高考物理一轮复习课后练习32 交变电流的产生和描述（含答案解析）

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2020版高考物理 全程复习课后练习32 交变电流的产生和描述1.一个氖泡指示灯，其发光需要电压超过50 V，在它发光的情况下逐渐降低电压，要降到50 V时才熄灭，氖泡两极不分正负，现有峰值为100 V、频率为50 Hz的正弦交流电压加在氖泡指示灯两端，则在一小时内氖泡指示灯发光的时间为(　　)A．10 min         B．25 min        C．30 min         D．35 min  2.两个完全相同的电热器，分别通以图甲、乙所示的峰值相等的矩形交变电流和正弦式交变电流，则这两个电热器的电功率之比P甲P乙等于(　　)A.：1         B．2：1        C．4：1         D．1：1  3.某正弦交流电通过一阻值为20 Ω的电阻，2 s内产生的电热为40 J，则(　　)A．此交流电的电流强度的有效值为1 A，最大值为 AB．此交流电的电流强度的有效值为 A，最大值为4 AC．电阻两端的交流电电压的有效值为20 V，最大值为40 VD．电阻两端的交流电电压的有效值为20 V，最大值为40 V  4.一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知该交变电流(　　)A．周期为0.125 sB．电压的有效值为10 VC．电压的最大值为10 VD．电压瞬时值的表达式为u=10sin8πt(V)  5.如图所示，虚线上方是有界匀强磁场，扇形导线框绕垂直于框面的轴O以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，线框中感应电流方向以逆时针方向为正，则下图中能正确反映线框转动一周过程中感应电流随时间变化的图象是(　　)   6.交流发电机的原理如图所示，10匝的矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，转动的角速度为10π rad/s，线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为0.1 Wb.若从线圈平面与磁场平行的位置开始计时，在t= s时，矩形线圈中产生的感应电动势的瞬时值为(　　)A．27.2 V        B．15.7 V        C．19.2 V        D．11.1 V  7.如图所示，面积为S的矩形线圈共N匝，线圈总电阻为R，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中以竖直线OO′为轴，以角速度ω匀速旋转，图示位置C与纸面共面，位置A与位置C成45°角．线圈从位置A转过90°到达位置B的过程中，下列说法正确的是(　　)A．平均电动势为NBSωB．通过线圈某一截面的电荷量q=C．在此转动过程中，外界对线圈做的总功为D．在此转动过程中，电流方向会发生改变 8.将硬导线中间一段折成半圆形，使其半径为R，让它在磁感应强度为B，方向如图所示的匀强磁场中绕轴MN匀速转动．导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P、电阻为r的小灯泡并正常发光．电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，则下列说法中正确的是(　　)A．半圆形硬导线的转速为B．半圆形硬导线的转速为C．线圈从图示位置转90°过程中通过小灯泡的电荷量为D．线圈从图示位置转90°过程中通过小灯泡的电荷量为零  9.如图所示，n匝矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻不计．线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，变压器副线圈接入一只额定电压为U的灯泡，灯泡正常发光，从线框通过中性面开始计时，下列说法正确的是(　　)A．图示位置穿过线框的磁通量变化率最大B．灯泡中的电流方向每秒改变次C．线框中产生感应电动势的表达式为e=nBSωsinωtD．变压器原、副线圈匝数比值为 10.如图所示的坐标系中，第三象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，第一象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B，一半径为R、顶角为直角的弧形导体框由t=0时刻从如图所示的位置开始以O为圆心，以恒定的角速度ω沿逆时针的方向转动，已知该导体框的电阻为r.则导体框转动一周的过程中导体框中产生的感应电流的有效值为(　　)A.         B.        C.         D．0 11. (多选)如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R，线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时．下列说法正确的是(　　)A．当转过60°时，感应电动势的瞬时值为B．当转过60°时，感应电流的瞬时值为C．在转过60°的过程中，感应电动势的平均值为D．在转过90°的过程中，感应电流的有效值为 12. (多选)电路如图甲所示，电阻R的阻值为484 Ω，C为电容器，L为直流电阻不计的电感线圈，开关S断开，当接上如图乙所示的电压u，下列说法正确的是(　　)A．R上的电压应等于155.5 VB．电压表的示数为220 VC．电阻R消耗的功率小于50 WD．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311 V  13. (多选)如图所示，处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中的单匝矩形线框MNPQ，以恒定的角速度ω绕对角线NQ转动．已知MN长为l1，NP长为l2，线框电阻为R.在t=0时刻线框平面与纸面重合，下列说法正确的是(　　)A．矩形线框产生的感应电动势有效值为Bl1l2ωB．矩形线框转过半周时，通过线框的电流为零C．矩形线框转动一周时，通过线框的电流为D．矩形线框在转动半周过程中产生的热量为  14. (多选)某兴趣小组自制一小型发电机，使线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化的图象如图所示，线圈转动周期为T，线圈产生的电动势的最大值为Em.线圈的电阻为r，该线圈与电阻为R的纯电阻用电器构成闭合回路，则(　　)A．线圈匝数为n=B．电阻为R的用电器的电功率为C．在0～时间内通过用电器的电荷量为q=D．若线圈转速增大为原来的2倍，线圈中电动势的瞬时值为Emcos  
