高考卷 物理专题19 交变电流的产生及描述（解析版）

2016-2017学年高二物理百所名校速递分项汇编（选修3-1、3-2）专题19交变电流的产生及描述一、单项选择题1.【河北省武邑中学2016-2017学年高二上学期周考（11.27）物理试题】某正弦交流电的电流i随时间t变化的图像如图所示；由图可知：A．电流的最大值为10AB．电流的有效值为10AC．该交流电的周期为0.03sD．该交流电的频率为0.02Hz【答案】B考点：交流电【名师点睛】本题考查的是学生读图的能力，根据图象读出交流电的最大值和周期，再逐项计算即可。2.【河北省武邑中学2016-2017学年高二上学期周考（11.27）物理试题】一气体放电管，当其两电极间的电压超过5003V时，就放电而发光；在它发光的情况下逐渐降低电压．要降到5002V时才熄灭．放电管两电极不分正负．现有一正弦交流电源，输出电压峰值为1000V，频率为50Hz．若用它给上述放电管供电，则在一小时内放电管实际发光的时间为（）A．10分钟B．25分钟C．30分钟D．35分钟【答案】B【解析】试题分析：根据题意该交流电的表达式为：e=Esin2πft=1000sin100πt；在前半个周期内，当6Tt时，开始发光，38tT＝时，停止发光，发光时间为624385TtTT＝＝，整个周期发光时间为：5212tT＝故一个小时内的发光时间为：3600515002512tTsT＝＝＝分钟，故ACD错误，B正确．故选B。考点：交流电【名师点睛】本题考查了交流电表达式的灵活应用，写出交流电的表达式，灵活应用数学知识即可正确解答。3.【浙江省温州中学2016-2017学年高二上学期期中考试物理试题】在下列几种电流的波形图中，不能．．表示交变电流的是[来源:学科网ZXXK]【答案】A考点：交流电【名师点睛】本题只要掌握交变电流的定义就能进行选择．交变电流的是大小和方向都随时间做周期性变化的电流，A项电流是单向脉冲直流电。[来源:学科网]4.【浙江省温州中学2016-2017学年高二上学期期中考试物理试题】如图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零。电压表内阻无限大，交流电源的电压u=2202sin100πtV。若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25Hz，下列说法中正确．．的是A．电流表示数增小B．电压表示数变大C．灯泡变暗D．灯泡变亮【答案】D考点：交流电；感抗[来源:学_科_网Z_X_X_K][来源:学科网]【名师点睛】解答此题关键是知道，由交流电源的电压可知该交流电源的频率，当电压的有效值不变时而频率改变，则会导致线圈对电流阻碍发生变化。5.【河北省武邑中学2016-2017学年高二上学期周考（11.27）物理试题】如图所示，两只阻值相同的电阻分别通以正弦波和方波电流，电流的最大值相等，则两只电阻产生的热功率的比是：[来源:学_科_网]A．1：4B．1：2C．1：lD．2：l【答案】B【解析】试题分析：设电阻为R，根据交变电流的图象可知：正弦交流电流的有效值为：112IA，方波电流的有效值为：I2=1V，据P=I2R得两只电阻产生的热功率的比是：2112221 2PIPI，故选B.考点：交流电的有效值【名师点睛】本题考查了求解交流电有效值的方法：电流热效应法．注意在不同类型交流电中的不同列式。二、多项选择题6.【河北省武邑中学2016-2017学年高二上学期周考（11.27）物理试题】有一个电子器件，当其两端电压高于100V时导电，等于或低于100V时则不导电，若把这个电子器件接到100V、50Hz的正弦交变电流电源上，这个电子器件将（）A．不导电B．每秒钟导电50次C．每秒钟导电100次D．每次导电的时间为0.005s[来源:学§科§网]【答案】CD考点：交流电【名师点睛】本题属于基础题，考查了交变电流有效值与最大值的关系，可以结合交变电流的图象进行分析。7.【河北省武邑中学2016-2017学年高二上学期周考（11.27）物理试题】矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为e=2202sin100πt，关于这个交变电流，下列说法正确的是（）A．