2020高考物理單元卷 交變電流的產(chǎn)生及描述

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1、第四模塊 第10章 第1單元 一、選擇題 1．(2020年寧夏模擬)一正弦交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖13所示．由圖可知 (　　) 圖13 A．該交流電的電壓瞬時值的表達式為u＝100sin(25t) V B．該交流電的頻率為25 Hz C．該交流電的電壓的有效值為100 V D．若將該交流電壓加在阻值為R＝100 Ω的電阻兩端，則電阻消耗的功率是50 W 解析：從圖中可知，交流電周期T＝4×10－2 s，峰值電壓Um＝100 V，故交流電的頻率f＝＝25 Hz，有效值U＝＝50 V．加在R＝100 Ω的電阻上時的熱功率P＝＝50 W，瞬時值表達式u＝Ums

2、int＝100sin(50πt) V，故正確選項為B、D. 答案：BD 2．如下圖所示，面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，能產(chǎn)生正弦交變電動勢e＝BSωsinωt的圖是 (　　) 解析：線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸(軸在線圈所在平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的正弦交變電動勢為e＝BSωsinωt，由這一原則判斷，A圖和C圖中感應(yīng)電動勢均為e＝BSωsinωt；B圖中的轉(zhuǎn)動軸不在線圈所在平面內(nèi)；D圖轉(zhuǎn)動軸與磁場方向平行，而不是垂直．故AC正確． 答案：AC 3．如圖14所示，三個燈泡是相同的，而且耐壓足夠，電源內(nèi)阻忽略．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S接A時，

3、三個燈亮度相同，那么S接B時 (　　) 圖14 A．三個燈亮度相同 B．甲燈最亮，丙燈不亮 C．甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮 D．只有丙燈不亮，乙燈最亮 解析：開關(guān)S接A時，甲、乙、丙三個支路均有交流電通過．開關(guān)S接B時，電路處于直流工作狀態(tài)，電容C“隔直、通交”；電感L“阻交、通直”；R對交、直流有相同的阻抗．可判斷此時電路中I丙＝0，I甲不變，I乙增大；又因為燈泡亮度與熱功率(P＝I2R)成正比．所以只有丙燈不亮，乙燈最亮，故選D. 答案：D 4．矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交流電動勢的最大值為Em.設(shè)t＝0時線圈平面與磁場平行，當(dāng)線圈

4、的匝數(shù)增加一倍，轉(zhuǎn)速也增大一倍，其他條件不變時，交流電的電動勢為 (　　) A．e＝2Emsin2ωt　　　　　 B．e＝4Emsin2ωt C．e＝Emcos2ωt D．e＝4Emcos2ωt 解析：產(chǎn)生電動勢的最大值Em＝NBSω ω＝2nπ；n為轉(zhuǎn)速 當(dāng)N′＝2N；n′＝2n時，ω′＝2ω　Em′＝4Em， 所以交流電的電動勢的表達式為e＝4Emcos2ωt.故選D. 答案：D 5．電阻R1、R2與交流電源按照圖15所示甲方式連接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω.合上開關(guān)S后，通過電阻R2的正弦交變電流i隨時間t變化的情況如圖乙所示．則 (　　) A．通

5、過R1的電流有效值是1.2 A B．R1兩端的電壓有效值是6 V C．通過R2的電流最大值是1.2 A D．R2兩端的電壓最大值是6 V 圖15 解析：由i－t圖象可知，電流最大值Im＝0.6 A，有效值I＝＝0.6 A，因R1與R2串聯(lián)，則I1＝I＝0.6 A，U1＝IR1＝6 V，I2m＝Im＝0.6 A，U2m＝ImR2＝12 V，故A、C、D錯，B正確． 答案：B 6．(2020年山東卷)圖16甲、乙所示分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化．下列說法正確的是 (　　) 圖16 A．圖甲表示交流電，圖乙表示直流電 B．兩種電壓的有效值相

6、等 C．圖甲所示電壓的瞬時值表達式為u＝311sin100πt V D．圖甲所示電壓經(jīng)匝數(shù)比為10∶1的變壓器變壓后，頻率變?yōu)樵瓉淼? 解析：因大小和方向均隨時間做周期性變化的電流為交流電，故圖乙電壓表示的也為交流電，A錯誤；由圖象知，相同時刻U1>U2，故B錯誤；由圖甲知，該交流電壓是正弦交流電壓，Um＝311 V，T＝2×10－2 s，則瞬時值u＝Umsint V＝311sin100πt V，故C正確；因變壓器變壓后輸入電壓與輸出電壓的頻率相同，故D錯誤． 答案：C 7．如圖17所示，一單匝閉合線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中，線框中的最大磁通量為Φm，

7、最大感應(yīng)電動勢為Em，下列說法正確的是(　　) A．當(dāng)磁通量為零時，感應(yīng)電動勢也為零 B．當(dāng)磁通量減小時，感應(yīng)電動勢在減小 C．當(dāng)磁通量等于0.5Φm時，感應(yīng)電動勢等于0.5Em D．角速度ω等于 圖17 解析：當(dāng)磁通量為零時，線圈處在和中性面垂直的位置，此時感應(yīng)電動勢最大，A錯誤；當(dāng)磁通量減小時感應(yīng)電動勢反而在增大，B錯誤；當(dāng)磁通量等于0.5Φm時，線圈平面和磁場方向夾角為30°或150°，此時感應(yīng)電動勢的大小e＝BSωsin60°＝Em，C錯誤；根據(jù)BSω＝Φmω＝Em判斷D正確． 答案：D 8．將阻值為5 Ω的電阻接到內(nèi)阻不計的交流電源上，電源電動勢隨時間變化的規(guī)律如

