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2010~2012高考物理高频考点精选分类解析
高频考点42 交变电流
1.(2012·北京理综)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,其消耗的电功率为P/2.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. 5V B. 5V C.10V D.10V
1.【答案】:C
【解析】:由T=2T,解得此交流电源输出电压的有效值为V,最大值为V =10V,选项C正确。
2(2011天津理综卷物理)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像如图2所示,则
A. =0.005s时线框的磁通量变化率为零
B. =0.01s时线框平面与中性面重合
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
【答案】:B
【解析】:由图2可知,=0.005s时线框中产生的感应电动势最大,由法拉第电磁感应定律可知,线框的磁通量变化率最大,选项A错误;=0.01s时线框中产生的感应电动势为零,线框的磁通量变化率为零,线框平面与中性面重合,选项B正确;线框产生的交变电动势最大值311V,有效值为220V,选项C错误;由图2可知,线框产生的交变电动势周期为0.02s,频率为50Hz,选项D错误。
【点评】此题考查交变电流的产生、交变电流的图象及其相关知识点。
3(2011四川理综卷)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e=4cos
D. 任意时刻穿过线圈的磁通量为=sin
【.答案】AC
【解析】:线圈在匀强磁场中匀速转动产生的感应电动势表达式为e=Emcosωt,(ω=2π/T),感应电流的表达式为i=e/R=Em/R·cosωt,由ωt=60°,R=2Ω,i=1A可得Em=4V,任意时刻线圈中感应电动势为e=4cost,选项C正确,线圈中感应电流的最大值为Em/R=2A,有效值为A,选项B错误;线圈消耗的电功率P=I2R=4W,选项A正确;由Φm=BS,Em=BS·2π/T可得Φm=2T/π,任意时刻穿过线圈的磁通量Φ=2T/πsint,选项D错误。
【点评】此题考查交变电流的产生、函数表达式、电功率、有效值、磁通量等相关知识点。
4.(2010广东理综)图1是某种正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的
A.周期是0.01s
B.最大值是311V
C.有效值是220V
D.表达式为u=220sin100πt(V)
【答案】BC
【解析】:由题给的正弦式交变电压的波形图可知,该电压的周期为0.02s,最大值是311V,有效值是U=Um/=220V,瞬时值表达式为u=311sin100πt(V),选项BC正确。
【点评】只有正弦式交变电压其最大值和有效值之间才满足U=Um/的关系。
5.(2007年高考北京理综)电阻R1、R2交流电源按照图1所示方式连接,R1=10,R2=20。合上开关后S后,通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图2所示。则
A、通过R1的电流的有效值是1.2A
B、R1两端的电压有效值是6V
C、通过R2的电流的有效值是1.2A
D、R2两端的电压有效值是6V
【答案】B
【解析】此题考查交变电流知识。首先从交流电图像中找出交变电流的最大值即为通过R2的电流最大值为0.6A,由正弦交变电流最大值与有效值的关系Im=I可知其有效值为0.6A,由于R1与R2串联,所以通过R1的电流有效值时也是0.6A,选项AC错;R1两端电压有效值为U1=I R1=6V,选项B对;R2两端电压最大值为Um2=Im R2=0.6×20V=12V,选项D错。因此此题正确选项是B.
【点评】要能够从交流电图像中找出交变电流的最大值。
6. (15 分) (2012·江苏物理)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α均为π,磁场均沿半径方向。. 匝数为N 的矩形线圈abcd 的边长ab =cd =l、bc =ad =2 l. 线圈以角速度ω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。.
6.【答案】:(1) Em=2NBl2ω。(2) F=。 (3) 。
【解析】:(1)bc、ad 边的运动速度v=ωl/2 ,
感应电动势 Em=2NB·2lv ,
解得 Em=2NBl2ω。
(2)电流Im=,
安培力 F=2NBIml ,,
解得F=。
(3)一个周期内,通电时间 t=4T/9
R 上消耗的电能 W=Im2Rt,且W=I2RT,
联立解得: 。
【考点定位】此题考查交变电流的产生、有效值及其相关知识。
7(16分)
(2012·安徽理综)图1是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为的匀强磁场中,有一矩形线图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’转动的金属圈环相连接,金属圈环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电话电阻形成闭合电路。图2是线圈的住视图,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ω逆时针转动。(只考虑单匝线圈)
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e1 的表达式;
线圈平面处于与中性面成φ0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e2的表达式;
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)
7【答案】(1)e1=BL1L2ωsinωt.。(2)e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0.)。
(3)QR=πRω。
【解析】(1)矩形线圈abcd转动过程中,只有ab和cd切割磁感线,设ab和cd转动速度为v,则v=ω·L2,
在t时刻,导线ab和cd切割磁感线,产生的感应电动势均为E1=BL1v⊥,
由图可知,v⊥=vsinωt,
则t时刻整个线圈的感应电动势为e1=BL1L2ωsinωt.。
(2)当线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时,在t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式为e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0.)。
(3)由闭合电路欧姆定律可知,I=E/(R+r),
这里E为线圈产生的电动势的有效值,E==BL1L2ω。
线圈转动一周在R上产生的焦耳热为QR=I2RT,
其中T=2π/ω,
于是,QR=πRω。
【考点定位】此题考查交变电流的产生、瞬时值表达式、闭合电路欧姆定律、有效值、焦耳定律及其相关知识。