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1、交变电流的产生和描述交变电流的产生和描述 基础巩固题组(20 分钟，50 分) 1(多选)关于中性面，下列说法正确的是( ) A线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零 B线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大 C线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次 D线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一 次 解析：选 AC.中性面是线圈平面与磁感线垂直的位置，线圈经过该位置时，穿过线圈的 磁通量最大，各边都不切割磁感线，不产生感应电动势，所以磁通量的变化率为零，A 项正 确，B 项错误；线圈每经过一次中性
2、面，感应电流的方向改变一次，但线圈每转一周时要经 过中性面两次，所以每转一周，感应电流方向就改变两次，C 项正确，D 项错误 2一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时 间变化的图象如图甲所示，则下列说法正确的是( ) At0 时刻，线圈平面与中性面垂直 Bt0.01 s 时刻，的变化率最大 Ct0.02 s 时刻，交流电动势达到最大 D该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示 解析：选 B.由 t图象知，t0 时，最大，即线圈处于中性面位置，此时e0， 故 A、D 两项错误 ； 由图知T0.04 s，在t0.01 s 时，0，最大，e最大，则 B 项 t 正确；
3、在t0.02 s 时，最大，0，e0，则 C 项错误 t 3 (2018高考全国卷)一电阻接到方波交流电源上， 在一个周期内产生的热量为Q方； 若该电阻接到正弦交流电源上， 在一个周期内产生的热量为Q正该电阻上电压的峰值均为u0， 周期均为T，如图所示则Q方Q正等于( ) A1 B122 C12 D21 解析 ： 选D.方波交流电的电压有效值等于u0, 正弦交流电的电压有效值等于， 由Q u0 2 t得Q方T, Q正T, 所以Q方Q正21, 选项 D 正确 U 2有效 R u2 0 R ( u0 2) 2 R 4如图所示，表示一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电的有效值是( ) A5 A
4、 B3.5 A22 C3.5 A D5 A 解析：选 D.交流电的有效值是根据其热效应定义的，它是从电流产生焦耳热相等的角 度出发，使交流电与恒定电流等效设交流电的有效值为I，令该交变电流通过一阻值为R 的纯电阻，在一个周期内有：I2RTI RI R.所以该交流电的有效值为I 5 2 1 T 2 2 2 T 2 I2 1I2 2 2 A. 5电压u随时间t的变化情况如图所示，则电压的有效值为( ) A55 V B233.5 V10 C110 V D100 V1010 解析：选 A.由有效值的定义式得： T，得：U55 V，故选 ( 156 2) 2 R T 2 ( 311 2) 2 R T 2
5、 U2 R 10 项 A 正确 6(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象如图乙所示 以下判断正确的是( ) A电流表的示数为 10 A B线圈转动的角速度为 50 rad/s C0.01 s 时线圈平面与磁场方向平行 D0.02 s 时电阻R中电流的方向自右向左 解析 ： 选 AC.由题图乙知Im10 A，I10 A，A 正确T2102 s，2 Im 2 2 T 100 rad/s，B 错误t0.01 s 时，iIm，此时线圈平
6、面与磁场方向平行，C 正确由右 手定则判定 0.02 s 时电阻R中电流方向自左向右，D 错误 7(多选)如图甲所示，标有“220 V 40 W”的电灯和标有“20 F 300 V”的电容器 并联接到交流电源上，V 为交流电压表交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关下列 判断正确的是( ) At 时刻，V 的示数为零 T 2 B电灯恰正常发光 C电容器有可能被击穿 D交流电压表 V 的示数保持 110 V 不变2 解析：选 BC.交流电压表 V 的示数应是电压的有效值 220 V，故 A、D 错误；电压的有效 值恰等于电灯的额定电压，电灯正常发光，B 正确；电压的峰值 220 V311 V，大
7、于电容2 器的耐压值，故有可能被击穿，C 正确 能力提升题组(25 分钟，50 分) 1如图甲所示，一圆形金属线圈放置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，磁感 应强度为B0.现让线圈绕其一条直径以 50 Hz 的频率匀速转动， 较长时间t内产生的热量为Q； 若线圈不动，让磁场以图乙所示规律周期性变化，要在t时间内产生的热量也为Q，乙图中 磁场变化的周期T以 s 为单位，数值应为( ) A. B 1 50 2 50 C. D 2 25 1 25 解析：选 C.两种情况下，在相同时间内产生的热量相同，说明电压的有效值相同，现 让 线 圈 绕 其 一 条 直 径 以 50 Hz 的 频 率 匀 速
8、 转 动 ， 电 压 有 效 值 为E Em 2 BS 2 ；磁场以图乙所示规律周期性变化，电压有效值为E， B0r2 100 2 SB t r2B0 T 4 解得T s，选项 C 正确 2 25 2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 BL2 2R 2BL2 2R C. D 2BL2 4R BL2 4R 解析：选 D.线框的转动周期为T，而线框转动一周只有 的时间内有感应电流，此时感 T 4 应电流的大小为 ：I，