8、圖18所示．下列說法正確的是 (　　) 圖18 A．電路中交變電流的頻率為0.25 Hz B．通過電阻的電流為 A C．電阻消耗的電功率為2.5 W D．用交流電壓表測得電阻兩端的電壓是5 V 解析：由周期與頻率的關(guān)系f＝知，f＝ Hz＝25 Hz；電壓的有效值U＝＝ V＝ V，通過電阻的電流I＝＝ A，電阻消耗的電功率為P＝＝ 2．5 W，交流電壓表所測電壓為有效值．故選C. 答案：C 9．如圖19(甲)所示，為電熱毯的電路圖，電熱絲接在u＝311sin100πt V的電源上，電熱毯被加熱到一定溫度后，通過裝置P使輸入電壓變?yōu)閳D(乙)所示的波形，從而進入保溫狀態(tài)，

9、若電熱絲電阻保持不變，此時交流電壓表的讀數(shù)是 (　　) 圖19 A．110 V B．156 V C．220 V D．311 V 解析：○V測的是交流電壓的有效值，設(shè)為U，則有： T＝·，解得U＝155.5 V，故B正確． 答案：B 10．如圖20甲所示電路，電阻R的阻值為50 Ω，在ab間加上圖乙所示的正弦交流電，則下面說法中錯誤的是 (　　) 圖20 A．交流電壓的有效值為100 V B．電流表示數(shù)為2 A C．產(chǎn)生該交流電的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度為3.14 rad/s D．如果產(chǎn)生該交流電的線圈轉(zhuǎn)速提高一倍，則電流表的示數(shù)也

10、增大一倍 解析：從圖象上可以看出，該交流電的電壓最大值為Um＝100V，則有效值為U＝ V＝100 V．電流表的示數(shù)為I＝＝ A＝2 A．從圖象上可以看出T＝0.02 s，據(jù)T＝得ω＝＝ rad/s＝314 rad/s.據(jù)交流電最大值表達式Um＝NBSω＝NBS2πn，若轉(zhuǎn)速n提高一倍，則最大值Um提高一倍，有效值也提高一倍，則電流表的示數(shù)也增大一倍．綜上可知，只有C選項錯誤． 答案：C 二、計算題 11．如圖21所示為一個小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈的長度ab＝0.25 m，寬度bc＝0.20 m，共有n＝100匝，總電阻r＝1.0 Ω，可繞與磁場方向垂直的軸OO′轉(zhuǎn)

11、動．線圈處于磁感應(yīng)強度B＝0.40 T的勻強磁場中，與線圈兩端相連的金屬滑環(huán)上接一個 “3.0 V,1.8 W”的燈泡．當(dāng)線圈以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，小燈泡消耗的功率恰好為1.8 W．則： 圖21 (1)推導(dǎo)發(fā)電機線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值的表達式Em＝nBSω(其中S表示線圈的面積)． (2)求線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω. (3)線圈以上述角速度轉(zhuǎn)動100周過程中發(fā)電機產(chǎn)生的電能． 解析：(1)線圈平面與磁場方向平行時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最大，設(shè)ab邊的線速度為v，該邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 E1＝BLabv 與此同時，線圈的cd邊也在切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E2＝BLcdv，線圈產(chǎn)生的

12、總感應(yīng)電動勢為Em＝n(E1＋E2)，因為Lab＝Lcd，所以Em＝n·2BLabv 線速度v＝ω·Lbc，故Em＝nBLab·Lbcω 而S＝LabLcd(S為線圈的面積)，Em＝nBSω. (2)設(shè)小燈泡正常發(fā)光時的電流為I，則I＝＝0.6 A 設(shè)燈泡正常發(fā)光時電阻為R，則R＝＝5.0 Ω 根據(jù)閉合電路歐姆定律得E＝I(R＋r)＝3.6 V 發(fā)電機的感應(yīng)電動勢最大值Em＝E，又因Em＝nBSω 所以ω＝＝ rad/s≈2.5 rad/s (3)發(fā)電機產(chǎn)生的電能Q＝IEt，t＝100 T＝100· 解得Q≈5.43×102 J 答案：(1)見解析　(2)2.5 rad/s

13、　(3)5.43×102 J 12．(2020年鄭州模擬)如圖22所示，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場．已知線圈的匝數(shù)n＝100匝，總電阻r＝1.0 Ω，所圍成矩形的面積S＝0.040 m2，小燈泡的電阻R＝9.0 Ω，磁感應(yīng)強度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達式為e＝nBmScost，其中Bm為磁感應(yīng)強度的最大值，T為磁場變化的周期，不計燈絲電阻隨溫度的變化，求： 圖22 (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感應(yīng)強度變化的0～時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量． 解析：(1)由圖象知，線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T＝3.14×10－2 s，所以Em＝nBmSω＝＝8.0 V. (2)電流的最大值Im＝＝0.80 A，有效值I＝＝ A，小燈泡消耗的電功率P＝I2R＝2.88 W. (3)在0～時間內(nèi)，電動勢的平均值＝， 平均電流＝＝， 流過燈泡的電荷量Q＝Δt＝＝4.0×10－3 C. 答案：(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)4.0×10－3 C