届高考物理人教版第一轮复习课时作业 32101交变电流的产生和描述.docx
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届高考物理人教版第一轮复习课时作业32101交变电流的产生和描述
第十章交变电流传感器
第1课时 交变电流的产生和描述
基本技能练
1.如图所示,面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动,能产生正弦交变电动势e=BSωsinωt的图是
( )
解析 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)匀速转动,产生的正弦交变电动势为e=BSωsinωt,由这一原理可判断,A图中感应电动势为e=BSωsinωt;B图中的转动轴不在线圈所在平面内;C、D图转动轴与磁场方向平行,而不是垂直。
答案 A
2.一个电炉上标有“220V,1.5kW”,那么为了使它正常工作,所使用的正弦交流电应是
( )
A.电压最大值为220V,电流最大值约为9.6A
B.电压最大值为311V,电流最大值约为6.8A
C.电压有效值为220V,电流有效值约为6.8A
D.电压有效值为311V,电流有效值约为9.6A
解析 电压有效值为220V,最大值约为311V,电流有效值约为I=P/U=6.8A,最大值约为9.6A,选项C正确。
答案 C
3.(多选)如图1所示,是一个匝数n=10匝的线圈在匀强磁场中沿垂直于磁场方向的固定轴转动时,通过线圈平面的磁通量随时间变化的图象。
关于线圈中的感应电动势,以下说法正确的是
( )
图1
A.在t1=0.1s时,线圈中的感应电动势最大
B.在t2=0.2s时,线圈中的感应电动势最大
C.在t3=0.3s时,线圈中的感应电动势改变方向
D.在t4=0.4s时,线圈中的感应电动势改变方向
解析 由题图可知,在t1=0.1s时,线圈中的磁通量最大,线圈转到中性面,感应电动势为零,A错;在t2=0.2s时,线圈中的磁通量为零,线圈平面跟磁场平行,感应电动势最大,B对;在t3=0.3s时,线圈中磁通量又达到最大值,感应电动势为零,方向发生改变,C对;t4=0.4s前后,线圈中的感应电动势的方向不变,D错。
答案 BC
4.(2014·北京朝阳区一模)一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图2所示。
由图可知该交变电流
( )
图2
A.周期为0.125s
B.电压的有效值为10
V
C.电压的最大值为20
V
D.电压瞬时值的表达式为u=10
sin8πt(V)
解析 由图象可知,交变电流的周期为0.250s,A错误;电压的有效值U=
V=10
V,B正确;电压的最大值为20V,C错误;电压瞬时值的表达式为u=20sin8πt(V),D错误。
答案 B
5.(2014·宁波正始中学检测)某交变电压为u=8sin(157t)V,则
( )
A.用此交流电作打点计时器的电源时,打点周期为0.02s
B.此交流电可作为电磁打点计时器的工作电源
C.把额定电压为8V的小灯泡接在此电源上,小灯泡正常发光
D.把击穿电压为6V的电容器接在此电源上,电容器正常工作
解析 根据u=8sin(157t)V可知
=157rad/s,解得周期为T=0.04s,选项A错误;电磁打点计时器所接交流电源的频率不一定是50Hz,若用该交流电作为电源,则打点时间间隔为0.04s,选项B正确;额定电压8V指的是有效值,选项C错误;电容器击穿电压为6V,比最大值8V要小,因此该电容器不能正常工作,选项D错误。
答案 B
6.(多选)(2014·贵州六校联盟一模)如图3所示,一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动,转动周期为T0。
线圈产生的电动势的最大值为Em,则
( )
图3
A.线圈产生的电动势的有效值为
Em
B.线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为
C.线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为Em
D.经过2T0的时间,通过线圈电流的方向改变2次
解析 线圈转动产生正弦交变电流,其电动势的有效值为E=
,A错误;电动势的最大值Em=BSω=Φm×
,所以穿过线圈的磁通量的最大值Φm=
,B正确;线圈转动过程中磁通量变化率的最大值即为电动势的最大值,C正确;一个周期内电流的方向改变两次,两个周期内改变4次,D错误。
答案 BC
7.如图4所示,图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系.若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻,则经过1min的时间,两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为
( )
图4
A.1∶
B.1∶2C.1∶3D.1∶6
解析 电功的计算中,I要用有效值计算。
图甲中,由有效值的定义得
2R×2×10-2+0+
2R×2×10-2=I
R×6×10-2
得I1=
A
图乙中,I的值不变,I2=1A
由W=UIt=I2Rt可以得到W甲∶W乙=1∶3。
答案 C
8.如图5所示,N匝矩形导线框以角速度ω绕对称轴OO′匀速转动,线框面积为S,线框电阻、电感均不计,在OO′左侧有磁感应强度为B的匀强磁场,外电路接有电阻R,理想电流表A,那么可以确定的是
( )
图5
A.从图示时刻起,线框产生的瞬时电动势为e=NBωSsinωt
B.交流电流表的示数I=
NBSω
C.R两端电压的有效值U=
NBS
D.一个周期内R的发热量Q=
解析 线框始终只有一半面积在磁场中,故瞬时电动势为e=(
)sinωt,电压有效值为U=
=
,交流电流表示数I=
=
,A、C错误,B正确;一周期内R的发热量Q=
T=
×
=
,D错误。
答案 B
能力提高练
9.一个小型电热器若接在输出电压为10V的直流电源上,消耗电功率为P;若把它接在某个正弦式交流电源上,其消耗的电功率为
