi)電流方向變更100次C.燈泡兩端的電壓為22VD.0～0.01s時(shí)間內(nèi)通過燈泡的電荷量為0【解析】選A、B。從圖象可知t=0時(shí)刻電動(dòng)勢(shì)為零,所以金屬線圈是從旋轉(zhuǎn)至中性面時(shí)起先計(jì)時(shí),故A正確;因溝通電的周期是0.02s,因一個(gè)周期內(nèi)電流的方向變更兩次,所以每秒內(nèi)電流方向變更100次,選項(xiàng)B正確;發(fā)電機(jī)電壓的最大值是31.1V,所以電壓的有效值是:U=31.12V,燈泡兩端的電壓為U燈=UR總·1100×90V≈19.8V,故C錯(cuò)誤;0～0.01s內(nèi)磁通量的變更不為零,所以通過燈泡的電荷量不為零,故D錯(cuò)誤。所以A、B正確,C、D【加固訓(xùn)練】(多選)線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的溝通電動(dòng)勢(shì)為e=102sin20πtV,則下列說法正確的是 ()A.t=0時(shí),線圈平面位于中性面B.t=0時(shí),穿過線圈的磁通量最大C.t=0時(shí),導(dǎo)線切割磁感線的有效速度最大D.t=0.4s時(shí),e達(dá)到峰值102V【解析】選A、B。由溝通電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式e=102sin20πtV知,t=0時(shí),線圈位于中性面,穿過線圈的磁通量最大、有效切割速度為零,故A、B正確、C錯(cuò)誤。當(dāng)t=0.4s時(shí),e=0,D錯(cuò)誤。3.兩個(gè)完全相同的電熱器,分別通以圖甲、乙所示的峰值相等的矩形交變電流和正弦式交變電流,則這兩個(gè)電熱器的電功率之比P甲∶P乙等于 ()A.2∶1B.2∶1C.4∶1D.1∶1【解析】選B。矩形交變電流的有效值I1=Im,正弦式交變電流的有效值I2=Im2,依據(jù)電功率公式P=I2R得P甲∶P乙=I12∶I22=I4.(多選)(2024·嘉興模擬)圖甲為小型溝通發(fā)電機(jī)的原理圖,其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈的匝數(shù)n=100、總電阻r=5Ω,線圈的兩端與阻值為95Ω的電阻R連接,溝通電壓表為志向電表。t=0時(shí)刻,線圈平面與磁場(chǎng)方向平行,穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t按圖乙所示正弦規(guī)律變更。若溝通發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em,電壓表的示數(shù)為U,則 ()A.Em=200V,U=134VB.Em=134V,U=95VC.通過電阻R的電流每秒內(nèi)方向變更約50次D.電阻R實(shí)際消耗的功率為190W【解析】選A、D。溝通發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=nBSω,而Φm=BS,由Φ-t圖象可知Φm=2.0×10-2Wb,T=2π×10-2s,所以ω=100rad/s,Em=200V,電動(dòng)勢(shì)的有效值E=Em2=1002V,由閉合電路的歐姆定律,可知電路中電流的有效值I=ER+r=2A,電壓表的示數(shù)為U=IR≈134V,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;由題圖乙可知,周期T=2π×10-2s,頻率f=1T≈16Hz,故通過電阻R的電流每秒內(nèi)方向變更約32次,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電阻R消耗的功率為P=I25.(多選)一個(gè)匝數(shù)N=100匝的線圈所包圍的面積S=0.02m2,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)(B=0.5T)中繞垂直于磁感線的軸以角速度ω=100πrad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在線圈中產(chǎn)生溝通電,若自線圈通過中性面時(shí)起先計(jì)時(shí),那么在圖中能夠反映線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變更的圖象可能是 ()【解析】選B、D。由于從中性面起先計(jì)時(shí),故t=0時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,由此可確定A、C錯(cuò)誤,B、D正確?！炯庸逃?xùn)練】(多選)某正弦溝通電的圖象如圖所示,則由圖象可知 ()A.該溝通電的頻率為0.02HzB.該溝通電的有效值為14.14AC.該溝通電的瞬時(shí)值表達(dá)式為i=20sin(0.02t)AD.在t=T8時(shí)刻,【解析】選B、D。由圖可知,溝通電的周期為0.02s,則其頻率f=1T=1050Hz,故A錯(cuò)誤;該溝通電的最大值為20A,則有效值為I=202A=14.14A,故B正確;溝通電的角速度ω=2πT=220sin(100πt)A,故C錯(cuò)誤;在t=T8時(shí)刻,該溝通電的大小為i=20sinπ4=14.14A,故與其有效值相等,故6.如圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式溝通發(fā)電機(jī)的原理圖,其矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),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)的溝通電壓表為志向電壓表,示數(shù)是10V。圖乙是矩形線圈中磁通量Φ隨時(shí)間t變更的圖象。則 ()A.電阻R上的電功率為20WB.0.02s時(shí)R兩端的電壓瞬時(shí)值為零C.R兩端的電壓u隨時(shí)間t變更的規(guī)律是u=14.1cos100πt(V)D.通過R的電流i隨時(shí)間t變更的規(guī)律是i=1.41cos50πt(A)【解題指導(dǎo)】Φ-t圖象與ΔΦΔt-t(E-t)圖象在數(shù)學(xué)上是互余關(guān)系,由Φ-t圖象可以得到E【解析】選C。R上電功率P=U2R=10W,A錯(cuò)。0.02s時(shí)Φ=0,ΔΦΔt最大,此時(shí)R兩端的電壓瞬時(shí)值最大,B錯(cuò)。R兩端電壓的最大值為102V,ω=2πT=100πrad/s,因此R7.(多選)如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)單匝矩形線圈ABCD,AB邊與磁場(chǎng)垂直,MN邊始終與金屬滑環(huán)L相連,PQ邊始終與金屬滑環(huán)K相連。金屬滑環(huán)L、溝通電流表A、定值電阻R、金屬滑環(huán)K通過導(dǎo)線串聯(lián)。使矩形線圈以恒定角速度繞過BC、AD中點(diǎn)的軸旋轉(zhuǎn)。下列說法中正確的是 ()A.溝通電流表的示數(shù)隨時(shí)間按余弦規(guī)律變更B.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度越大,溝通電流表的示數(shù)越大C.線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí),流經(jīng)定值電阻R的電流瞬時(shí)值為零D.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增加為原來的兩倍,則流經(jīng)定值電阻R的電流的有效值也變?yōu)樵瓉淼膬杀丁窘馕觥窟xB、D。電流表的示數(shù)為溝通電的有效值,并不隨時(shí)間而變,故A錯(cuò)誤;由Em=BSω,電流表示數(shù)I=Em2(R+r)=BSω2(R+r),故ω越大,I越大,B正確;當(dāng)線圈與磁場(chǎng)平行時(shí),回路中的電動(dòng)勢(shì)最大,回路中的電流最大8.(多選)(2024·臺(tái)州模擬)如圖所示,圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生正弦溝通電的圖象,當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后,所產(chǎn)生正弦溝通電的圖象如圖線b所示,以下關(guān)于這兩個(gè)正弦溝通電的說法正確的是 ()A.在圖中t=0時(shí)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2∶3C.溝通電b的最大值為203D.溝通電a的瞬時(shí)值為u=10sin5πt(V)【解析】選C、D。t=0時(shí)刻U=0,兩次t=0時(shí)刻線圈平面均與中性面重合,磁通量最大,故A錯(cuò)誤;由圖可知,周期Ta=0.4s,Tb=0.6s,則線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比na∶nb=Tb∶Ta=3∶2,故B錯(cuò)誤;由電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBSω知兩個(gè)電壓最大值之比Uma∶Umb=ωa∶ωb=3∶2,則溝通電b電壓的最大值為203V,故C正確;由圖可知,溝通電的電壓最大值Um=10V,周期Ta=0.4s,ω=2πT=5πrad/s,溝通電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=Umsinωt=10sin5πt(V),9.(多選)(2024·衢州模擬)如圖甲所示,將阻值為R=5Ω的電阻接到內(nèi)阻不計(jì)的正弦交變電源上,電流隨時(shí)間變更的規(guī)律如圖乙所示,電流表串聯(lián)在電路中測(cè)量電流的大小。對(duì)此,下列說法正確的是 ()A.電阻R兩端電壓變更規(guī)律的函數(shù)表達(dá)式為u=2.5sin200πt(V)B.電阻R消耗的電功率為1.25WC.如圖丙所示,若此交變電流由一矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生,當(dāng)線框的轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí),電流表的示數(shù)為1AD.這一交變電流與圖丁所示電流比較,其有效值之比為1【解析】選A、D。