11-19年高考物理真题分专题汇编之专题062.交流电的变化规律.pdf

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1、第第 62节节 交流电的变化规律交流电的变化规律 1.2012年理综广东卷年理综广东卷 19.某小型发电机产生的交变电动势为 e=50sin100t(V) ,对此电动势,下列表述正确的有 A.最大值是 B.频率是 100Hz V250 C.有效值是 D.周期是 0.02s V225 【解析】选 CD。交变电动势瞬时值的表达式为=50sin100t,故交变tNBStEe m sinsin 电动势的最大值为 50V,有效值为V,故 A 错 C对。由得频率是225 2 m E E1002f f=50Hz,周期,故 B错 D 对。 s f T02 . 0 1 2.2013年山东卷年山东卷 17、如图甲

2、所示为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匀强磁场,A 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 50 rad/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 答案:AC。 解析:根据图乙可知正余弦交流电的最大值,电流表的示数是有效值,故答案 A 正确;根据图乙 该交流电的周期 T=0.02s,故 B错误;0.01s 时电流最大,故此时线rad/s100 0

3、2. 0 22 T 由 圈与磁场方向平行,故 C正确;0.02s 是电流的方向与计时起点电流方向相同,根据右手定则可判断电 流方向 DCBA,故 R中的电流由左向右,故 D 错误。 3. 2011年理综天津卷年理综天津卷 4在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图 1 所示。产生的交变电 动势的图象如图 2所示,则 At=0.005s 时线框的磁通量变化率为零 Bt =0.01s 时线框平面与中性面重合 图乙 0 Ai/ st 2 10/ 2 210 210 图甲 NS A B C D O O P Q R A e/V t/s O 311 -311 0.010.02 图 2

4、 B 图 1 C线框产生的交变电动势有效值为 311V D线框产生的交变电动势频率为 100HZ 答:B 【解析】由图 2可知,该交变电动势瞬时值的表达式为。当 t=0.005s 时,瞬时V100311tsine 值 e=311V,此时磁通量变化率最大,A 错;同理当 t=0.01s 时,e=0V,此时线框处于中性面位置,磁 通量最大,磁通量的变化率为零,B正确;对于正弦交变电流其有效值为 Emax/,题给电动势的有效2 值为 220V,C错;交变电流的频率为 f=1/T=/2=50Hz,D 错。 4. 2013年福建卷年福建卷 15如图,实验室一台手摇交流发电机,内阻 r=1.0,外接 R=

5、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,则 10 2sin10(V)et A该交变电流的频率为 10Hz B该电动势的有效值为 10 2V C外接电阻 R所消耗的电功率为 10W D电路中理想交流电流表 A 的示数为 1.0A 答:D 解析:根据电动势的表达式可知该交流电流的周期为,频率为 5Hz,A 错;该交流s20 2 .T 电电动势的有效值为 10V,B错;外接电阻 R所消耗的电功率为,CW9W9 19 10 22 )(RIP 错;电流表的读数为该电路中电流的有效值:,D 对。 A01. rR E I 5.2013年海南卷年海南卷 3通过一阻值 R

6、=100 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 A12V BV 104 C15V DV 58 答案:B 解析:由题意结合有效值的定义可得 ,将 I1=0.1A,I2=0.2A 代入可得流过电阻的电流的有效值)TRITRI(RTI 10 1 5 2 2 2 2 2 1 2 ,故电阻两端电压的有效值为,本题选 B。 A 25 10 IV104IR 6. 2012年理综全国卷年理综全国卷 1.0 i/A t/s 0.5 0.1 0.2 -0.1 -0.2 0 e r R A S t/min 0 10 20 30 40 50 60 I/A 0.3 0.4 0.2 19.一台

7、电风扇的额定电压为交流 220V。在其正常工作过程中,用交流电流表测得某一段时间内的 工作电流 I 随时间 t的变化如图所示。这段时间内电风扇的用电量为( B ) A.3.910-2度 B.5.510-2度 C.7.810-2度 D.11.010-2度 【解析】由 W=UIt可得,这段时间内电风扇的用电量 为 W=(2200.3+2200.4+2200.2)10-3kWh=5.510-2度,选项 B正确。 6 1 6 1 3 2 7. 2012年理综北京卷年理综北京卷 15. 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交 流电源上,其消耗的电功率

8、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 2 P A .5V B.5V C .10V D.10V 22 解析:小型电热器的电阻不会改变,根据功率表达式和交流电的有效值有 和 , 可得,答案 C。 R V P 2 )10( R UP m 2 )2/( 2 V10 m U 8. 2014年理综天津卷年理综天津卷 7如图 1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象如图 2 中曲 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