。
如果电热器电阻不变,则此交流电源输出电压的最大值为
( )
A.5VB.5
VC.10VD.10
V
解析 根据P=
,对直流电有P=
,对正弦式交流电有
=
,所以正弦式交流电的有效值为U′=
=
V,故交流电源输出电压的最大值Um′=
U′=10V,故选项C正确,选项A、B、D错误。
答案 C
10.(2014·浙江温州一模)某家用电路如图6所示,A、B间接有保险丝、交流电压表、“220V,880W”的电饭锅及“220V,220W”的抽油烟机。
现接入电压u=311sin100πt(V)的交流电,以下说法正确的是( )
图6
A.交流电压表的示数为311V
B.电饭锅发热功率是抽油烟机发热功率的4倍
C.电路要正常工作,保险丝的额定电流不能小于5A
D.1min抽油烟机和电饭锅消耗的电能共为6.6×103J
解析 交流电压表的示数为有效值,若不考虑保险丝的电阻,交流电压表的示数为
V=220V,A错误;由公式P=UI知电路要正常工作,干路中电流为5A,所以保险丝的额定电流不能小于5A,C正确;电饭锅是纯电阻元件,抽油烟机是非纯电阻元件,B错误;1min抽油烟机消耗的电能为W=Pt=1.32×104J,D错误。
答案 C
11.(多选)面积都为S且电阻相同的正方形线圈和圆形线圈,分别放在如图7所示的磁场中,图甲中是磁感应强度为B0的匀强磁场,线圈在磁场中以周期T绕OO′轴匀速转动,图乙中磁场变化规律为B=B0cos
,从图示位置开始计时,则
( )
图7
A.两线圈的磁通量变化规律相同
B.两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同
C.经相同的时间t(t>T),两线圈产生的热量相同
D.从图示位置时刻起,经
时间,流过两线圈横截面的电荷量相同
解析 图甲中通过线圈的磁通量变化规律为Φ甲=B0Scos
t,图乙中通过线圈的磁通量变化规律为Φ乙=B0Scos
t。
由于两线圈的磁通量变化规律相同,则两线圈中感应电动势的变化规律相同,达到最大值的时刻也相同,有效值E也相同。
又因两线圈电阻相同,所以Q=
t也相同。
经过
时间,流过两线圈横截面的电荷量q=
·
也相同,故选项A、C、D正确。
答案 ACD
12.如图8所示,在xOy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场,第四象限有垂直坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度的大小均为B。
直角扇形导线框半径为L、总电阻为R,在坐标平面内绕坐标原点O以角速度ω匀速转动。
线框从图中所示位置开始转动一周的过程中,线框内感应电流的有效值是
( )
图8
A.I=
B.I=
C.I=0D.I=
解析 从图示位置转过90°角的过程中,即在0~
时间内,线框中的感应电动势为E=
BL2ω,感应电流沿顺时针方向;在转过90°至180°的过程中,即在
~
时间内,线框中的感应电动势仍为E=
BL2ω,感应电流沿逆时针方向;在转过180°至270°的过程中,即在
~
时间内,线框中的感应电动势仍为E=
BL2ω,感应电流沿逆时针方向;在转过270°至360°的过程中,即在
~T时间内,线框中的感应电动势仍为E=
BL2ω,感应电流沿顺时针方向。
根据有效值的定义知I=
。
答案 B
13.(多选)如图9甲所示,将阻值为R=5Ω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
( )
图9
A.电阻R两端电压变化规律的函数表达式为u=2.5sin(200πt)V
B.电阻R消耗的电功率为1.25W
C.如图丙所示,若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生,当线圈的转速提升一倍时,电流表的示数为1A
D.这一交变电流与图丁所示电流比较,其有效值之比为
解析 图乙所示电流的最大值为Im=0.5A,周期为T=0.01s,其角速度为ω=
=200πrad/s,由欧姆定律得Um=ImR=2.5V。
所以R两端电压瞬时值的表达式为u=2.5sin(200πt)V,选项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选项错误;○A的示数为有效值,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=nBSω为原来的2倍,电路中电流的有效值也是原来的2倍,为2×
A≠1A,选项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,故有效值之比为
,选项D正确。
答案 AD
14.(2014·山东临沂5月份三模)如图10甲所示是一种振动发电装置的示意图,一个半径r=0.10m、匝数n=20匝的线圈套在永久磁铁槽中,槽中磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右侧视图如图乙所示),线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B=
T,线圈的电阻R1=0.50Ω,它的引出线接有R2=9.50Ω的小电珠L,A为理想交流电流表。
当线圈框架的P端在外力作用下沿轴线做往复运动,便有电流通过电珠。
若线圈往复运动的规律如图丙所示(v取向右为正),则下列判断正确的是
( )
图10
A.电流表的示数为0.24A
B.0.01s时回路中的电流最大
C.回路中交流电的频率为50Hz
D.0.015s时电珠L中电流的方向为从D→L→C
解析 由E=BLv及v-t图可知,线圈往复运动所产生的感应电流为正弦式交流电,则Em=nB×2πrvm=2.4V,电流的有效值I=
=
A,选项A错;由图象可知T=0.02s,f=50Hz,选项C正确;t=0.01s时,v=0,所以I=0,选项B错;t=0.015s时,由右手定则可知,电流方向C→L→D,选项D错。
答案 C
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