资源描述
专题10 交变电流一、单选1一矩形线圈绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是 A. 时刻线圈平面和磁感线平行；B. 时刻通过线圈的磁通量最大；C. 时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D. 时刻线圈平面和磁感线平行【答案】D 2一个线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为(V)。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100Hz B. 电动势的有效值为220VC. 电动势的峰值为220V D. t=0时，线圈平面与中性面垂直【答案】B【解析】由题可知，线圈的角速度为，故其频率为：，故A错误；由题知，该交流电的最大值为，则有效值为，故B正确，C错误；当t=0时e=0，此时线圈处在中性面上，穿过线圈的磁通量最大，故D错误，故选B.3如图所示，为一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电流的有效值是 A. B. C. D. 5A【答案】D【解析】设交流电电流的有效值为I，周期为T，电阻为R，则，解得：，故选D。4在匀强磁场中，阻值为的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图所示，现把交流电加在阻值为的电热丝上，下列说法正确的是 A. 线框转动的角速度B. 电热丝两端的电压为C. 时线框的磁通量变化率为零D. 线框产生的交变电流的方向每秒改变100次【答案】D【解析】由图知该交变电动势的周期T=0.02s，则频率为，则；由全电路欧姆定律可知电热丝两端的电压；t=0.005s时相瞬时电动势最大，故磁通量变化率最大；由于每个周期电流改变2次方向，由于，故每秒改变100次。综上分析D正确。5如图所示为一正弦交变电压随时间变化的图像，由图可知 A. 交流电的周期为2 sB. 用电压表测量该交流电压时，读数为311 VC. 交变电压的有效值为220 VD. 将它加在电容器上时，电容器的耐压值等于220 V【答案】C 6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=10sin(10t) V，则( ) A. 该交变电流的频率为10 HzB. 该电动势的有效值为10 VC. 外接电阻R所消耗的电功率为10 WD. 电路中理想交流电流表A的示数为/2A【答案】D【解析】由电动势瞬时值表达式可知=10rad/s，则该交变电流的频率：，故A错误；该电动势的有效值为，故B错误；电路中理想交流电流表A的示数为：，故D正确；外接电阻R所消耗的电功率为：，故C错误。所以D正确，ABC错误。7如图所示，一理想变压器原线圈匝数匝，副线圈匝数匝，原线图所接交流电源的电动势瞬时值表达式，副线圈所接电阻，电流表、电压表对电路影响可忽略不计，则（ ） A. 的示数约为B. 的示数约为C. 的示数约为D. 的示数约为【答案】A【解析】由题意可知，根据电压与匝数成正比得，根据电流与匝数成反比得，A正确8某发电站的输出功率为104 kW,输出电压为4 kV,通过理想变压器升压后向80 km远处的用户供电.已知输电线的电阻率为2.4108 m,导线横截面积为1.5104 m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%.则以下说法正确的是：（ ）A. 升压变压器的输出的电压为40 kV B. 输电线路上的电压损失为3.2 kVC. 输电线的电阻为12.8 D. 理想变压器原副线圈的匝数比为1:10【答案】B 9如图所示， 匝矩形闭合导线框处于磁感应强度大小为的水平匀强磁场中，线框面积为电阻为。线框绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，原副线圈匝数之比为，变压器副线圈接入一只额定电压为.电阻为的灯泡，灯泡正常发光。从线框通过中性面开始计时，下列说法错误的是（ ） A. 匀速转动过程中穿过线框的磁通量变化率最大值为B. 灯泡中的电流方向每秒改变次C. 变压器原线圈两端电压最大值为D. 线框中产生的感应电流表达式为【答案】C【解析】线圈在磁场中转动产生感应电动势，单匝线圈在磁场中产生的最大感应电动势为Em=BS，故A正确；交流电的周期，1s内完成周期性变化的次数，1个周期电流方向改变2次，所以灯泡中电流方向每秒改变，故B正确；根据变压器原副线圈中电压的特点可知，解得U1=2U，变压器原线圈两端电压最大值为，故C错误;副线圈中的电流，根据变压器原副线圈中电流与线圈匝数的关系可知，解得，故电流的最大值为，由于从中性面开始计时，故线框中产生的感应电流表达式为，故D正确；本题选择错误的，故选：C。10图甲所示的变压器原、副线圈匝数比为31，图乙是该变压器cd输入端交变电压u的图象，L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9 V,6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表以下说法正确的是( ) A. ab输入端电压的瞬时值表达式为Uab27sin 100t(V)B. ab输入端输入功率Pab18 WC. 电流表的示数为2 A，且四只灯泡均能正常发光D. 