2014届高三物理一轮课时跟踪检测37交变电流的产生及描述

1课时跟踪检测(三十七)交变电流的产生及描述高考常考题型：选择题＋计算题1．(2012·北京高考)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P2。如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为()A．5VB．52VC．10VD．102V2．(2012·广东高考)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502VB．频率是100HzC．有效值是252VD．周期是0.02s3．(2012·宁波联考)如图1所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)，在A、B间加一正弦交流电u＝202sin(100πt)V，则加在R2上的电压有效值为()A．10VB．20V图1C．15VD．510V4．(2012·全国高考)一台电风扇的额定电压为交流220V。在其正常工作过程中，用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间t的变化如图2所示。这段时间内电风扇的用电量为()图2A．3.9×10－2度B．5.5×10－2度C．7.8×10－2度D．11.0×10－2度5．(2012·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3所示。该匀强磁场是由一对磁极N、S产生，磁极以OO′为轴匀速转动。在t＝0时刻，磁场的方向与线圈平行，磁极N开始离开纸面向外转动，规定由a→b→c→d→a方向2的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是()图3图46．(2012·合肥模拟)一台发电机的结构示意图如图5所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图示位置开始计时电动势为正值，图6中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是()图5图67．(2012·河南联考)一个100匝的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的电动势e随时间t变化的关系如图7所示，图线为正弦曲线，那么()图7A．该交流电的电动势有效值为220VB．该交流电的电动势有效值为1102VC．t＝1.5πs时，穿过线圈的磁通量变化率最大D．穿过线圈的磁通量最大值为2.2Wb38.在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd。线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合。线圈平面与磁场方向垂直。从t＝0时刻起，线圈以恒定角速度ω＝2πT绕cd边沿如图8所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图象为()图8图99．(2012·广东调研)如图10所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零图10B．线圈先后两次转速之比为3∶2C．交流电a的瞬时值为u＝10sin(5πt)VD．交流电b的最大值为203V10.如图11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()A．线圈消耗的电功率为4WB．线圈中感应电流的有效值为2A图11C．任意时刻线圈中的感应电动势为e＝4cos2πTtD．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝Tπsin2πTt11．(2013·郑州模拟)如图12甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n＝100匝，总电阻r＝1.0Ω，所围成矩形的面积S＝0.040m2，小灯泡的电阻R＝9.0Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e4＝nBmS2πTcos2πTt，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：图12(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0～T4时间内，通过小灯泡的电荷量。12.如图13所示，匀强磁场B＝0.1T，所用矩形线圈的匝数N＝100匝，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＝T4过程中的平均电动势的大小。图13(3)该交变电流的电动势有效值是多少？答案课时跟踪检测(三十七)交变电流的产生及描述1．选C设该电热器的电阻为R，题中正弦交流电源输出电压的有效值为U，则P/2＝U2/R；加直流电时，P＝(10V)2/R；又由最大值Um＝2U，可解出Um＝10V。故只有选项C正确。2．选CD最大值Em＝50V，有效值为E＝Em2＝252V，频率为50Hz，周期为T＝1f＝0.02s，所以C、D正确。3．选D由二极管的单项导电性可知，若二极管导通，加在R2上的电压波形为半个周期最大值为202V，若二极管截止，R1、R2串联，则R2上的电压半个周期最大值为102V。由有效值的定义可得加在R2上的电压有效值为510V，选项D正确。4．选B根据电流的变化情况，分段计算求电功，W1＝I1Ut1＝0.3×220×10×60J＝53.96×104J，W2＝I2Ut2＝0.4×220×10×60J＝5.28×104J，W3＝I3Ut3＝0.2×220×40×60J＝1.056×105J，则总功W＝W1＋W2＋W3＝1.98×105J＝5.5×10－2度，选项B正确。5．选C磁极以OO′为轴匀速转动可等效为磁场不动线圈向相反方向转动，由右手定则可知，产生的感应电流方向为a→b→c→d→a；在t＝0时刻，磁场的方向与线圈平行，感应电流最大，故选项C正确。6．选D由于磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动过程中，都垂直切割磁感线，所以能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是图D。7．选BCD该交流电的电动势最大值为220V，有效值为1102V，选项A错误，B正确；由图线可知，t＝1.5πs时，感应电动势最大，由法拉第电磁感应定律，穿过线圈的磁通量变化率最大，选项C正确；由图线可知ω＝1rad/s，由Em＝NBSω＝220V可知，穿过线圈的磁通量最大值为Φm＝BS＝Em/Nω＝2.2Wb，选项D正确。8．选B在0～T4内，线圈在匀强磁场中匀速转动，故产生正弦式交流电，由楞次定律知，电流方向为负值；在T4～34T内，线圈中无感应电流；在34T时，ab边垂直切割磁感线，感应电流最大，且电流方向为正值，故只有B项正确。9．选BCDt＝0时刻线圈处于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由题中图象可知交流电a、b周期之比是2∶3，所以线圈先后两次转速之比为3∶2，B正确；交流电a的瞬时值为u＝Umsinωt＝10sin(2πTat)V＝10sin(5πt)V，C正确；又由Um＝nBSω可知Ubm＝TaTbUam＝0.40.6×10V＝203V，D正确。10．选AC线圈转动角速度ω＝2πT，线圈平面从与磁场方向平行开始计时，当转过60°时，电流的瞬时值表达式为i＝Imcos60°＝1A⇒Im＝2A，正弦交变电流有效值I＝Im2＝2A，B项错；线圈消耗的功率P＝I2R＝4W，A项正确；由欧姆定律可知，感应电动势最大值Em＝ImR＝4V，所以瞬时值表达式为e＝4cos2πTt，C项正确；通过线圈的磁通量Φ＝Φmsinωt＝Φmsin2πTt，由感应电动势的最大值Em＝BSω＝Φm×2πT⇒Φm＝EmT2π，解两式得：Φ＝EmT2πsin2πTt＝2Tπsin2πTt，D项错。11．解析：(1)由图象知，线圈中产生的交变电流的周期T＝3.14×10－2s，所以Em＝nBmSω＝2πnBmST＝8.0V。6(2)电流的最大值Im＝EmR＋r＝0.80A，有效值I＝Im2＝225A，小灯泡消耗的电功率P＝I2R＝2.88W。(3)在0～T4时间内，电动势的平均值E＝nSΔBΔt，平均电流I＝ER＋r＝nSΔBR＋rt，流过灯泡的电荷量Q＝IΔt＝nSΔBR＋r＝4.0×10－3C。答案：(1)8.0V(2)2.88W(3)4.0×10－3C12．解析：(1)感应电动势的瞬时值e＝NBSωsinωt，由题可知：S＝ab·bc＝0.2×0.5m2＝0.1m2Em＝NBSω＝100×0.1×0.1×100πV＝314V，所以e＝314sin100πtV。(2)用E＝NΔΦΔt计算，t＝0至t＝T4过程中的平均电动势E＝NΦπ2－Φ0T4－0＝N||0－BST4＝4NBS2πω即E＝2πNBSω。代入数值得E＝200V。(3)电动势有效值E＝Em2又Em＝NBSω代入数据得E＝222V。答案：(1)e＝314sin100πtV(2)200V(3)222V