圖乙所示電流的最大值為Im=0.5A,周期為T=0.01s,其角速度為ω=2πT=200πrad/s,由歐姆定律得Um=ImR=2.5V,所以R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=2.5sin200πt(V),選項(xiàng)A正確;該電流的有效值為I=Im2,電阻R消耗的電功率為P=I2R,解得P=0.625W,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電流表的示數(shù)為有效值,該交變電流由圖丙所示矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生,當(dāng)轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí),電動(dòng)勢(shì)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2×0.52A≠1A,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;圖乙中的正弦交變電流的有效值為0.52A,圖丁所示的交變電流雖然方向發(fā)生變更,10.(多選)(2024·麗水模擬)如圖所示,先后用不同的溝通電源給同一燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變更,如圖甲所示;其次次燈泡兩端的電壓變更規(guī)律如圖乙所示。若甲、乙中的U0、T所表示的電壓、周期值是相等的,下列說法正確的是 ()A.第一次燈泡兩端的電壓有效值為22UB.其次次燈泡兩端的電壓有效值為32UC.第一次和其次次燈泡的電功率之比為1∶5D.第一次和其次次燈泡的電功率之比為2∶9【解析】選A、C。第一次燈泡兩端的電壓有效值為U1=22Um=22U0。設(shè)其次次燈泡兩端的電壓的有效值為U2,依據(jù)有效值的定義,則有(2U0)2R·T2+U02R·T2=U22R·T,解得,U2=102U0=U12R∶U22R=1∶5,故C正確,D錯(cuò)誤【加固訓(xùn)練】如圖所示,矩形線圈的匝數(shù)為N,面積為S,內(nèi)阻為r,繞OO′軸以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在它從如圖所示的位置轉(zhuǎn)過90°的過程中,下列說法正確的是 ()A.通過電阻的電荷量為NBSB.通過電阻的電荷量為2C.外力所做的功為πD.外力所做的功為π【解析】選D。流過電阻的電流平均值I=NΔΦΔt(R+r),磁通量的變更量為ΔΦ=BS,通過電阻的電量為Q=It,聯(lián)立解得Q=NBSR+r,故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;產(chǎn)生溝通電的電壓有效值為U=Em2=NBSω2,依據(jù)功能關(guān)系可知11.某愛好小組設(shè)計(jì)了一種發(fā)電裝置,如圖所示。在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場(chǎng)區(qū)域的圓心角α均為49π,磁場(chǎng)均沿半徑方向。匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長ab=cd=l、bc=ad=2l。線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),bc和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)中,兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直。線圈的總電阻為r,外接電阻為R。求(1)線圈切割磁感線時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小Em。(2)線圈切割磁感線時(shí),bc邊所受安培力的大小F。(3)外接電阻上電流的有效值I。【解析】(1)bc、ad邊的運(yùn)動(dòng)速度v=ωl2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Em=4NBlv。解得Em=2NBl2ω。(2)由電流Im=Em安培力Fm=2NBIml解得F=4N(3)一個(gè)周期內(nèi),通電時(shí)間為t=49R上消耗的電能W=Im且W=I2RT解得I=4NB答案:(1)2NBl2ω(2)4(3)412.小型發(fā)電機(jī)內(nèi)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場(chǎng)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線圈匝數(shù)n=100。穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變更,如圖所示。發(fā)電機(jī)內(nèi)阻r=5.0Ω,外電路電阻R=95Ω。求: (1)一個(gè)周期內(nèi)線圈發(fā)熱產(chǎn)生的熱量。(2)線圈從中性面起轉(zhuǎn)動(dòng)半周的過程中,流過R的電量?！窘馕觥?1)依據(jù)題意Em=nBSω=nΦmωIm=EmI=I解得:電流有效值I=22A線圈產(chǎn)生的熱量Q=I2rt=(22)2×5×2π×10-2J=0.157J(2)從中性面起先半個(gè)周期內(nèi),平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n平均電流I=E電荷量q=IΔt,即q=nΔΦ代入數(shù)據(jù)解得q=2×