交变电流的频率为100HzB．电动势的有效值为220VC．电动势的峰值约为311VD．t=0时，线圈平面与中性面垂直【答案】BC[来源:学科网]【解析】试题分析：由e=2202sin100πt可知该交流电的最大值为2202V，即311V，有效值为220V，BC正确；线圈的转速为100πrad/s，故其频率为：1100502fHzT＝＝＝，故A错误；由e=2202sin100πt可知，当t=0时e=0，此时线圈处在中性面上，故D错误．故选BC.考点：交流电【名师点睛】对于交流电的产生和描述要正确理解，要会推导交流电的表达式，明确交流电表达式中各个物理量的含义。8.【黄冈中学2016学年高二年级9月月考】有一个交变电流U＝311sin314t(V)，则下列说法中正确的是()A．这个交变电流的频率是50Hz[来源:学科网ZXXK]B．它可以使“220V,100W”的灯泡正常发光C．用交流电压表测量时，读数为311VD．使用这个交变电流的用电器，每通过一库仑的电量时，电流做功220J【答案】ABD考点：交流电的描述。【名师点睛】根据电压表达式中各物理量的含义去分析周期、有效值瞬时值，由功率公式计算消耗的电功率。9.【黄冈中学2016学年高二年级9月月考】一根电阻丝接入100V的恒定电压电路中，在1min内产生的热量为Q，同样的电阻丝接入正弦交变电流的电路中，在2min内产生的热量也为Q，则该交流电压的峰值是()A．141.4VB．100VC．70.7VD．50V【答案】B【解析】设正弦交流电电压有效值为2U,对于恒定电流：121tRUQ，对于正弦交变电流：222tRUQ由以上两式联立得21221ttUU，得到VU2502,交流电压的峰值是VUUm10022，故选B。考点：交流的峰值、有效值以及它们的关系。【名师点睛】交流电产生的热量根据焦耳定律用有效值研究，采用比例法与恒定电流相比较求出交流电的有效值，再由最大值与有效的关系求解峰值。10.【黄冈中学2016学年高二年级9月月考】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，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则()[来源:Zxxk.Com]A．t＝0.005s时线框的磁通量变化率为零B．t＝0.01s时线框平面与中性面重合C．线框产生的交变电动势有效值为311VD．线框产生的交变电动势频率为100Hz【答案】B考点：交流电的产生和描述【名师点睛】由图乙可知特殊时刻的电动势，根据电动势的特点，可判处于那个面上，由图象还可知电动势的峰值和周期，根据有效值和峰值的关系便可求电动势的有效值。11.【浙江省温州中学2016-2017学年高二上学期期中考试物理试题】正弦交流电是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生的。线圈中感应电动势随时间变化的规律如图所示，可知该交变电流A．周期是0.01sB．电压的最大值是311VC.电压的有效值是220VD.电流的瞬时值表达式220sin100(A)it【答案】BC考点：交流电的有效值、最大值、瞬时值【名师点睛】要熟练掌握交流电最大值与有效值以及周期频率之间关系，能写出瞬时值的表达式.三、非选择题12.【河北省武邑中学2016-2017学年高二上学期周考（11.27）物理试题】如图所示为交流发电机和外接负载的示意图，发电机电枢线圈为n匝的矩形线圈，边长ab=L1、ad=L2绕OO′轴在磁感强度为B的磁场中以角速度ω转动（不计一切摩擦），线圈电阻为r，外电路负载电阻为R．试求：（1）电路中伏特表的示数；（2）线圈每转动一周，外力所做的功。【答案】（1）122nBLLRURr（2）2222122()nBRLLWRr【解析】[来源:Z&xx&k.Com]试题分析：1）由于从中性面开始转动，所以交变电动势为：e=nBL1L2ϖsinϖt；由瞬时值可知，交变电流电动势的有效值为E=22nBL1L2ϖ；由闭合电路的欧姆定律知：EIRr电路中伏特表的示数，即负载两端的电压U=IR；联立①②③代入数据解得：122nBLLRURr；考点：交流电；能量守恒定律[来源:Zxxk.Com]【名师点睛】据题境明确感应电动势的瞬时值，知道电压表示数为有效值，与电路知识向衔接是解题的关键；灵活应用能量守恒的角度求外力做的功.13.