高三物理专题 交变电流类题目强化提能练原卷版文档格式.docx
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求金属棒在导轨上从x=0运动到x=3m的过程中,外力必须做多少功?
(三)导体棒在匀强磁场中振动
导体棒在匀强磁场中沿平行导轨平动切割磁感线时,棒的速度按正弦规律变化,则棒中会产生正弦交变电流。
[例3] 在竖直方向上、磁感应强度大小B=5T的匀强磁场中,水平放置两平行光滑金属导轨MN和PQ,导轨宽度L=1m,导轨一端接有定值电阻R=10Ω,一导体棒垂直于导轨放置,导体棒在周期性驱动力的作用下,在ab和a′b′范围内做简谐运动,其速度随时间的变化规律为v=2sin3.14t(m/s),求在10s内电阻R上产生的热量。
(导体棒和导轨的电阻均不计)
(四)导体棒在不均匀磁场中平动
导体棒在磁场中匀速平动切割磁感线,在棒的平动方向上,磁场按照正弦规律变化,则棒中会产生正弦交变电流。
[例4] 如图所示,矩形裸导线框长边的长度为2L,短边的长度为L,在两个短边上均接有电阻R,其余部分电阻不计,导线框一长边与x轴重合,左端的坐标x=0,线框处在一垂直于线框平面的磁场中,磁感应强度满足关系式B=B0sin
。
一光滑导体棒AB与短边平行且与长边接触良好,电阻也是R。
开始时导体棒处于x=0处,之后在沿x轴方向的力F作用下做速度为v的匀速运动。
求导体棒AB从x=0到x=2L的过程中力F随时间t的变化规律。
(五)线圈处于周期性变化的磁场中
闭合线圈垂直于匀强磁场,线圈静止不动,磁场按正弦规律做周期性变化,则线圈中会产生正弦交变电流。
[例5] 边长为a、匝数为n的正方形导线框置于均匀分布的磁场区域内,磁感应强度的方向与线框平面垂直,如图甲所示,磁感应强度B随时间按图乙所示的正弦规律变化。
设导线框横截面的面积为S,电阻率为ρ,图像中所标物理量为已知量,求在时间t内(t≫T)线框中产生的热量。
[提能增分集训]
1.[多选]图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表。
线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。
以下判断正确的是( )
A.电流表的示数为10A
B.线圈转动的角速度为50πrad/s
C.0.01s时线圈平面与磁场方向平行
D.0.02s时电阻R中电流的方向自右向左
2.[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( )
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
3.(2020·
乌鲁木齐模拟)如图所示,闭合金属线框曲线部分恰好是半个周期的正弦曲线,直线部分长度为0.4m,线框的电阻为1Ω,若线框从虚线位置开始以2m/s的速度匀速进入足够大的匀强磁场(线框直线部分始终与磁场右边界垂直),这个过程中线框释放出的焦耳热为0.4J,线框中电流随时间变化的关系式为( )
A.i=2sin10πt(A) B.i=
sin10πt(A)
C.i=2sin5πt(A)D.i=
sin5πt(A)
4.(2020·
临沂模拟)如图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的小灯泡L,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,便有电流通过灯泡。
若线圈往复运动的规律如图丙所示(
取向右为正),则下列判断正确的是( )
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时灯泡L中电流的方向为从D→L→C
5.[多选](2020·
西安质检)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1=10匝、n2=100匝,副线圈接有R=1000Ω的电阻,原线圈与电阻不计的导线圈构成闭合回路,其中圆形区域的面积为S=
m2。
在该圆形区域内有按如图乙所示的正弦规律变化的磁场垂直穿过,不计电流表内阻,下列说法正确的是提示:
B=B0sinωt,则当Δt→0时,
=B0ωcosωt( )
A.导线圈的电动势为20VB.导线圈的电动势为10
V
C.负载电阻R的电流为
AD.电流表的示数为
A
(二)综合深化——“交变电流”类题目强化提能练
1.通过一阻值R=100Ω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.12V B.4
C.15VD.8
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像如图乙曲线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2∶3
C.曲线a表示的交变电动势频率为100Hz
D.曲线b表示的交变电动势有效值为10V
3.(2015·
安徽高考)如图所示电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。
现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2A,电流表A2的示数增大了0.8A,则下列说法正确的是( )
A.电压表V1示数增大
B.电压表V2、V3示数均增大
C.该变压器起升压作用
D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
4.[多选](2020·