9、势频率为 25Hz D曲线 b表示的交变电动势有效值为 10V 【答案】AC 【解析】根据法拉第电磁感应定律,t=0 时电动势瞬时值为 0,此时线圈应在中性面上,A 正确。 由题图可知,曲线 a、b周期比为 2:3,则转速比应为 3:2,B错。曲线 a 周期为 0.04s,则频率为 25Hz,C正确。曲线 b产生的电动势最大值由题图可知小于,则有效值小于 10V,D10 2 ( 14.14 )VV 错。 9.2015年理综四川卷年理综四川卷 4小型发电机线圈共 N匝,每匝可简化为矩形线圈 abcd,磁极间的磁场视 为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴 OO,线圈绕 OO匀速转 图 1 B t/10

10、-2s V/ -15 15 O 2143 65 图 2 b a a b c d O O B 动,如图所示。矩形线圈 ab 边和 cd边产生的感应电动势的最大值都为 e0,不计线圈电阻,则发电机 输出电压 ( D ) A峰值是 e0 B峰值是 2e0 C有效值是 D有效值是 0 2 2 Ne 0 2Ne 解析:矩形线圈 ab边和 cd边产生的感应电动势的最大值都为 e0,因此对单匝矩形线圈总电动势 最大值为 2e0,又因为发电机线圈共 N匝,所以发电机线圈中总电动势最大值为 2Ne0,根据闭合电路 欧姆定律可知,在不计线圈内阻时,输出电压等于感应电动势的大小,即其峰值为 2Ne0,故选项 A、

11、B错误;从图示位置开始计时,发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流,由其有效值与峰值 的关系可知,U 2 m U ,即,故选项 C错误;选项 D 正确。 0 2NeU 10. 2011年理综安徽卷年理综安徽卷 19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 2 2 BL R B 2 2 2 BL R C 2 2 4 BL R D 2 4 BL R 答案:D 解析:交流电流的有效值是根据电流的热效应得出的,线框转动周期

12、为 T,而线框转动一周只有 T/4的时间内有感应电流,则有,所以。D 正确。 RTI T R) R L BL ( 22 4 2 R BL I 4 2 11. 2011年理综四川卷年理综四川卷 20如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为 T,转轴 O1O2垂直于磁场方向,线圈 电阻为 2。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过 60时的感 应电流为 1A。那么 A线圈消耗的电功率为 4W B线圈中感应电流的有效值为 2A C任意时刻线圈中的感应电动势为 t T cose 2 4 D任意时刻穿过线圈的磁通量为 t T sin T 2 答案:A C 解析:绕垂直于磁场方向的转轴在匀强

13、磁场中匀速转动的矩形线圈中产生正弦或余弦式交流电, 由于从垂直中性面开始其瞬时表达式为 i=Imcos,得 Im=i/cos=2A,则感应电动势的最大值为 450 O L O1 O2 B Em= Imr=22=4V,C正确,B错误;电功率为,A 正确;任意时刻穿W2 2 22 r) I (rIP m 过线圈的磁通量为中,当时间为,单位不正确,D 错;所以正确答案t T sin T 2 TT t方 2 是 A C。 12.2018年全国卷年全国卷 III、16一电阻接到方波交流电源上,在一个周期 内产生的热量为;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内 方 Q产生 的热量为。该电阻上电压的峰值均

14、为 u0,周期均为 T,如图所 方 Q示。 则等于 ( D ) : 方方 QQ A 1:2 B 2 :1 C 1:2 D 2:1 解析: 根据题述,正弦交变电流的电压有效值为,而方波交流电的有效值为 u0, 0 2 2 uU 根据焦耳定律和欧姆定律 ,可知在一个周期 T 内产生的热量与电压有效值的二次 T R U RTIQ 2 2 方成正比,Q方Q正= ,选项 D 正确。 1:2) 2 2 ( : 2 0 2 0 uu 13. 2012年物理江苏卷年物理江苏卷 13. (15 分)某兴趣小组设计了一种发电装置,如图所示. 在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域 的圆心角 均为,磁场均沿半径方向

15、. 匝数 9 4 为 N的矩形线圈 abcd的边长 ab=cd=l、 bc=ad=2l. 线圈以角速度 绕中心轴匀速转 动,bc和 ad边同时进入磁场. 在磁场中,两条边 所经过处的磁感应强度大小均为 B、方向始终 与两边的运动方向垂直. 线圈的总电阻为 r,外接 电阻为 R. 求: (1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小 Em; (2)线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小 F; (3)外接电阻上电流的有效值 I. 解: (1)、边的运动速度 , 感应电动势,解得。 bcad 2 l vNBlvEm4 2 2NBlEm u/V 0 t/s u0 T0 u u0 u/V 0 t/sT 0

