【物理】2020届信阳一高一轮复习人教新课标版选修3-25-2描述交变电流的物理量限时过关练（解析版) 13页

信阳一高2020年高考物理一轮复习限时过关练：选修3-25.2描述交变电流的物理量（解析版)‎ ‎1．美国等国家的家庭电路交变电压的瞬时表达式为u=110sinl20πt(V)，则（　　）‎ A.当时，‎ B.用电压表测该电压其示数为 C.该交流电的频率为60Hz，电流方向每杪改变60次 D.将该电压加在的电阻两端，则该电阻消耗的电功率55W ‎2．如图所示，两根电阻可忽略的平行金属导轨一端接阻值为R的电阻，另有一长为L、阻值为r的金属棒在外力作用下沿平行于导轨方向运动，其速度与时间的关系为v=v0sin100πt，金属棒在运动过程中始终处于垂直轨道平面向里的匀强磁场当中，磁感应强度大小为B。则下列说法中正确的是 A.通过R的电流为正弦交变电流，电流的周期为0.01 s B.t=0时，电阻两端的电压为 C.磁通量变化率的最大值为BLv0‎ D.t=0.005 s时电流改变方向 ‎3．如图所示为一交变电流随时间变化的图象，此交流电的有效值是 ‎ A‎.5‎ A B‎.5 A C.‎3.5‎ A D.‎‎3.5 A ‎4．匀强磁场中有一长方形导线框，分别以相同的角速度绕如图a、b、c、d所示的固定转轴，用Ia、Ib、Ic、Id表示四种情况下线框中电流的有效值，则（）‎ A.Ia=Id B.Ia＞Ib C.Ib＞Ic D.Ic=Id ‎5．图甲所示为小型交流发电机电路示意图，电阻为的矩形线圈在磁感应强度为的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与右侧电路连接，右侧电路中定值电阻,其他电阻不计。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，闭合开关,线圈转动过程中理想交流电压表示数是,图乙是矩形线圈磁通量随时间变化的图像，则下列说法正确的是( )‎ A.电阻上的热功率为 B.时两端的电压瞬时值为零 C.线圈产生的感应电动势随时间变化的规律是 D.线圈开始转动到的过程中，通过的电荷量为 ‎6．如图甲所示为交流发电机的原理图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′逆时针匀速转动，匝数n=100匝，电阻为r=1Ω的线圈两端经集流环和电刷与电路连接，定值电阻R1=6Ω，R2=3Ω，其他电阻不计。从线框与磁场方向平行位置开始计时，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示变化，线圈转动过程中理想电压表的示数为2V。下列说法中正确的是（）‎ A.在t=2.0s时，感应电动势瞬时值为3V B.矩形线圈中感应电流的有效值为‎1.5A C.t=2.0s时，线圈中感应电流的方向为a→b→c→d D.100匝线圈中的磁通量随时间t变化规律为=sin（100πt）×10-4Wb ‎7．单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图象如图所示。下列说法正确的是（　　）‎ A.时刻线框平面与中性面垂直 B.从0到过程中通过线框某一截面的电荷量为 C.线框转一周产生的热量为 D.从到过程中线框的平均感应电动势为 ‎8．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0.01s B.电压的最大值是311V C.电压的有效值是220V D.电动势的瞬时值表达式 ‎9．如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，其电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线O′O恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B.若线圈从图示位置开始以角速度ω绕轴O′O匀速转动，则以下判断正确的是 ‎ A.图示位置线圈中的感应电动势最大，为Em＝BL2ω B.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt C.线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝‎ D.线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝‎ ‎10．如图所示，一正方形线圈边长为L,电阻为r，以ab边为轴匀速转动，角速度为，周期为T,整个区域存 在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，M、N是两个集流环，负载电阻为R，电流表、连接导线电阻均不计。下列说法正确的是 A.线圈产生的电动势最大值为 B.电流表示数为 C.电阻R 两端电压有效值为 D.从图示位置开始计时，经，通过负载R 的电荷量为 ‎11．如图所示为一交流发电机的原理示意图，其中矩形线圈abcd的边长ab=cd=‎50cm，bc=ad=‎20cm，匝数n=100，线圈的总电阻r=0.20，线圈在磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动，角速度=100 rad/s。线圈两端通过电刷E、F与阻值R=4.8的定值电阻连接。计算时取3.‎ ‎（1）当线圈经过中性面时，线圈中感应电动势为零，试说明原因。‎ ‎（2）从线圈经过中性面开始计时，写出线圈中感应电动势随时间变化的函数表达式；‎ ‎（3）求此发电机在上述工作状态下的输出功率；‎ ‎12．如图所示，一交流发电机线圈共50匝，ab=‎0.2m，bc=‎0.1m，总电阻为10Ω，在B=T的匀强磁场中从磁通量最大位置开始以100r/s的转速匀速转动，外电路中接有R=40Ω的电阻，当线圈转过周期时，求：‎ ‎（1）若线框从通过中性面时开始计时，写出回路中电流随时间变化的关系式；‎ ‎（2）电压表的读数； ‎ ‎（3）这段时间内通过外电阻R的电荷量q；‎ ‎（4）在外电阻R上产生的焦耳热Q。‎ ‎ 参考答案 ‎1．D ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A.当t=0.1s时，u=0，但电压表示数为有效值220V，故A错误；‎ B.由于正弦交变电压的最大值为110V，所以有效值为110V，电压表显示的是有效值为110V，故B错误；‎ C.由ω=2πf=120π，得f=60Hz，矩形线圈在匀强磁场中每转一圈，电流方向改变两次，故电流方向每秒改变120次，故C错误；‎ D.将该电压加在220Ω的电阻两端，则该电阻消耗的电功率为：P==55W，故D正确。‎ ‎2．C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A．由法拉第电磁感应定律可知e= BLv=BLv0sinl00πt= Emsinl00πt，由此判断通过R的电流为正弦交变电流，其中Em=BLv0，=l00π= 2πf=，所以T=0.02s，A 错误；‎ B．t =0时，e=0，电动势瞬时值为0，B错误；‎ C．由法拉第电磁感应定律有,e=且 Em=BLv0，即磁通量变化率的最大值为BLv0，‎ 选项C正确；‎ D．t=0.005s时，e=BLv=BLv0，此时电流最大，没有改变方向，D错误。‎ ‎3．B ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 选择一个周期(0.02 s)的时间，根据交流电有效值的定义和焦耳定律，有：‎ I2R×0.02 ＝(4 )2R×0.01 ＋(3 )2R×0.01 ‎ 解得：‎ I＝‎‎5 A ACD. 由上计算得，此交流电的有效值是‎5A，ACD错误； ‎ B.由上计算得，此交流电的有效值是‎5A，B正确．‎ ‎4．AD ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 当线圈在磁场中旋转时，产生的最大感应电动势Em=BSω，而且最大值与转轴位置无关，因此各个不同的转轴产生的感应电动势相同，这样电流的有效值也相同，因此Ia=Ib=Ic=Id。 A．Ia=Id，与结论相符，选项A正确；‎ B．Ia＞Ib，与结论不相符，选项B错误；‎ C．Ib＞Ic，与结论不相符，选项C错误；‎ D．Ic=Id，与结论相符，选项D正确；‎ ‎5．CD ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题意可知考查交变电流变化规律，根据电磁感应规律、电路欧姆定律计算可得。‎ ‎【详解】‎ A．取R1R2分析，‎ 电阻上的热功率 故A错误；‎ B．时线圈磁通量变化率最大，产生电动势最大，回路中电流最大，所以两端的电压瞬时值不等于零，故B错误；‎ C．由闭合电路欧姆定律可得 电动势的最大值为 ，分析乙图可知周期 T=0.02s，‎ ‎ 磁通量随时间按正弦规律变化，则电动势随时间余弦规律变化，所以线圈产生的感应电动势随时间变化的规律是 ‎，‎ 故C正确；‎ D．由 可得最大磁通量 线圈开始转动到时，磁通量 ‎，‎ 该过程中 则 ‎ ，‎ 故D正确。‎ ‎【点睛】‎ 磁通量随时间按正弦规律变化，则电动势、电流随时间按余弦规律变化，根据乙图可求得交变电流的周期、角速度，根据闭合电路欧姆定律可求得源电动势有效值。