【河北省武邑中学2016-2017学年高二上学期周考（11.27）物理试题】如图甲矩形线框abcd的边ab=2L，ad=3L，OO/为线框的转动轴，aO=bO/=2L；匀强磁场垂直于线圈平面，磁感应强度为B，OO'刚好与磁场界重合．线圈总电阻为R．当线圈绕OO'以角速度ω匀速时，试求：（1）线圈的ab边第一次出磁场前的瞬时，回路中电流的大小和方向．（2）从图示位置开始计时，取电流沿abcda方向正，请在图乙中画出线圈中电流i随时间t变化关系图（画两个周期）．（2）线圈中电流有效值.【答案】（1）214BlIR（沿adcba方向）（2）图像如图；（3）25BlIR【解析】试题分析：（1）ab边出磁场前瞬间感应电动势E1=B•2L•ω•2L=4BωL2214BlIR（沿adcba方向）（2）cd边在磁场中运动时产生的最大感应电动势E2=B•2L•ωL=2BωL2最大感应电流为2222EBlIRR＝故i-t图象如图考点：交流电的产生【名师点睛】线框在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式交变电流，会求感应电动势和感应电流的最大值并能画出图象，理解有效值的定义。14.【黄冈中学2016学年高二年级9月月考】(8分)如图所示，圆形线圈共100匝，半径为r＝0.1m，在匀强磁场中绕过直径的轴OO′匀速转动，磁感应强度B＝0.1T，角速度为ω＝300πrad/s，电阻为R＝10Ω，求：(1)线圈由图示位置转过90°时，线圈中的感应电流为多大？(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图所示，图示位置为t＝0时刻)?[来源:学_科_网](3)线圈转动过程中产生的热功率多大．【答案】(1)3A(2)Ati300sin3(3)45W【解析】(1)当从图示位置转过90°时，线圈中有最大感应电流，最大感应电动势为VVNBSEm3030012.01.0100AREImm3.(2)由题意知：tIimsin，即Ati300sin3.(3)感应电流的有效值：AIIm232发热功率：WWRIP45102322.考点：交流电的产生和描述[来源:Z,xx,k.Com]【名师点睛】当从题图所示位置转过900时，线圈中有最大感应电流。图示位置为中性面，从中性面位置开始计时，表明瞬时值e与t是正弦关系，结合感应电动势的瞬时值表达式有三个要素：最大值，角速度和初相位，只有从中性面开始计时时，瞬时值表达式才为tEemsin，进而确定电流的瞬时值表达式；再根据有效值的含义求解电阻的发热功率。15.【黄冈中学2016学年高二年级9月月考】(10分)如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r＝0.10m、匝数n＝20匝的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)．在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B＝0.20πT，线圈的电阻为R1＝0.50Ω，它的引出线接有R2＝9.5Ω的小电珠L.外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过小电珠．当线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示时(摩擦等损耗不计)．求：(1)小电珠中电流的峰值；(2)电压表的示数；(3)t＝0.1s时外力F的大小；(4)在不改变发电装置结构的条件下，要使小电珠的功率提高，可采取什么办法(至少说出两种方法)?【答案】(1)0.16A(2)1.07V(3)0.128N(4)提高vm、用变压器【解析】(1)由题意及法拉第电磁感应定律知道，由于线圈在磁场中做往复运动