2024高考物理大一輪復(fù)習(xí)第11章第1講交變電流的產(chǎn)生和描述精練含解析

PAGEPAGE6第1講交變電流的產(chǎn)生和描述◎基礎(chǔ)鞏固練1．(2015·四川理綜·4)小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共N匝，每匝可簡(jiǎn)化為矩形線圈abcd，磁極間的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于線圈中心軸OO′，線圈繞OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示。矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為e0，不計(jì)線圈電阻，則發(fā)電機(jī)輸出電壓()A．峰值是e0 B．峰值是2e0C．有效值是eq\f(\r(2),2)Ne0 D．有效值是eq\r(2)Ne0解析：矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為e0，所以發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)峰值為2Ne0，A、B錯(cuò)誤；由于不計(jì)線圈的電阻，所以電機(jī)的輸出電壓峰值為2Ne0，故有效值為eq\f(2Ne0,\r(2))＝eq\r(2)Ne0，故D正確。答案：D2．(2024·福建福州質(zhì)檢)某溝通電源電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間改變的規(guī)律如圖所示，現(xiàn)用該電源對(duì)標(biāo)稱(chēng)值為“5V10W”的電動(dòng)機(jī)供電，電源內(nèi)阻不計(jì)，下列說(shuō)法正確的是()A．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為2.5ΩB．電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為10WC．通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為2AD．通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為2eq\r(2)A解析：由圖知該電源電動(dòng)勢(shì)最大值為Em＝5eq\r(2)V，則有效值E＝5V，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流I＝eq\f(10,5)A＝2A，電動(dòng)機(jī)是非純電阻元件，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r<eq\f(5,2)Ω＝2.5Ω，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P熱＝I2r<P總＝10W，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。答案：C3．(2024·惠州市高三調(diào)研考試)某溝通發(fā)電機(jī)給燈泡供電，產(chǎn)生交變電流的圖象如圖所示，下列說(shuō)法中正確的是()A．交變電流的頻率為100HzB．交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i＝5cos50πt(A)C．該溝通電的電壓有效值為5eq\r(2)VD．在t＝5×10－3s時(shí)，穿過(guò)溝通發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大解析：依據(jù)圖象知溝通電的周期為0.02s，因此溝通電的頻率為50Hz，A錯(cuò)誤；由ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，交變電流的最大值為5A可得，交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝5cos100πtA，B錯(cuò)誤；因?yàn)殡娮栉粗孰妷翰荒艽_定，C確誤；t＝5×10－3s時(shí)，交變電流的瞬時(shí)值為零，磁通量最大，D正確。答案：D4．(多選)(2024·河北定州模擬)一交變電壓為u＝100eq\r(2)sin100πt(V)，由此表達(dá)式可知()A．用溝通電壓表測(cè)該電壓，其示數(shù)為50VB．該交變電流的周期為0.02sC．將該電壓加在“100V100W”的燈泡兩端，燈泡的實(shí)際功率小于100WD．t＝eq\f(1,400)s時(shí)，該交變電壓的瞬時(shí)值為100V解析：交變電壓的表達(dá)式為u＝100eq\r(2)sin100πt(V)，可知最大值為100eq\r(2)V，則電壓的有效值U＝100V，用溝通電壓表測(cè)該電壓，其示數(shù)為100V，故A錯(cuò)誤。由公式ω＝eq\f(2π,T)，可得周期T＝0.02s，故B正確。由于電壓的有效值為100V，則該電壓加在“100V100W”的燈泡兩端，電阻消耗的電功率為100W，故C錯(cuò)誤。將t＝eq\f(1,400)s代入瞬時(shí)表達(dá)式，得瞬時(shí)電壓值為100V，故D正確。答案：BD5．如圖甲所示，在一邊長(zhǎng)為a的正方形線框中有一垂直于線框平面的勻稱(chēng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間按如圖乙所示的正弦規(guī)律改變。規(guī)定垂直紙面對(duì)里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向，據(jù)此可知()A．當(dāng)0<t<0.005s時(shí)，線框中電流越來(lái)越大B．當(dāng)0.005s<t<0.01s時(shí)，線框中電流沿順時(shí)針?lè)较駽．當(dāng)0.015s<t<0.02s時(shí)，線框中電流沿順時(shí)針?lè)较駾．磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間改變規(guī)律可表示為B＝B0sin50πt解析：當(dāng)0<t<0.005s時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B改變得越來(lái)越慢，感應(yīng)電流eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(I＝\f(ΔΦ,ΔtR)＝\f(ΔBa2,ΔtR)))越來(lái)越小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；依據(jù)楞次定律，當(dāng)0.005s<t<0.01s時(shí)，線框中感應(yīng)電流為順時(shí)針?lè)较?，?dāng)0.015s<t<0.02s時(shí)，線框中感應(yīng)電流為逆時(shí)針?lè)较?