高三物理专题 交变电流类题目强化提能练原卷版.docx

高三物理专题 交变电流类题目强化提能练原卷版.docx

《高三物理专题 交变电流类题目强化提能练原卷版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理专题 交变电流类题目强化提能练原卷版.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高三物理专题交变电流类题目强化提能练原卷版

（一）专题提能——正弦交变电流产生的五种方式

正弦式交变电流是正弦交变电动势通过闭合回路形成的，正弦式交变电动势分为两类：

一类是动生电势，计算公式是e＝BLvsinθ（θ是磁感应强度B和导体棒运动速度v的夹角）；另一类是感生电动势，由通过闭合电路的磁场随时间变化产生，线圈本身并不运动。

现举例说明产生正弦式交变电流的五种方式：

（一）线圈在匀强磁场中匀速转动

当闭合线圈绕垂直于匀强磁场的转轴做匀速转动时，线圈中会产生正弦式交变电流。

[例1]　小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n＝100，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图所示。

发电机内阻r＝5.0Ω，外电阻R＝95Ω。

求串联在外电路中的交流电流表（内阻不计）的读数。

（二）导体棒在匀强磁场中平动

导体棒在匀强磁场中匀速平动，但导体棒切割磁感线的有效长度按正弦规律变化，则导体棒组成的闭合电路中就会产生正弦式交变电流。

[例2]　如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B＝0.2T，OCA导轨与OA直导轨分别在O点和A点接一阻值R1＝8Ω和R2＝8Ω，且几何尺寸可忽略的定值电阻，导轨OCA的曲线方程为y＝sin

m。

金属棒ab长1.5m，以速度v＝5.0m/s水平向右匀速运动，b点始终在x轴上，设金属棒与导轨的接触良好，摩擦不计，电路中除了电阻R1和R2外，其余电阻均不计。

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

V

C．15VD．8

V

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。

则（　　）

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

V

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