2019-2020年高考物理一轮复习 10.1交变电流的产生和描述课时提升作业 沪科版选修3-2.doc

2019-2020年高考物理一轮复习 10.1交变电流的产生和描述课时提升作业 沪科版选修3-2选择题(本题共8小题,16题每小题6分,7、8题每小题7分,共50分。多选题已在题号后标出)1.一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。在转动过程中,线框中的最大磁通量为m,最大感应电动势为Em,下列说法中正确的是()A.当磁通量为零时,感应电动势也为零B.当磁通量减小时,感应电动势也减小C.当磁通量等于0.5m时,感应电动势等于0.5EmD.角速度等于2.(xx福建高考)如图,实验室一台手摇交流发电机,内阻r=1.0,外接R=9.0的电阻。闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10sin10t(V),则()A.该交变电流的频率为10 HzB.该电动势的有效值为10VC.外接电阻R所消耗的电功率为10WD.电路中理想交流电流表的示数为1.0A3.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0,现外接一只电阻为95.0的灯泡,如图乙所示。则下列说法正确的是()A.电压表V的示数为220 VB.电路中的电流方向每秒钟改变50次C.灯泡实际消耗的功率为484 WD.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J4.(xx大纲版全国卷)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的变化如图所示。这段时间内电风扇的用电量为()A.3.910-2度B.5.510-2度C.7.810-2度D.11.010-2度5.(xx衡水模拟)如图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R=10连接,与电阻R并联的交流电压表为理想电压表,示数是10V。图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图像。则()A.电阻R上的电功率为20WB.0.02s时R两端的电压瞬时值为零C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1cos100t(V)D.通过R的电流i随时间t变化的规律是i=1.41cos50t(A)6.(多选)如图甲、乙分别表示两种电压的波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化。下列说法正确的是()A.图甲表示交流电,图乙表示直流电B.两种电压的周期相等C.两种电压的有效值相等D.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=311sin100tV7.(xx海南高考)通过一阻值R=100的电阻的交变电流如图所示,其周期为1s。电阻两端电压的有效值为()A.12 VB.4VC.15 VD.8V8.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流e=220sin100t(V),那么()A.该交变电流的频率是100HzB.当t =0时,线圈平面恰好与中性面垂直C.当t =s时,e有最大值D.该交变电流电动势的有效值为220V强化专练(建议：25分钟)强化点1：交流电的产生及图像1.(多选)一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知()A.该交流电的电压瞬时值的表达式为u=100sin(25t)VB.该交流电的频率为25HzC.该交流电的电压的有效值为100VD.若将该交流电压加在阻值为R=100的电阻两端,则电阻消耗的功率是50W2.将阻值为5的电阻接到内阻不计的交流电源上,电源电动势随时间变化的规律如图所示。下列说法正确的是()A.电路中交变电流的频率为0.25 HzB.通过电阻的电流为AC.电阻消耗的电功率为2.5 WD.用交流电压表测得电阻两端的电压是5 V3.(xx杭州模拟)为了研究交流电的产生过程,小张同学设计了如下实验构思方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中,线圈绕转轴OO1按图示方向匀速转动(ab向纸外,cd向纸内)。并从图甲所示位置开始计时。此时产生的交流电如图乙所示。第二次他仅将转轴移至ab边上,第三次他仅将转轴右侧的磁场去掉,关于后二次的电流图像,下列说法正确的是()A.第二次是A图B.第二次是C图C.第三次是B图D.第三次是D图4.(xx南通模拟)如图所示电路中,电源电压U=311sin100t(V),A、B间接有“220V440 W”的电暖宝、“220V220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是()A.交流电压表的示数为311VB.电路要正常工作,保险丝的额定电流不能小于3AC.