，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的改變關(guān)系為B＝B0sin100πt，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：B6．(2024·湖北黃岡模擬)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示，則()A．t＝0.005s時(shí)線框的磁通量改變率為零B．t＝0.01s時(shí)線框平面與中性面重合C．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311VD．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為100Hz解析：由題圖乙可知，t＝0.005s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線框的磁通量改變率最大，A錯(cuò)誤；t＝0.01s時(shí)感應(yīng)電流為零，故線框平面處于中性面位置，B正確；交變電壓的最大值為311V，故有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝220V，C錯(cuò)誤；交變電流的周期為T(mén)＝0.02s，故頻率f＝eq\f(1,T)＝50Hz，D錯(cuò)誤。答案：B7.(多選)如圖所示，先后用不同的溝通電源給同一盞燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律改變，如圖甲所示；其次次燈泡兩端的電壓改變規(guī)律如圖乙所示。若圖甲、乙中的U0、T所表示的電壓、周期值是相等的，則以下說(shuō)法正確的是()A．第一次燈泡兩端的電壓有效值是eq\f(\r(2),2)U0B．其次次燈泡兩端的電壓有效值是eq\f(3,2)U0C．第一次和其次次燈泡的電功率之比是2∶9D．第一次和其次次燈泡的電功率之比是1∶5解析：第一次所加正弦溝通電壓的有效值為U1＝eq\f(\r(2),2)U0，A項(xiàng)正確；設(shè)其次次所加溝通電壓的有效值為U2，則依據(jù)有效值的含義有eq\f(U\o\al(2,2),R)T＝eq\f(2U02,R)·eq\f(T,2)＋eq\f(U\o\al(2,0),R)·eq\f(T,2)，解得U2＝eq\f(\r(10),2)U0，B項(xiàng)錯(cuò)；依據(jù)電功率的定義式P＝eq\f(U2,R)可知，P1∶P2＝1∶5，C項(xiàng)錯(cuò)，D項(xiàng)正確。答案：AD8．如圖甲所示，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置起先計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的改變曲線如圖乙所示。若線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，而其他條件保持不變，從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°起先計(jì)時(shí)，則能正確反映線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的改變規(guī)律的圖象是()解析：由題圖乙知，周期T＝4s，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝1V，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值的表達(dá)式Em＝NBSω＝NBS·eq\f(2π,T)。若僅把線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則周期T′變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(1,2)，即T′＝2s，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em′變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，即Em′＝2V，所以選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°起先計(jì)時(shí)，也就是t＝0時(shí)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為0，所以選項(xiàng)A正確，D錯(cuò)誤。答案：A9.(多選)如圖所示，N匝矩形導(dǎo)線框以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框面積為S，線框的電阻、電感均不計(jì)，外電路接有電阻R、志向溝通電流表和二極管D。二極管D具有單向?qū)щ娦?，即正向電阻為零，反向電阻無(wú)窮大。下列說(shuō)法正確的是()A．溝通電流表的示數(shù)I＝eq\f(ω,2R)NBSB．一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)R的電荷量q＝eq\f(2NBS,R)C．R兩端電壓的有效值U＝eq\f(ω,\r(2))NBSD．圖示位置電流表的示數(shù)為0解析：二極管具有單向?qū)щ娦?，因此電路中只有正向電流，圖象如圖所示。設(shè)回路中電流的有效值為I，由電流的熱效應(yīng)可知，eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(NBωS,\r(2)R)))2RT＝I2RT，I＝eq\f(NBωS,2R)，A正確，D錯(cuò)誤。電阻R兩端電壓U＝IR＝eq\f(NBωS,2)，C錯(cuò)。一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)R的電荷量q＝eq\f(NΔΦ,R)＝eq\f(2NBS,R)，B正確。答案：AB◎?qū)嵙μ嵘?0．如圖所示，在同一水平面內(nèi)有兩根足夠長(zhǎng)的光滑水平金屬導(dǎo)軌，間距為l，電阻不計(jì)，其左端連接一阻值為R的定值電阻。兩導(dǎo)軌之間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)邊界由多個(gè)半周期正弦曲線連接而成，磁場(chǎng)方向如圖所示。當(dāng)置于兩金屬導(dǎo)軌上的導(dǎo)體棒在水平外力F(圖中未畫(huà)出)作用下以速度v(較大)勻速向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒與兩金屬導(dǎo)軌垂直且始終接觸良好，電壓表和電流表均為志向溝通電表，導(dǎo)體棒電阻不計(jì)，則()A．由于磁場(chǎng)方向周期性改變，電流表示數(shù)也周期性改變B．電壓表的示數(shù)在導(dǎo)體棒位于圖中ab位置時(shí)最大C．當(dāng)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到圖中虛線cd位置時(shí)，水平外力F＝0D．