高中物理专题1交变电流的产生和描述

基础课 1交变电流的产生和描述一、选择题 (16 题为单项选择题， 7 11 题为多项选择题 )1某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电流的图象如图 1 所示，由图中信息可以判断()图 1A在 A、C 时刻线圈处于中性面位置B在 B、D 时刻穿过线圈的磁通量为零C从 AD 线圈转过的角度为 2D若从 O D 历时 0.02 s，则在 1 s 内交变电流的方向改变了100 次解析由题中交变电流的图象可知，在A、C时刻产生的感应电流最大，对应的感应电动势最大，线圈处于垂直中性面的位置，选项A 错误；在B、 D时刻感应电流为零，对应的感应电动势为零，即磁通量的变化率为零，此时磁通量最大，选项B 错误；从AD，经历的时间为34周期，线圈转过的角度3为 2，选项C 错误；若从OD历时0.02 s，则交变电流的周期为0.02 s，而一个周期内电流的方向改变两次，所以1 s 内交变电流的方向改变了100 次，选项D 正确。答案D2(2017 ·山东潍坊市联考 )现在的调光灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调控的。如图2 所示为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去。调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压，那么现在电灯上的电压为 ()图 2AUmB.UmC.2UmD. 2Um22由有效值的概念可得（Um）2Um，选项 B 正确。解析2TU2T，解得 UR·R22答案B3图 3 甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴 OO匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻 R10 连接，与电阻 R 并联的交流电压表为理想电表，示数是 10 V。图乙是穿过矩形线圈磁通量 随时间 t 变化的图象。则下列说法正确的是 ()图 3A电阻R 上的电功率为20 WB0.02 s 时 R 两端的电压瞬时值为零CR 两端的电压随时间变化的规律是D通过 R 的电流随时间变化的规律是u14.1 cos 100 t(V)icos 50 t(A)解析电阻R 上的电功率为U2P R 10 W，选项A 错误； 0.02 s 时穿过线圈的磁通量变化率最大， R 两端的电压瞬时值最大，选项B 错误； R 两端的电压 u 随时间 t 变化的规律是 u14.1cos 100t(V) ，通过 R 的电流随时间变化的规律 i1.41 cos 100 t(A) ，选项 C 正确， D 错误。答案C4(2016 ·福建福州质检 )某交流电源电动势随时间变化的规律如图4 所示，现用该电源对标称值为“ 5 V10 W ”的电动机供电，电源内阻不计，下列说法正确的是 ()图 4A电动机的内阻为2.5B电动机的发热功率为10 WC通过电动机的电流为2 AD通过电动机的电流为2 2 A解析由图知该电源电动势最大值为Em52 V ，则有效值E5 V ，通过电动机的电流10I 5A 2 A，电动机是非纯电阻元件，电动机内阻5r<2 2.5，电动机的发热功率P 热 I 2r P 总 10 W，故A、B、D 错误， C 正确。答案C5如图 5 所示，一半径为 L 的导体圆环位于纸面内， O 为圆心。环内两个圆心角为 90°且关于 O 中心对称的扇形区域内分布有匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为 B、方向相反且均与纸面垂面。导体杆OM 可绕 O 转动， M 端通过滑动触点与圆环良好接触，在圆心和圆环间连有电阻R，不计圆环和导体杆的电阻，当杆 OM 以恒定角速度 逆时针转动时， 理想电流表 A 的示数为 ()图 52BL2BL22BL2BL2A.4RB. 4RC.2RD.2RBL2解析OM 切割磁感线产生的电动势E2，OM 切割磁感线时产生的感E221应电流 I R，设电流的有效值为I 有效 ，则I有效 RT2IR×4T，解得 I 有效 2BL24R，选项 A 正确。答案 A6如图 6 甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO匀速转动，从图示位置开始计时，产生的感应电动势e 随时间 t 的变化曲线如图乙所示。若线圈的转速变为原来的2 倍，而其他条件保持不变，从图示位置转过 90°开始计时， 则能正确反映线圈中产生的电动势 e 随时间 t 的变化规律的图象是 ()图 6解析由题图乙知，周期T4 s，感应电动势的最大值Em1 V ，而感应电2动势的最大值的表达式Em NBSNBS· 。若仅把线圈的转速变为原来的T12 倍，则周期 T变为原来的 2，即 T 2 s，而感应电动势的最大值Em变为原来的 2 倍，即 Em2 V，所以选项、 错误；从图示位置转过90°开始计时，B C也就是 t0 时线圈中产生的感应电动势应为0，所以选项 A 正确， D 错误。答案A7将电阻 R、理想电压表 V 、开关 S 和交流电源按照图7 所示的方式连接起来，其中 R30 ，合上开关 S 后，交流电源输出的正弦交变电压u 随时间 t 变化的关系如图8 所示。则()图 7图 8A电压表 V 的示数是 36 VBR 消耗的电功率是21.6 WC通过 R 的电流瞬时值表达式为i 1.2 sin 100 t AD通过 R 的电流最大值为1.2 A电压表的示数为有效值， UUm2 V ，A 项错误；PU221.6 W，解析182RUmUmB 项正确； i R sin 100 tA1.2sin 100 t A， C 项正确； Im R 1.2 A ， D项正确。答案BCD8如图 9 甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动， 产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b 所示，则 ()图 9A两次 t0 时刻线圈平面均与中性面重合B曲线 a、b 对应的线圈转速之比为2 3C曲线 a 表示的交变电动势频率为25 HzD曲线 b 表示的交变电动势有效值为10 V解析线圈经过中性面时不切割磁感线， 此时感应电动势为零， 选项 A 正确；由图可知曲线a、b 的周期之比为 2 3，则对应的线圈转速之比为32，选项 B 错误；曲线 a 的周期为 Ta4×10 2 s，其频率为 fa 1 25 Hz，选项 C Ta正确；曲线 a、b 表示的交变电流的峰值之比为Emaa3，又 Ema 15 V，Embb22Emb10 V，Ub 2 Emb5 2 V ，选项 D 错误。答案AC9如图 10 所示， N 匝矩形导线框以角速度 在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕轴 OO匀速转动，线框面积为S，线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻 R、理想交流电流表和二极管 D。二极管 D 具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是()图 10A交流电流表的示数I 2RNBS2NBSB一个周期内通过R 的电荷量 qRCR 两端电压的有效值U2NBSD图示位置电流表的示数为 0解析设回路中电流的有效值为I，由电流的热效应可知，1NBS()2RT I2RT，22RINBS， A 正确， D 错误；电阻 R 两端电压的有效值 UIR NBS，C 错2R2N 2NBS误；一个周期内通过 R 的电荷量 qR R ，B 正确。答案AB10(2017 ·安徽屯溪模拟 )如图 11 所示，面积为 S、匝数为 N、电阻为 r 的正方形导线框与阻值为 R 的电阻构成闭合回路，理想交流电压表并联在电阻 R 的两