电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍D.1min抽油烟机消耗的电能为1.32104J5.(多选)(xx抚州模拟)如图所示,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()A.交流电流表的示数I=NBSB.一个周期内通过R的电荷量q=C.R两端电压的有效值U=NBSD.图示位置电流表的示数为06.(xx南平模拟)如图甲是阻值为5的线圈与阻值为15的电阻R构成的回路。线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示。则()A.电压表的示数为14.14VB.通过电阻R的电流为0.707AC.电阻R上消耗的功率为3.75WD.通过电阻的电流方向每秒变化100次强化点2：交流电“四值”的计算7.(2011安徽高考)如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)。则线框内产生的感应电流的有效值为()A.B.C.D.8.通过某电流表的电流按如图所示的规律变化,则该电流表的读数为()A.4AB.4AC.5AD.5A答案解析素能全练1.【解析】选D。根据正弦式交变电流的产生及其变化规律：当磁通量最大时,感应电动势为零;当磁通量减小时,感应电动势在增大;磁通量减为零时,感应电动势最大。由此可知A、B项错误;设从线框位于中性面开始计时,则有e=Emsint,式中Em=BS。因m=BS,故角速度=,D项正确;设e=0.5Em,则解出t=。此时=BScos=BS=m,所以C项错误。2.【解析】选D。据=2f知该交流电的频率为5Hz,A错;该交流电电动势的最大值为10V,有效值E=10V,B错;I=1.0A,P=I2R=9W,C错,D对。3.【解析】选D。电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由图像知电动势的最大值Em=220V,有效值E=220V,灯泡两端电压U=209V,A错;由图像知T=0.02s,一个周期内电流方向改变两次,可知1s内电流方向改变100次,B错;灯泡消耗的实际功率P=W=459.8 W,C错;电流的有效值I=2.2A,发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q=I2rt=2.225.01J=24.2 J,D对。4.【解题指南】根据电流的变化情况分段计算电功。“度”是常用单位,1度=1 kWh。【解析】选B。测出的电流和电压均为交流电的有效值,在这段时间内用电量W=U(I1t1+I2t2+I3t3)=220(0.3600+0.4600+0.22400)J=1.98105J=5.510-2度,选项B正确。5.【解题指南】-t图像与-t(E -t)图像在数学上是互余关系,由-t图像可以得到E -t图像。【解析】选C。R上电功率P=10W,A错。0.02s时=0,最大,此时R两端的电压瞬时值最大,B错。R两端电压的最大值为10V,=100rad/s,因此R两端电压u=14.1cos100t(V),C正确。i=1.41cos100t(A),D错。故选C。6.【解析】选B、D。因图像的纵坐标上电压的正负表示电压的方向,因此两图均为交流电,A错;两图像的周期都是210-2s,故B对;对于正弦交流电才有U有效=,虽然两图的峰值相同,但图乙非正弦(余弦)交流电,不适用上式有效值的求法,故C错;正弦交流电电压瞬时值的表达式为u=Umsint,由图甲可知Um=311V,T=210-2s,可得=100,代入上式得u=311sin100tV,故D对。7.【解题指南】解答本题时应注意理解以下两点：(1)根据电流的热效应在一个周期内分段计算交变电流的有效值。(2)根据图像确定一个周期的时间。【解析】选B。根据图像,一个周期T=1s,设该交变电流的有效值为U,00.4s的时间间隔为t1=0.4s,0.40.5 s的时间间隔t2=0.1s,根据电流的热效应,由2(Rt1+Rt2)=,解得U=4V,B正确。【加固训练】电阻R1、R2和交流电源按照图甲所示方式连接,R1=10,R2=20。合上开关S后,通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t的变化情况如图乙所示。则()A.通过R1的电流的有效值是1.2AB.R1两端的电压有效值是6VC.通过R2的电流的有效值是1.2AD.R2两端的电压有效值是6V【解析】选B。通过R1和R2的电流的有效值都是0.6A,故A、C错,R2两端的电压有效值是12V,故D错,R1两端的电压有效值是6V,故B正确。8.【解析】选C。根据e=220sin100t(V)可知,交变电流的频率是50Hz,A错。当t=0时,e=0,线圈位于中性面,B错。将t=s代入e=220sin100t(V),可得e=220V,e有最大值,C对。交变电流电动势的有效值应为=220V,D错。【加固训练】(多选)如图甲所示,将阻值为R=5的电阻接到内阻不计的正弦交变电源上,电流随时间变化的规律如图乙所示,电流表串联在电路中测量电流的大小。对此,下列说法正确的是()A.电阻R两端电压变化规律的函数表达式为u=2.5sin200t(V)B.电阻R消耗的电功率为1.25WC.