若導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度加倍，則導(dǎo)體棒在圖中ab位置時(shí)水平外力F的瞬時(shí)功率也將加倍解析：當(dāng)導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝BLv，由于L按半周期的正弦規(guī)律改變，且磁場(chǎng)方向周期性改變，故這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生正弦式改變的電流，電流表、電壓表的示數(shù)均不變，故A、B錯(cuò)誤；當(dāng)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到題圖所示虛線cd位置時(shí)，感應(yīng)電流為零，水平外力F＝0，故C正確；若導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速率變?yōu)?v，則導(dǎo)體棒在題圖所示ab位置時(shí)，電流加倍，安培力大小加倍，所以水平外力F的瞬時(shí)功率將變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，D錯(cuò)誤。答案：C11．(2024·內(nèi)蒙古部分學(xué)校高三聯(lián)考)如圖甲所示，肯定值電阻R與一志向溝通電流表串聯(lián)，且通過(guò)電刷與匝數(shù)為N、面積為S、阻值為r的正方形線框相連接，正方形線框處在水平向右的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，現(xiàn)使線框繞中心軸線OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)。從某時(shí)刻起先計(jì)時(shí)，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的改變規(guī)律如圖乙所示。則()A．0～t1時(shí)間內(nèi)，穿過(guò)線框的磁通量的改變量大小為BSB．t1～t2時(shí)間內(nèi)流過(guò)定值電阻的電荷量為eq\f(NBS,R)C．t5時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量的改變率為NBSωD．t5時(shí)刻志向溝通電流表的讀數(shù)為eq\f(NBSω,\r(2)R＋r)解析：由題圖甲、乙可知，0時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量大小為BS，t1時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量大小為0，因此0～t1時(shí)間內(nèi)穿過(guò)線框的磁通量的改變量大小為BS，A正確；t1～t2時(shí)間內(nèi)磁通量的改變量大小為BS，則平均電動(dòng)勢(shì)eq\x\to(E)＝eq\f(NBS,Δt)，因此通過(guò)電阻R的電荷量為q＝eq\f(NBS,R＋rΔt)·Δt＝eq\f(NBS,R＋r)，B錯(cuò)誤；t5時(shí)刻線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝NBSω，又由法拉第電磁感應(yīng)定律可知E＝eq\f(NΔΦ,Δt)，則穿過(guò)線框的磁通量改變率為eq\f(ΔΦ,Δt)＝BSω，C錯(cuò)誤；志向溝通電流表的讀數(shù)為溝通電的有效值，則有I＝eq\f(E,\r(2)R＋r)＝eq\f(NBSω,\r(2)R＋r)，D正確。答案：AD12．(2024·福建廈門(mén)模擬)如圖甲電路，已知電阻R1＝R2＝R，和R1并聯(lián)的D是志向二極管(正向電阻可視為零，反向電阻為無(wú)窮大)，在A、B之間加一個(gè)如圖乙所示的交變電壓(電壓為正值時(shí)，UAB>0)。由此可知()A．在A、B之間所加的溝通電壓的周期為2sB．在A、B之間所加的溝通電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝20eq\r(2)sin50πt(V)C．加在R1上電壓的有效值為10VD．加在R2上電壓的有效值為5eq\r(10)V解析：由題圖乙可知交變電流的周期T＝0.02s；電壓的最大值為Um＝20eq\r(2)V，電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝Umsinωt＝20eq\r(2)sineq\f(2π,T)t(V)＝20eq\r(2)sin100πt(V)，故A、B錯(cuò)誤。當(dāng)電源在正半周時(shí)A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位，二極管導(dǎo)通即R1被短路，R2電壓為電源電壓eq\f(20\r(2),\r(2))V＝20V；電源在負(fù)半周時(shí)B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位，二極管截止，R1、R2串聯(lián)分壓，則有eq\f(U2,R)T＝eq\f(20V2,R)·eq\f(T,2)＋eq\f(10V2,R)·eq\f(T,2)，解得U＝5eq\r(10)V，同理分析可得C錯(cuò)誤，D正確。答案：D13．如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一電阻為10Ω的某單匝矩形線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的溝通電圖象如圖乙中的圖線a所示(余弦圖象)；調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，該線圈中所產(chǎn)生的溝通電圖象如圖乙中的圖線b所示。則以下關(guān)于這兩個(gè)溝通電的說(shuō)法正確的是()A．兩次t＝0時(shí)刻線圈平面性與中性面重合B．線圈先后兩次的轉(zhuǎn)速之比為3∶2C．溝通電b的電動(dòng)勢(shì)的有效值為eq\f(200,3)VD．當(dāng)t＝3×10－2s時(shí)，通過(guò)產(chǎn)生溝通電a的線圈的磁通量的改變率最大解析：由圖乙可以看出，在t＝0時(shí)兩次產(chǎn)生的感應(yīng)電流均為最大值，所以?xún)纱萎a(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為最大值，E＝eq\f(ΔΦ,Δt)可知，只有在線圈平面與磁場(chǎng)平行，即線圈平面與中性面垂直時(shí)才可以，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；eq\f(na,nb)＝eq\f(ωa,ωb)＝eq\f(Tb,Ta)＝eq\f(6×10－2,4×10－2)＝eq\f(3,2)，選項(xiàng)B正確；由圖乙可知，溝通電a的電動(dòng)