保定检测)如图所示,边长为L的正方形单匝线圈abcd,电阻为r,外电路的电阻为R,ab的中点和cd的中点的连线OO′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OO′轴匀速转动,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=
BL2ωsinωt
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.线圈转过一周的过程中,电阻R上产生的热量为Q=
5.如图所示为远距离交流输电的简化电路图。
发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。
在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2。
则( )
A.用户端的电压为
B.输电线上的电压降为U
C.理想变压器的输入功率为I12r
D.输电线路上损失的电功率为I1U
6.(2020·
安阳模拟)自耦调压变压器(可看成理想变压器)的电路如图甲所示,移动滑动触头P可改变副线圈匝数。
已知变压器线圈总匝数为1900匝,原线圈为1100匝,接在如图乙所示的交流电源上,电压表为理想电表。
A.P向下移动时,变压器的输入功率变大
B.P向上移动时,电压表的最大示数为220V
C.P向下移动时,原、副线圈的电流之比减小
D.交流电源电压瞬时值的表达式为u=220sin100πt(V)
7.[多选]某发电厂原来用电压为U1的交流电输电,后改用变压比为1∶50的升压变压器将电压升高后输电,输送的电功率保持不变。
若输电线路的电阻为R,则提高电压后( )
A.输电线上的电流减小为原来的
B.输电线上的电流增大为原来的50倍
C.输电线上的功率损耗减小为原来的
D.输电线上的功率损耗增大为原来的2500倍
8.[多选](2020·
哈尔滨六中期末)如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈总电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R。
在线圈由图示位置转过90°
的过程中( )
A.磁通量的变化量ΔΦ=NBS
B.平均感应电动势
=
C.通过电阻R的电荷量q=
D.电阻R上产生的焦耳热QR=
9.(2020·
辽宁五校联考)图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。
原线圈接正弦交变电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。
现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。
下列说法正确的是( )
A.输入电压u的表达式u=20
sin(50πt)V
B.只断开S2后,L1、L2均正常发光
C.只断开S2后,原线圈的输入功率增大
D.若将S1换接到2,R消耗的电功率为0.8W
10.[多选](2020·
济南调研)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈的中心抽头,图中电表均为理想的交流电表,定值电阻R=10Ω,其余电阻均不计。
从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压,则下列说法正确的是( )
A.当单刀双掷开关与a连接时,电流表的示数为2.2A
B.当单刀双掷开关与a连接且t=0.01s时,电流表示数为零
C.当单刀双掷开关由a拨到b时,原线圈的输入功率变为原来的4倍
D.当单刀双掷开关由a拨到b时,副线圈输出电压的频率变为25Hz
11.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为5∶1,原线圈输入交变电压u=220
sin100πt(V),在副线圈中接有理想电流表和阻值为10Ω的定值电阻R,电容器C并联在电阻R两端,下列说法中正确的是( )
A.副线圈输出电压有效值为44
B.电流表示数为4.4A
C.电容器的耐压值至少为44V
D.电阻R消耗的电功率为193.6W
12.如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1,V、R和L分别是电压表、定值电阻和电感线圈,D1、D2均为灯泡。
已知原线圈两端电压u按图乙所示正弦规律变化,下列说法正确的是( )
A.电压表示数为62.2V
B.电压u的表达式u=311sin100πt(V)
C.仅增大电压u的频率,电压表示数增大
D.仅增大电压u的频率,D1亮度不变,D2变亮
13.[多选](2020·
福州质检)如图甲所示电路中,电阻R的阻值为484Ω,C为电容器,L为直流电阻不计的自感线圈,开关S断开,现通以如图乙所示的电压u,下列说法正确的是( )
A.电阻R两端的电压为155.5V
B.电压表的示数为220V
C.电阻R消耗的功率小于50W
D.为保证闭合开关S后电容器不被击穿,该电容器的耐压值不得小于311V
14.[多选](2020·
安徽“十校”联考)如图所示是一个判定电源性质的仪器,电感L自感系数很大,下列说法正确的是( )
A.若接通电源后只有绿灯亮,则A、B之间可能是直流电源
B.若接通电源后只有绿灯亮,则A、B之间一定是交流电源
C.若接通电源后只有红灯亮,则A、B之间一定是直流电源,且A端接电源负极
D.若接通电源后只有黄灯亮,则A、B之间一定是直流电源,且A端接电源负极
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