若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生,如图丙所示,当线圈的转速提升一倍时,电流表的示数为1AD.这一交变电流与图丁所示电流比较,其有效值之比为【解析】选A、D。图乙所示电流的最大值为Im=0.5A,由欧姆定律得Um=ImR=2.5V。周期为T=0.01s,=200rad/s,所以R两端电压的表达式为u=2.5sin200t(V),A正确;该电流的有效值为I=,电阻R消耗的电功率为P=I2R,解得P=0.625W,B错误;该交变电流由图丙所示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生,当转速提升一倍时,电动势的最大值Em=nBS为原来的2倍。电路中电流的有效值也是原来的2倍,为2A1 A。电流表的示数为有效值,C错误;图乙中的正弦交变电流的有效值为A。图丁所示的交变电流虽然方向发生变化,但大小恒为0.5A,可知D正确。【总结提升】交流电“四值”的三个注意点(1)准确理解和把握交流电“四值”的物理意义和计算方法。(2)最大值和有效值之间的倍关系,只适用于正(余)弦交流电,对于非正(余)弦交流电的有效值需根据等效原则具体求解,切不可乱套公式。(3)交流电的图像是高考重点,要注意与公式、发电机模型的对应联系。强化专练1.【解析】选B、D。从题图中可知,交流电周期T=410-2s,峰值电压Um=100V,故交流电的频率f=25Hz,有效值U=50V。加在R=100的电阻上时的热功率P=50W,瞬时值表达式u=Umsint=100sin(50t)V,故正确选项为B、D。2.【解析】选C。电路中交变电流的频率f=25Hz,A错;通过电阻的电流应为有效值I=A=A,用交流电压表测得电阻两端的电压是V,B、D错;电阻消耗的电功率P=I2R=2.5W,C对。3.【解析】选D。第二次将转轴移到ab边上产生感应电流,同第一次相同,第三次将OO1右侧磁场去掉,线圈在转动过程中只有一边切割,产生感应电动势最大值为原来的,因此选D。【加固训练】(多选)(xx南京模拟)如图所示的正方形线框abcd边长为L,每边电阻均为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度转动,c、d两点与外电路相连,外电路电阻也为r,则下列说法中正确的是()A.S断开时,电压表读数为BL2B.S断开时,电压表读数为BL2C.S闭合时,电流表读数为BL2D.S闭合时,线框从图示位置转过过程中流过电流表的电荷量为【解析】选B、D。电路中产生的感应电动势的最大值为Emax=BL2,有效值为E=BL2。当S断开时,电压表读数为Ucd=r=BL2,A选项错误,B选项正确;S闭合时,电压表的读数为Ucd=I=BL2,电流表读数为,C选项错误;S闭合时,线框从图示位置转过过程中流过电流表的电荷量为Q=t=t=t=,D选项正确。4.【解析】选D。由U=311sin100t(V)可知Em=311V,有效值E=220V,故交流电压表的示数为220V,A错误;流过电暖宝的电流为I1=2A,流过抽油烟机的电流为I2=1A,而流过保险丝的额定电流为交变电流的有效值,应为3A,B错误;电暖宝是纯电阻用电器,而抽油烟机是非纯电阻用电器,发热功率不是2倍关系,C错误;1min抽油烟机消耗的电能为W=Pt=1.32104J,D正确。5.【解题指南】二极管具有单向导电性,因此电路中只有正向电流,图像如图所示。【解析】选A、B。设回路中电流的有效值为I,由电流的热效应可知,()2RT=I2RT,I=,A正确,D错误。电阻R两端电压U=IR=,C错。一个周期内通过R的电荷量q=,B正确。【加固训练】如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像,当调整线圈转速后,所产生的正弦交流电的图像如图线b所示,以下关于这两个正弦交流电的说法错误的是()A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零B.线圈先后两次转速之比为32C.交流电a的瞬时值为u=10sin5t(V)D.交流电b的最大值为V【解析】选A。由题图可知t=0时刻感应电动势为零,穿过线圈的磁通量最大,选项A错误;由题图可知Ta=0.4s,Tb=0.6s,线圈先后两次转速之比nanb=TbTa=32,选项B正确;交流电a的瞬时值为u=Umsin(t),得u=10sin5t(V),选项C正确;感应电动势最大值Um=NBS=NBS(),所以UmaUmb=TbTa,交流电b的最大值为V,选项D正确。6.【解析】选B。由图像可得Em=20V,E=10V,电压表读数U=R=7.5V,A错;通过电阻R的电流I=A,B正确;R上消耗的功率P=I2R=7.5W,C错误。T=0.04s,f=25Hz,电流方向每秒变化50次,D错误。7.【解题指南】扇形线框在磁场中转动产生的电流并不是正弦交流电,在线框进入和离开磁场的过程中产生大小不变、方向不同的交流电,应根据电流热效应计算其等效电流值。【解析】选D。线框进入磁场和穿出磁场产生的感应电动势均为E=BL2,产生感应电动势的时间均为,由一个周期产生的电热Q=()2R2=I2RT,解得I=,选D。8.【解析】选C。由电流的热效应可得()2R+(3)2R=I2RT,解得I=5A,选C。