9、根据电流的热效应有 ： 2R I RT， 解得I 有 1 2BL 2 R BL2 2R( BL2 2R) T 4 2 有 ，故 D 正确 BL2 4R 3 (2019四川成都调研)如图所示，N匝矩形导线框以角速度绕对 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和理想电流表A，那么 可以确定的是 ( ) A从图示时刻起，线框产生的瞬时电动势为eNBSsin t B电流表的示数INBS 2 4R CR两端电压的有效值UNBS 2 D一个周期内R上产生的热量QNBS 2 R 解析 ： 选 B.线框始终只有一半面积在磁场中，
10、故瞬时电动势为esin t，电压 NBS 2 有效值为UNBS，电流表示数I NBS，A、C 错误，B 正确一个周期内的发热 2 2 U R 2 4R 量QI2RT 2R ，D 错误 ( 2 4R NBS) 2 NBS2 4R 4(多选)图甲为小型交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方 向的固定轴OO匀速转动，线圈的匝数n100、总电阻r5 ，线圈的两端与阻值为 95 的电阻R连接，交流电压表为理想电表t0 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若交流发电机产生的电动势的最大 值为Em，电压表的示数为U，则( ) AEm200 V，
11、U134 V BEm134 V，U95 V C通过电阻R的电流每秒内方向改变约 50 次 D电阻R实际消耗的功率为 190 W 解析：选 AD.交流发电机产生的电动势的最大值EmnBS，而mBS，由t图线 可知m2.0102 Wb，T2102 s，所以100 rad/s，Em200 V，电动势的有效 值E100 V，由闭合电路的欧姆定律，可知电路中电流的有效值I A，电 Em 2 2 E Rr 2 压表的示数为UIR134 V，故选项 A 正确，B 错误；由题图乙可知，周期T2102 s，频率f 16，故通过电阻R的电流每秒内方向改变约 32 次，选项 C 错误；电阻R消 1 T 耗的功率为P
12、I2R190 W，故选项 D 正确 5如图所示，一半径为L的导体圆环位于纸面内，O为圆 心环内两个圆心角为 90且关于O中心对称的扇形区域内分布 有匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B、 方向相反且均与纸面垂直导体杆OM可绕O转 动，M端通过滑动触点与圆环良好接触，在圆心和圆环间连有电阻R， 不计圆环和导体杆的电阻， 当杆OM以恒定角速度逆时针转动时，理想电流表 A 的示数为( ) A. B 2BL2 4R BL2 4R C. D 2BL2 2R BL2 2R 解析 ： 选 A.OM切割磁感线产生的电动势E，OM切割磁感线时产生的感应电流I BL2 2 ，设电流的有效值为I有效，则IRT2I
13、2RT，解得I有效，选项 A 正确 E R 2有效 1 4 2BL2 4R 6 (2019山东潍坊实验中学模拟)如图所示为某小型交流发电机 的示意图，其矩形线圈abcd的面积为S0.03 m2，共有 10 匝，线圈 总电阻为r1 ， 线圈处于磁感应强度大小为 T 的匀强磁场中， 可 2 2 绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO转动， 线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路 电阻R9 的连接在外力作用下线圈以 10 rad/s 绕轴OO匀速转动时，下列说法中 正确的是( ) A电阻R的发热功率是 3.6 W B交流电流表的示数是 0.6 A C用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔
14、一定为 0.02 s D如果将电阻R换成标有“6 V 3 W”字样的小灯泡，小灯泡能正常工作 解析：选 B.感应电动势最大值：EmnBS10100.03 V6 V，电动势 2 2 2 有效值 ：E6 V； 电路中的电流 ：I A0.6 A，则交流电流表的示数是 Em 2 E Rr 6 91 0.6 A，选项 B 正确 ； 电阻R的发热功率是PRI2R3.24 W，选项 A 错误 ； 交流电的周期 ：T s0.2 s， 则用该交流发电机给电磁打点计时器供电时， 打点的时间间隔一定为 0. 2 2 2 10 s，选项 C 错误 ； 如果将电阻R换成标有“6 V 3 W”字样的小灯泡，灯泡的电阻RL
15、 U2 P 12 ， 灯泡两端的电压ULRL12 V5.54 V， 故小灯泡不能正常工作， 36 3 E RLr 6 121 选项 D 错误 7 (2019南师附中)如图所示， 两根间距为 20 cm 的无限长光滑金属导轨， 电阻不计，2 其左端连接一阻值为 10 的定值电阻， 两导轨之间存在着磁感应强度为 1 T 的匀强磁场， 磁 场边界虚线为正弦曲线的一部分， 一阻值为 10 的光滑导体棒， 在外力作用下以 10 m/s 的 速度匀速向右运动(接触电阻不计)，交流电压表和交流电流表均为理想电表，则( ) A回路中产生的是正弦式交变电流 B电压表的示数是 2 V C导体棒运动到图示虚线位置时，电流表示数为零 D导体棒上消耗的热功率为 0.2 W 解析：选 A.由磁场边界虚线为正弦曲线的一部分，可知导体棒匀速向右运动时切割磁 感线产生正弦式交变电流，故选项 A 正确；感应电动势最大值EmBLmv2 V，电压表测2 得是有效值，即为UE1 V，故选项 B 错误；电流表测得是有效值，所以导体棒运动 R Rr 到图示虚线位置时，电流表示数恒定，不为 0，故选项 C 错误 ； 导体棒上消耗的热功率为P W0.1 W，故选项 D 错误 U2 r r 12 10