答案解析1.答案为：B；解析：根据题意交流电电压瞬时值的表达式为e=100sin100πt(V)，T= s，则在前半个周期内，当t=时，开始发光，t=T时，停止发光，发光时间为Δt=T－=T，整个周期发光时间为2Δt=T，故一个小时内的发光时间为t=×T=1 500 s=25 min，B正确．  2.答案为：B；解析：矩形交变电流的有效值I1=Im，正弦式交变电流的有效值I2=，根据电功率公式P=I2R，得P甲：P乙=I：I=I：2=2：1，故选项B正确．  3.答案为：A；解析：由Q=I2Rt得：I==1 A，最大值为 A，则A正确，B错误；电压最大值为×20 V=20 V，有效值为20 V，C、D错误．  4.答案为：B解析：由图象可知，正弦交变电流的周期为T=0.250 s，电压的最大值为Um=20 V，A、C错误；电压的有效值U==10 V，B正确；角速度ω==8π rad/s，电压瞬时值的表达式为u=Umsinωt=20sin8πt(V)，D错误．  5.答案为：A；解析：当线框进入磁场时，通过线框的磁通量的变化率不变，即感应电动势及感应电流大小不变，由右手定则可知，电流方向为逆时针方向，为正值，当线框全部进入磁场后，通过线框的磁通量不变，线框中无感应电流，故A正确，B、C、D错误．  6.答案为：B；解析：线圈中产生的电动势的峰值为：Em=nΦmω=10π V=31.4 V，则电动势的瞬时值的表达式为e=31.4cos10πt(V)，当t= s时，e=15.7 V，故B正确，A、C、D错误．    7.答案为：A；解析：线圈从位置A转过90°到达位置B的过程中，ΔΦ=2BScos45°=BS，Δt=，根据=N，得=NBSω，故A正确．根据=N，q=Δt=N=，故B错误．产生电动势的峰值Em=NBSω，则有效值E==，则W=Q=Δt=，从A转过90°过程中，电动势有效值不等于，故C错误．线圈每经过中性面一次，电流方向改变，线圈从位置A转过90°到达位置B的过程中，电流方向不变，故D错误．  8.答案为：A；解析：转动的半圆形导线切割磁感线，产生感应电动势直接给灯泡供电，因灯泡此时正常发光，则其功率为P，电阻为r，设线圈转速为n，则感应电动势的有效值E有=，由P=得：E=P·r，可求得：n=，则A对、B错；线圈从图示位置转90°的过程中通过灯泡的电荷量q===，则C、D错．  9.答案为：C；解析：题图图示位置穿过线框的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，A错误；交流电的周期为T=，一个周期内电流方向改变两次，则灯泡中的电流方向每秒改变次，B错误；交流电的电动势最大值：Em=nBSω，则线框中产生感应电动势的表达式为e=nBSωsinωt，C正确；交流电电压的有效值为U1=，则==，D错误．  10.答案为：A；解析：从图示位置转过90°的过程中，即在0～时间内，导体框的OA边切割第三象限的磁场线，则导体框中的感应电动势为E=BR2ω，感应电流沿逆时针方向；在转过90°至180°的过程中，即在～的时间内，导体框中的感应电动势仍为E=BR2ω，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，导体框中的感应电动势仍为E=BR2ω，感应电流沿顺时针方向；在转过270°至360°的过程中，即在～T时间内，导体框中的感应电动势仍为E=BR2ω，感应电流沿顺时针方向．根据电流有效值的定义可知，该交流电的有效值大小为I=，A正确．11.答案为：ACD；解析：因为线框从中性面开始计时，所以感应电动势的瞬时值表达式为e=BSωsinωt，转过60°时，感应电动势的瞬时值e0=BSωsin60°=BSω，感应电流的瞬时值为i0==，故A正确，B错误；转过60°的时间为Δt==，磁通量变化量ΔΦ=Φ2－Φ1=BScos60°－BS=－BS，感应电动势的平均值为=||==，故C正确；感应电流的最大值为Imax=，感应电流的有效值I==，故D正确．  12.答案为：CD；解析：设电压表的读数为U，根据电压有效值的概念应有T=0＋·，解得U=110 V≈155.5 V，即电压表的示数应为155.5 V，由于线圈的自感作用，电阻R两端的电压应小于155.5 V，所以A、B错误；当不考虑线圈的自感作用时，电阻R消耗的功率为P== W=50 W，所以由于线圈的自感作用，电阻R消耗的功率一定小于50 W，所以C正确；根据电源电压图象可知，电源的电压最大值为311 V，电容器的耐压值不能小于311 V，所以D正确．  13.答案为：ABD；解析：矩形线框产生正弦式交变电流，则产生的感应电动势最大值Em=Bl1l2ω，所以有效值E=Bl1l2ω，A正确；当矩形线框转过半周时，线框平面与磁场垂直，磁通量最大，磁通量变化量为零，感应电动势为零，感应电流为零，B正确；转过一周时，通过线框的电流为零，C错误；矩形线框在转动半周过程中产生的热量Q=t==，D正确．    14.答案为：AC；解析：线圈中电动势的瞬时值e=nBScos，而Φm=BS，所以线圈匝数为n=，选项A正确；电路中电流的有效值为I=，用电器的电功率为，选项B错误，在0～时间内通过用电器的电荷量为q=n=，选项C正确；若线圈转速增大为原来的2倍，线圈中电动势的瞬时值e1=2Emcos，所以选项D错误．