高考物理总复习 第十一章 交变电流 传感器 核心素养提升练三十一 11.1 交变电流的产生和描述（含解析）新人教版-新人教版高三全册物理试题.doc

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1、交变电流的产生和描述(45分钟100分)(20分钟50分)一、选择题(本题共5小题，每小题7分，共35分，1题为单选题，25题为多选题)1.(2019抚州模拟)如图所示是一台发电机的结构示意图，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，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场。若从图示位置开始计时，当线框绕固定转动轴匀速转动时，下列图象中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是()【解析】选D。因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线如图所示，即呈辐向

2、分布磁场，磁感应强度的大小不变，仅方向发生改变，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，线框越过空隙后，由于线框切割磁感线方向发生变化，所以感应电动势的方向发生变化，综上所述，D正确。2.如图甲所示，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()A.两次t=0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23C.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】选A、C。从图象可知，两次转动都是从中性面开始计时的，故A正确；从图象可知，曲

3、线a、b对应的线圈转动的周期之比为23，则转速之比为32，故B错误；由图象可知，曲线a的周期Ta=410-2 s，则曲线a表示的交变电动势频率fa=25 Hz，故C正确；交变电动势的最大值Em=nBS，则曲线a、b表示的交变电动势的峰值之比为EmaEmb=ab=32，即Emb=Ema=10 V，故曲线b表示的交变电动势的有效值为E有= V=5 V，D错误。3.某一交流电的电压随时间变化的规律为u=100sin 100t(V)，将其接在阻值为R=100 的电热丝两端，则下列说法正确的是()A.该交流电压的周期为0.02 sB.该电热丝消耗的电功率为200 WC.该交流电每秒内电流方向改变50次D

4、.用电压表测该用电器两端电压其示数为100 V【解题指导】解析本题应注意以下两点：(1)清楚正弦式交变电流的产生过程，注意两个特殊位置的特点。(2)区分交变电流的四个特征值，知道它们的适用情况。【解析】选A、D。根据交流电的瞬时表达式可知，Em=100 V，=100 rad/s，故交流电的周期为T= s=0.02 s，故A项正确；交流电的有效值为E= V=100 V，该电热丝消耗的电功率为P= W=100 W，故B项错误；在一个周期内电流方向改变2次，故1 s内电流方向改变次数为n=2=100次，故C项错误；电压表测量的为有效值，故示数为100 V，故D项正确。4.一只闭合的矩形线圈在匀强磁场

5、中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化图象如图所示，则下列说法正确的是()A.t=0时刻线圈平面与中性面重合B.t=0.1 s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大C.t=0.2 s时刻，线圈中有最大感应电动势D.若转动周期减小一半，则电动势也减小一半【解析】选A、B。矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当以线圈通过中性面时为计时起点，感应电动势瞬时表达式为e=Emsin t，由题图可知=mcos t，当最大时，e=0即e=0，当=0时，为最大即e=Em。所以A、B正确，C错误；由Em=NBS可知，周期减半时角速度增大一倍，则电动势就增大一倍，故D错误。5.某小型发电机产生的交变

6、电动势为e=50sin 100t(V)。对此电动势，下列表述正确的是()A.最大值是50 VB.频率是100 HzC.有效值是25 VD.周期是0.02 s【解析】选C、D。从中性面开始计时，交变电动势的表达式为e=Emsin t，因e=50sin 100t(V)，所以最大值Em=50 V，A错误；由=2f=100 rad/s得f=50 Hz，B错误；有效值E=25 V，C正确；T=0.02 s，D正确。二、计算题(本题共15分，需写出规范的解题步骤)6.如图所示，矩形线圈边长为ab=20 cm，ad=10 cm，匝数N=100匝，磁场的磁感应强度B=0.01 T。当线圈以50 r/s的转速从

7、图示位置开始逆时针匀速转动。求：(1)线圈中感应电动势瞬时值表达式。(2)从线圈开始转动起计时，经0.01 s时感应电动势的瞬时值。【解析】(1)根据角速度与转速的关系=2n=100 rad/s感应电动势的最大值Em=NBS=NB=2 V6.28 V刚开始转动时，线圈平面与中性面的夹角0=所以线圈中感应电动势的瞬时值表达式为e=Emsin(t+0)=6.28sinV。(2)将t=0.01 s代入感应电动势的瞬时值表达式，得e=-3.14 V。答案：(1)e=6.28sin V(2)-3.14 V(25分钟50分)7.(7分)如图所示，面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在磁感应强度为B的匀强