16、u (2)电流, 安培力 ,解得 . Rr E I m m lNBIF m 2 Rr lBN F 322 4 (3)一个周期内,通电时间,R上消耗的电能,且 Tt 9 4 RtIW m 2 RTIW 2 解得。 )( 3 4 2 Rr NBl I 14.2017年天津卷年天津卷 6在匀强磁场中,一个 100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴 匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为 2 ,则 At=0时,线圈平面平行于磁感线 Bt=1 s 时,线圈中的电流改变方向 Ct=1.5 s 时,线圈中的感应电动势最大 D一个周期内,线圈产生的热量为 2 8 J 【

17、答案】AD 【解析】t=0 时,磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,故 A 正确;每经过一次中性面(线圈平面 垂直于磁感线,磁通量有最大值)电流的方向改变一次,t=1 s 时,磁通量为零,线圈平面平行于磁感 线,故 B错误;t=1.5 s 时,磁通量有最大值,但磁通量的变化率为零() ,根据法拉第电磁感 0 t 应定律可知线圈中的感应电动势为零,故 C错误;感应电动势最大值V4 2 T NNBSE mm ,有效值 V22 2 m E E ,一个周期内线圈产生的热量 J8 2 2 T R E Q ,故 D 正确。 15.【2019年物理天津卷】单匝闭合矩形线框电阻为,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴

18、匀速转R 动,穿过线框的磁通量与时间 的关系图像如图所示。下列说法正确的是( ) t A. 时刻线框平面与中性面垂直 2 T B. 线框的感应电动势有效值为 m 2 T C. 线框转一周外力所做的功为 22 m 2 RT D. 从到过程中线框的平均感应电动势为 0t 4 T t m T -0.04 0 0.04 12 /Wb t /s 0.51.5 【答案】BC 【解析】 【详解】由图像可知时刻线圈的磁通量最大,因此此时线圈处于中性面位置,因此 A 错误;由 2 T 图可知交流电的周期为 T,则,由交流电的电动势的最大值为,则有效 2 T 2 mm Enbs T 值 为, 故 B正 确 , 线

19、 圈 转 一 周 所 做 的 功 为 转 动 一 周 的 发 热 量 , 2 2 mm E E T 有 ,故 C正确;从 0 时刻到时刻的平均感应电动势为,故 D 2 22 2 = m E WT RRT 有 4 T 4 4 mm E T tT A A 错误。 16. 2012年理综安徽卷年理综安徽卷 23.(16 分) 图 1是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为 B的匀强磁场中,有一矩形线圈 abcd可绕线圈平 面内垂直于磁感线的轴 OO 转动,由线圈引起的 导线 ae和 df分别与两个 跟线圈一起绕 OO 转动 的金属圆环相连接,金属 圆环又分别与两个固定的 电刷保持滑动接触,这样 矩形线

20、圈在转动中就可以保持和外电路电阻 R形成闭合电路。图 2 是线圈的主视图,导线 ab和 cd分 别用它们的横截面来表示。已知 ab 长度为 L1, bc长度为 L2,线圈以恒定角速度 逆时针转动。 (只考虑 单匝线圈) (1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导 t时刻整个线圈中的感应电动势 1 e的表达式; (2)线圈平面处于与中性面成 0 夹角位置时开始计时,如图 3所示,试写出 t时刻整个线圈中的 感应电动势 2 e的表达式; (3)若线圈电阻为 r,求线圈每转动一周电阻 R上产生的焦耳热。 (其它电阻均不计) 解:(1)从 0 时刻起经过 t时间,线框转过角度, t 线框边的线速度

21、,得 ab 边 v1= l1 ,cd边 v2= l2 vr 切割速度为 vab= l1 sint,vcd= l2 sint , 两条边切割时产生感应电动势: E1=BL1 vab , E2=BL1vcd 两边产生的感应电动势在闭合电路中环形同向,, l1+ l2 =L2 12 EEE 所以: e1=BL1 L2 sint t 图2 B 中 性 面 a d 图3 中 性 面 t a d B 0 O O R图1 a b d NS c 道理同上问,只是有个初相位:e2=BL1 L2 sin(t +0) 线圈转动一周,此为正(余)弦交流电:Em=BL1 L2 22 21L LBE E m 有效 闭合电路的有效电流 rR E R E I 有效有效 R上的功率:P=I2R, 2 T 转动一周电流在 R上做功: 2 21 2 )( rR LBL RRTIW

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