断开K，电压表V读数将变小【答案】C【解析】由输入端交变电压u的图象，可知其最大值为，有效值是27 V，副线圈电压为：UU1279 V，所以副线圈三只灯泡均能正常发光灯泡的额定电流：，电流表读数为，原线圈电流为，所以原线圈的灯泡也能正常发光，ab输入端电压为UabUU292736V，输入端电压的瞬时值表达式为Uabsin100t(V)，故A错误，C正确；四个灯泡都正常发光，所以ab输入端输入功率Pab4624 W，故B错误；若将K断开，则副线圈上的输出电流将减小，所以原线圈的输入电流减小，则流过灯泡L1的电流减小，L1上消耗的电压减小，所以原线圈上的电压将增大，即电压表V读数将变大，故D错误。所以C正确，ABD错误。二、多选11传统的自行车发电机内部电路如图甲所示，驱动轴一端与自行车车轮相连，另一端连接条形永磁铁，车轮转动过程中，驱动轴带动磁铁在铁芯之间匀速转动，发电机线圈两端产生的交变电压波形如图乙所示已知波形图中正负尖峰电压分别为Um和Um.两个相邻正负尖峰电压所对应的时间差为t，发电机线圈匝数为n.以下判断正确的是( ) A. 驱动轴转动的角速度B. 线圈电压的有效值UC. 穿过线圈磁通量变化率的最大值kmD. 相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值U【答案】AC【解析】根据题述两个相邻正负尖峰电压所对应的时间差为t，可得交变电流周期T=2t，驱动轴转动的角速度，选项A正确由于产生的交变电流不是按照正弦规律变化的，线圈电压的有效值不是，选项B错误根据法拉第电磁感应定律，感应电动势与磁通量变化率成正比，穿过线圈磁通量变化率的最大值，选项C正确电压的平均值，因为线圈转过一个完整的周期，磁通量变化量，所以电压平均值等于零，选项D错误。12一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈，通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入交变电流，滑动触头处于图示M位置时，灯泡L能正常发光。下列说法正确的是( ) A. 交流电源的频率变为100Hz时，可使灯泡变亮B. 减小电容器C的电容，可使灯泡变亮C. 将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，电压表示数变小且小于220VD. 将滑动触头从N点逆时针旋转到M点的过程中，电压表示数变大且大于220V【答案】AC【解析】A、在a、b间输入电压，可知交变电流的频率为50Hz，当交流电源的频率变为100Hz时，由于电容器对交变电流的阻碍作用减小，故可使灯泡变亮，故A正确；B、减小电容器C的电容，则对交变电流的阻碍作用增大，使灯泡变暗，故B错误；CD、根据变压器原理，知自耦变压器的原线圈匝数大于副线圈匝数时，输出电压小于220V，将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，自耦变压器的副线圈匝数减小，电压表示数变小，故C正确，D错误；故选AC。13如图所示，理想变压器原线圈接一正弦交流电源，副线圈的c端接一个二极管，假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻阻值无穷大。副线圈的b端为中心触头，ab、bc间线圈匝数相等。定值电阻阻值为r ，可变电阻的阻值为R可调，下列说法中正确的是（ ） A. 若R恒定，当K分别接b、c时，电压表读数之比为1:1B. 若R恒定，当K分别接b、c时，电流表读数之比为1:4C. 若R恒定，当K分别接b、c时，变压器输出功率之比为1:2D. 当K接b时，若Rr ，则可变电阻R消耗功率最大【答案】CD【解析】设原线圈两端电压为U1，副线圈两端电压为U2，原线圈匝数为n1，副线圈总匝数为n2，当K接B时， 解得：U2；当K接到C时，则U2，而因二极管的单向导电性，根据有效值得定义得：，即电压表得示数为：U2，所以电压表读数之比为：，故A错误；若R恒定，根据欧姆定律得，电流跟电压成正比，即当K分别接b、c时，电流表读数之比为，故B错误；若R恒定，根据P得，当K分别接b、c时，变压器输出功率之比为，故C正确；当K接b时，把定值电阻阻值为r等效为副线圈得内阻，当内外电阻相等时，即R=r时，电源输出功率最大，即可变电阻R消耗功率最大，故D正确；故选CD。14如图，发电机的电动势e678sin 100t V，变压器的副线圈匝数可调，触头P置于a处时，用户的用电器恰好得到220 V的电压，R表示输电线的电阻。下列说法正确的是( ) A. 电流的频率为50 HzB. 电压表V2的示数为220 VC. 电压表V1的示数为678 VD. 当用户的用电器功率增加时，要保持用户仍得到220 V的电压，触头P应向上滑【答案】AD 15如图甲所示，在远距离输电电路中，升压、降压变压器均为理想变压器，电表均为理想电表，发电厂的发电机线圈匝数为100匝，线圈的磁通量随时间变化的关系如图则 A. 原线圈中电压表示数为500VB. 用户端交流电的频率是50HZC. 当用户端的负载电阻增大时，原线圈中电流表示数增大D. 当用户端的负载电阻增大时，输电线上损失的功率减小【答案】BD【解析】A. 发电机电动势的最大值为Em=10010-2V=500V，原线圈中电压表示数等于发电机电动势的有效值V，故A错误； B. 由线圈的磁通量随时间变化的关系图，周期T=0.02s，频率f=1/T=50Hz，故B正确；C设原线圈输入电压和电流分别为U1和I1，升压变压器匝数比为1：n1，降压变压器匝数比为n2:1，线路电阻为R线，负载电阻为RL，则，得，当用户端的负载电阻增大时，输入电压U1不变，电流表示数即输入电流I1将减小，故C错误；C. 