全国版2021高考物理一轮复习专题十二交变电流传感器考点1交变电流的产生及其描述精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题十二交变电流传感器考点1交变电流的产生及其描述精练含解析

交变电流的产生及其描述 ‎1.[2020贵州贵阳摸底]一交变电流随时间的变化规律如图所示,则此交流电电流的有效值为(　　)‎ A.3 A B.‎10‎ A C.‎2‎ A D.2‎2‎ A ‎2.[2020湖南郴州检测]一个小型电热器若接在输出电压为10 V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,其消耗的电功率为P‎2‎.如果电热器电阻不变,则此交流电源输出电压的最大值为(　　)‎ A.5 V B.5‎2‎ V C.10 V D.10‎2‎ V ‎3.[2020北京丰台区检测]如图甲所示,R1和R2是材料相同、厚度相同、上下截面为正方形的导体,边长之比为2∶1,通过导体的电流方向如虚线箭头所示;现将R1、R2串联接入正弦交流电路,如图乙所示;交流电源的电压u随时间t变化的情况如图丙所示,电源内阻不计,则下列说法正确的是(　　)‎ A.导体R1和R2的阻值之比为1∶2‎ B.流过导体R1和R2的电流大小之比为1∶2‎ C.导体R1两端的电压最大值为220 V D.导体R2两端的电压有效值为110 V ‎4.[2019北京顺义区二模]如图所示,一边长为L、匝数为N、电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕转轴OO'匀速转动,轴OO'垂直于磁感线(磁感线方向水平向右)且位于线圈平面内,在线圈外接一含有理想变压器和理想交流电压表的电路,变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2,保持线圈以恒定角速度ω转动,则下列判断正确的是(　　)‎ A.交流电压表V1的示数等于NBωL2‎ B.变压器的输入功率与输出功率之比为n1∶n2‎ C.交流电压表V2的示数为副线圈两端电压的有效值 D.在图示位置时线圈中磁通量为零,感应电动势最小 ‎5.[名师原创]如图所示的电路中,电源产生的是正弦式交变电流,电压表为理想交流电压表,二极管为理想二极管,开关K断开和闭合时,回路内的功率的比值P‎1‎P‎2‎和电压表的读数的比值U‎1‎U‎2‎分别为(　　)‎ - 4 -‎ A.‎2‎‎2‎　‎1‎‎2‎ B.‎1‎‎2‎　‎1‎‎2‎ C.‎2‎‎2‎　‎2‎‎2‎ D.‎1‎‎2‎　‎‎2‎‎2‎ ‎6.[2019湘赣十四校二模]如图甲所示,一电阻为r=2 Ω的单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的固定轴OO'匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与右侧电路连接,右侧电路中滑动变阻器R的最大阻值Rm=4 Ω,使滑片P位于滑动变阻器正中间,定值电阻R1=7 Ω,R2=2 Ω,其他电阻不计.闭合开关S,从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转动过程中理想交流电压表示数是10 V.图乙是矩形线圈磁通量Φ随时间t变化的图象,则下列说法正确的是(　　)‎ A.电阻R2上的热功率为0.5 W B.t=0.02 s时,滑动变阻器R两端的电压瞬时值为零 C.线圈产生的电动势随时间的变化规律是e=10‎2‎cos 100πt(V)‎ D.线圈从t=0到t=‎1‎‎600‎ s的转动过程中,通过R1的电荷量为‎1‎‎200π C ‎7.[2019四川棠湖中学模拟,10分]如图所示是一个交流发电机的示意图,矩形线框abcd处于匀强磁场中,已知ab=bc=10 cm,匀强磁场的磁感应强度B=1 T,线圈的匝数N=100,线圈的总电阻r=5 Ω,外电路负载电阻R=5 Ω,线圈以n=10 rad/s的转速,绕垂直于磁场的轴匀速转动,电表是理想电表,求:‎ ‎(1)电压表的示数;‎ ‎(2)从图示位置开始经‎1‎‎60‎ s时,感应电动势的瞬时值;‎ ‎(3)从图示位置开始经‎1‎‎60‎ s的这段时间内通过R的电荷量;‎ ‎(4)线圈匀速转动一周外力做的功.