8、磁场中以角速度匀速转动，能产生正弦式交变电动势e=BSsin t的是()【解析】选A。线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)从中性面开始匀速转动时，产生的正弦式交变电动势为e=BSsin t，由这一原理可判断，A图中感应电动势为e=BSsin t，选项A正确；B图中的转动轴不在线圈所在平面内，C、D图中的转动轴与磁场方向平行，而不是垂直，线圈转动过程中穿过线圈的磁通量均为零且保持不变，不能产生感应电动势。故选A。8.(7分)如图甲所示，标有“220 V40 W”的灯泡和标有“20 F300 V”的电容器并联到交流电源上，为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关。

9、下列判断正确的是()A.t=时刻，的示数为零B.灯泡恰好正常发光C.电容器不可能被击穿D.的示数保持110 V不变【解析】选B。的示数应是电压的有效值220 V，故A、D错误；电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压，灯泡正常发光，B正确；电压的峰值Um=220 V311 V，大于电容器的耐压值，故电容器有可能被击穿，C错误。9.(7分)(多选)如图甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交变电流如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向，则()A.乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程B.乙图中c时刻对应甲图中的C图C.若乙图中d等于0.02 s，则1 s内电流的方向改

10、变了100次D.若乙图中b等于0.02 s，则交流电的频率为50 Hz【解析】选A、C。由交变电流的产生原理可知，甲图中的A、C两图中线圈所在的平面为中性面，线圈在中性面时电流为零，再经过个周期电流达到最大值，再由楞次定律判断出电流的方向，因此甲图中A至B图的过程电流为正，且从零逐渐增大到最大值，A正确；甲图中的C图对应的电流为零，B错误；每经过中性面一次线圈中的电流方向就要改变一次，所以一个周期内电流方向要改变两次，所以在乙图中对应Od段等于交变电流的一个周期，若已知d=0.02 s，则频率为50 Hz，1 s内电流的方向将改变100次，C正确；若乙图中b=0.02 s，则交流电的频率应该为

11、25 Hz，D错误。【总结提升】交变电流瞬时值表达式的求法(1)先求电动势的最大值Em=nBS。(2)求出角速度=。(3)明确从哪一位置开始计时，从而确定是正弦函数还是余弦函数。(4)写出瞬时值的表达式。10.(7分)(多选)如图所示，某电路上接有保险丝、交流电压表、“220 V900 W”的电饭锅及“220 V200 W”的抽油烟机。现接入u=311sin 100t(V)的交流电，下列说法正确的是()A.交流电压表的示数为311 VB.1 s内流过保险丝的电流方向改变100次C.电饭锅的热功率是抽油烟机热功率的4.5倍D.为保证电路正常工作，保险丝的额定电流不能小于5 A【解析】选B、D。由

12、u=311sin 100t(V)知，电压最大值Um=311 V，f= Hz=50 Hz，1 s内电流方向改变100次，电压有效值为U=220 V，故选项A错误，B正确；抽油烟机不是纯电阻元件，其热功率小于200 W，故选项C错误；电路正常工作时的总功率P=1 100 W，有I= A=5 A，故选项D正确。11.(7分)一只电阻分别通过四种不同形式的电流，电流随时间变化的情况如图所示，在相同时间内电阻产生热量最大的是()【解析】选D。选项A、B中交变电流的有效值都为 A，选项C中恒定电流的大小为1.5 A，选项D中交变电流的有效值为2 A，根据热量的表达式Q=I2Rt得出选项D正确。12.(15

13、分)如图所示，一个半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B。M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：(1)感应电动势的最大值。(2)从图示位置起转过圈的时间内，负载电阻R上产生的热量。(3)从图示位置起转过圈的时间内，通过负载电阻R的电荷量。(4)电流表的示数。【解析】(1)线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流。此交变电动势的最大值为Em=BS=B2n=2Bnr2。(2)在线圈从图示位置转过圈的时间内，电动势的有效值为E=电阻R上产生的热量为Q=R=。(3)在线圈从图示位置转过圈的时间内，电动势的平均值为=通过R的电荷量q=t=t=。(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E，由有效值的定义得=T，解得E=故电流表的示数为I=。答案：(1)2Bnr2(2)(3)(4)