计算热量时用有效值，计算电量时要用电流的平均值。‎ ‎6．AD ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A．由乙图可知线圈匀速转动的周期T= 0.02 s，在t=2.0 s时，线圈经历了 100个周期，线圈 平面与磁场平面平行，产生的感应电动势最大，根据并联电路的特点可知 R==2Ω 线圈产生的感应电动势的有效值 E==3V 最大值 Em=E=3V A正确；‎ B．根据闭合电路欧姆定律有 I==‎‎1A B错误；‎ C．t=2.0s时，线圈平面与磁场平面平行，根据右手定则可得电流方向为d→c→b→a，C错误；‎ D．感应电动势最大值为Em=nBS，解得 BS=×10-4Wb 故线圈中的磁通量随时间t变化规律为 ‎（t）=sin（l00πt）×10-4Wb D正确。‎ ‎7．ABC ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A. 由图可知在时刻，线框的磁通量为零，所以线框平面处在垂直中性面的位置，故A正确；‎ B. 从0到过程中，通过线框某一截面的电荷量为 故B正确。‎ C. 由图可得磁通量的最大值为Φm，周期为T，所以圆频率为，可知线框感应电动势的最大值为 由于此线框在磁场绕轴转动时产生的电流为正弦交流电，故其电动势的有效值为 由于线框匀速转动，线框产生的焦耳热 ‎ 故C正确。‎ D. 从到过程中 ‎△Φ=Φm-0=Φm 可得平均电动势为 故D错误。‎ ‎8．BC ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ AB．由图可知，交流电的周期T=0.02s，电压的最大值Em=311V，故A错误，B正确；‎ C．交流电的有效值 故C正确；‎ D．角速度 电动势的瞬时值表达式 故D错误。‎ ‎9．BD ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A.题图所示位置，线圈中通过的磁通量最大，但感应电动势为零，A错误；‎ B.线圈所围成的闭合电路中产生的感应电动势最大值为：‎ Em＝ BL2ω 故对应的瞬时值表达式为：‎ e＝ BL2ωsin ωt B正确；‎ C.由：‎ q＝‎ 可得线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量：‎ q＝‎ C错误；‎ D.电阻R上产生的热量应利用有效值求解，即转动一周的过程中产生的热量：‎ Q＝‎ ‎ D正确．‎ ‎10．AC ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A．线圈绕转轴匀速转动时，在电路中产生按正弦规律变化的交变电流，由最大值表达式可知：‎ 故A正确.‎ BC．电动势的有效值为：‎ 则电流表示数为：‎ R两端电压有效值为：‎ 故B错误，C正确.‎ D．从图示位置开始计时，经，通过负载R的电荷量为：‎ 故D错误.‎ ‎11．（1）有效切割速度为零（或磁感应强度变化率为零） （2）e=150sin300t（V）（3）2160W ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）因为当线圈经过中性面时线圈运动方向与磁感线平行，此时有效切割速度为零（或磁感应强度变化率为零），所以线圈中感应电动势为零 ‎（2）线圈产生感应电动势的最大值 ‎ ‎ 从线圈经过中性面开始计时，写出线圈中感应电动势随时间变化的函数表达式 e=150sin300t（V）‎ ‎（3）线圈中感应电动势的有效值 此发电机在上述工作状态下的输出功率 代入数据解得：P=2160W ‎12．（1）2sin200πt（A）；（2）56.6V；（3）3.210‎-3C；（4）0.20J ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）根据=2πn得：角速度=200πrad/s 电动势最大值为：‎ Em=NBS=500.20.1200πV=100V 从通过中性面时开始计时，感应电动势的瞬时值为：‎ e=100sin200πt 回路中电流的瞬时值为：‎ i=sin200πt=sin200πt=2sin200πt（A）‎ ‎（2）电压表的读数为UR==V=56.6V ‎（3）这段时间内通过外电阻R的电荷量q=N=N=‎50C=3.210‎‎-3C ‎（4）根据闭合电路欧姆定律，回路中的电流：‎ I===‎1.41A，即电流表的读数为‎1.41A 外电阻R上产生的焦耳热Q=I2R= I2R=1.41240J=0.20J