当用户端的负载电阻增大时，输电线上的电流I=I1/n1也减小，输电线损耗功率P线=I2R线将减小，故D正确。故选：BD三、解答16如图所示为一交流发电机的原理示意图，已知矩形线圈abcd的面积S=0.1m2，匝数N=100，线圈的总电阻r=1，线圈两端通过电刷E、F与阻值R=9的定值电阻连接线圈在磁感强度的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO 匀速转动，转速n=1200r/min不计电路中的其它电阻求： （1）线圈中感应电动势的最大值Em；（2）图中电压表的示数U；（3）线圈转动一圈过程中电阻R上产生的热量Q【答案】（1）（2）36V（3）7.2J【解析】（1）线圈转动的角速度为rad/s，线圈中感应电动势为，代入数据得：V；（2）感应电动势为:V，电压表的示数为，代入数据得：U=36V；（3）因为，代入数据得：Q=7.2J17如图甲所示，长、宽分别为L10.3m、L20.1m的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n100，总电阻为r1，可绕其竖直中心轴O1O2转动.线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D（集流环）焊接在一起，并通过电刷和阻值为2的定值电阻R相连.线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场，磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示.在时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；时刻以后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度匀速转动，求（运算结果中可保留）； （1）线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量；（2）求在时间内，通过电阻R的电荷量为多少？【答案】（1）（2）【解析】(1) 线框产生感应电动势的最大值 EmnB1L1L2 感应电动势的有效值EnB1L1L2 通过电阻R的电流的有效值I 线框转动一周所需的时间 此过程中，电阻R产生的热量QI2Rt=4210-2J 18如图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，匝数为100匝的矩形线圈abcd在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给外电路供电。外电路中M是额定电压为80 V、额定功率为160 W的小型电动机，R是电阻为的电热丝，D为理想二极管，具有单向导电性，在t=0时刻线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化，重力加速度取10 ms2，取3.14。 （1）求交流发电机产生的电动势的最大值；（2）当闭合、断开时，小型电动机正常工作，恰好将质量为3.2 kg的重物以4ms的速度匀速提起，则矩形线圈电阻及电动机内阻分别为多少?（3）当断开、闭合时，求在1分钟内电热丝产生多少热量?【答案】（1）（2）8；10（3）2700【解析】（1）根据图乙可知单匝线圈的磁通量最大值为，又（2）小型电动机正常工作，工作电流；由，解得；电动势的有效值；电源内阻（3）由于二极管的作用，一个周期内半个周期的时间内无电流，一分钟内只有30s时间通电；1分钟产生的总热量为；在电热丝产生的热量为。19如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U13 300 V，副线圈两端电压为U2220 V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的电压表V的示数U4 V求：(1)原线圈n1等于多少匝？(2)当开关S断开时，电流表A2的示数I25 A则电流表A1的示数I1为多少？(3)在(2)中情况下，当开关S闭合时，电流表A1的示数I1等于多少？ 【答案】（1）825匝；（2）A；（3）A； 【解析】（1）由电压与变压器匝数的关系可得：匝（2）当开关S断开时，由输入功率等于输出功率：可得 20在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失有一个电站，输送的电功率P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得在一昼夜（24小时）内在输电线上的损失为4800kWh（1）求这时的输电效率和输电线的总电阻r（2）若使输电效率提高到90%，又不改变输电线，那么应使用多高的电压输电？（3）在第（2）问的情况下，若用户得到电压为220V，则进入用户前的降压变压器的变压比为多大？【答案】(1) ， (2) (3) 【解析】（1）输送功率P=500KW, 一昼夜输送的电能E=Pt=12000终点得到的电能 效率 由P=UI得，输电线上的电流I=100A输电线损耗功率由得: （2）若使输电效率提高到90%，即输电线上损耗的功率为：由得 得输电电压应调为： （3）用户降压变压器的输入电压为：用户降压变压器的输出电压由得：
展开阅读全文