‎ - 4 -‎ 考点1　交变电流的产生及其描述 ‎1.B　本题考查交变电流有效值的计算.由交变电流有效值的意义有I2RT=I‎1‎‎2‎R·T‎2‎+I‎2‎‎2‎R·T‎2‎,将I1=2 A,I2=-4 A,T=0.2 s代入计算可知,此交变电流的有效值I=‎10‎ A,B项正确,A、C、D项错误.‎ ‎2.C　接10 V直流电源时有P=U‎2‎R=‎(10V‎)‎‎2‎R①;接交流电源时有P‎2‎=U有效‎2‎‎2‎②,联立①②得U有效=5‎2‎ V,故交流电压最大值Um=‎2‎U有效=10 V,C正确.‎ ‎3.D　设导体的电阻率为ρ、厚度为d,边长为L,根据电阻定律公式R=ρLS=ρLdL=ρ‎1‎d,结合R1和R2的材料相同、厚度相同,可知R1∶R2=1∶1,所以A选项错误;因为R1和R2串联在交流电路中,流过它们的电流相等,所以B选项错误;由题意和图丙可知,电源电压的最大值为220‎2‎ V,再结合R1∶R2=1∶1,可知电阻R1、R2两端的电压最大值均为110‎2‎ V,所以选项C错误;结合选项C可知R2两端的电压有效值为‎110‎‎2‎‎2‎ V=110 V,所以D选项正确.‎ ‎4.C　根据交变电流的产生原理,感应电动势的最大值为Em=NBωL2,交流电压表V1、V2测得的是对应两点间交流电压的有效值,由于电源内阻不计,故U1=Em‎2‎=NBωL‎2‎‎2‎,所以选项A错误,C正确;根据理想变压器有关规律,可知变压器的输入功率与输出功率相等,所以选项B错误;正方形线圈在图示位置与中性面垂直,磁通量为零,磁通量变化率最大,故感应电动势最大,选项D错误.‎ ‎5.D　二极管为理想二极管,开关K断开时,二极管只有一半时间导通,因此灯泡只有一半时间工作;开关K闭合时,灯泡一直工作,故开关K断开和闭合时,回路内的功率的比值P‎1‎P‎2‎=‎1‎‎2‎;电压表的读数为有效值,根据P=U‎2‎R可得U‎1‎U‎2‎=‎2‎‎2‎,选项D正确.‎ ‎6.A　外电路的结构为滑动变阻器的右侧与电阻R2并联.当滑片P位于滑动变阻器正中间时,并联电阻的总阻值R并=1 Ω,因此外电阻的总阻值为R=R1+R并+Rm‎2‎=10 Ω.线圈转动过程中理想交流电压表示数U=10 V,线圈电阻r=2 Ω,根据UR=ER+r可得电动势的有效值E=12 V,最大值Em=12‎2‎ V.从线圈平面与磁感线平行时开始计时,线圈产生的电动势随时间的变化规律是e=Emcos (‎2πTt)=12‎2‎cos 100πt(V),选项C错误;回路中电流的有效值为I=ER+r=1 A,电阻R2上的热功率为P=(I‎2‎)2R2=0.52×2 W=0.5 W,选项A正确;由图乙可知t=0.02 s时,线圈内的磁通量为零,磁通量的变化率最大,感应电动势最大,滑动变阻器R - 4 -‎ 两端的电压瞬时值最大,选项B错误;线圈从t=0到t=‎1‎‎600‎ s的转动过程中,线圈转过的角度为θ=tT·2π=‎1‎‎600×0.02‎×2π=π‎6‎,通过R1的电荷量为q=ΔΦr+R=Φmsin ‎π‎6‎r+R,根据电动势的最大值Em=BωS=‎2πTΦm=12‎2‎ V,联立解得q=‎2‎‎200π C,选项D错误.‎ ‎7.解析:(1)角速度ω=2πn,故Em=NBSω=62.8 V(1分)‎ 电动势有效值E=Em‎2‎=44.4 V(1分)‎ 电路中的电流I=ER+r=4.44 A(1分)‎ 电压表的示数U=IR=22.2 V.(1分)‎ ‎(2)电动势瞬时值表达式为e=Emcos 2πnt(1分)‎ 当t=‎1‎‎60‎ s时,e=31.4 V.(1分)‎ ‎(3)平均电动势E=NΔΦΔt=NBSsin60°‎‎1‎‎60‎‎ s=30‎3‎ V(1分)‎ 通过R的电荷量q=It=ER+rt=‎3‎‎20‎ C.(1分)‎ ‎(4)由功能关系式知W=Q=I2(R+r)T=19.7 J.(2分)‎ - 4 -‎