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第三章交变电流易错精选题-高中物理人教版选择性必修第二册
一、单选题
1.如图所示为一交流电压随时间变化的图像,每个周期内,前三分之二周期电压按正弦规律变化,后三分之一周期电压恒定,根据图中数据可得,此交流电压的有效值为( )
A. B.V C.V D.2V
2.交流发电机发电过程示意图如图所示,线圈匀速转动过程中,下列说法正确的是( )
A.转到图甲位置时,线圈为中性面
B.转到图乙位置时,线圈中电流方向发生改变
C.转到图丙位置时,CD边感应电流方向为D→C
D.转到图丁位置时,线圈中的磁通量变化率最大
3.如图所示,发电机线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生的电动势。线圈与理想升压变压器相连进行远距离输电,理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为,降压变压器副线圈接入一台“220V 1100W”的电动机,恰好正常工作,电动机内阻为10Ω,输电线路总电阻为25Ω,线圈及其余导线电阻不计,电表均为交流理想电表,则下列说法正确的是( )
A.图示位置时电压表示数为 B.升压变压器原、副线圈匝数比为
C.输电线路中的电流是12.5A D.发电机线圈的输出功率为1200W
4.为了研究交流电的产生过程,小张同学设计了如下实验构思方案:将单匝矩形线圈放在匀强磁场中,转轴位于、的中点。第一次线圈绕转轴按图示方向匀速转动(向纸外,向纸内),并从图甲所示位置开始计时。此时产生的交流电如图乙所示。第二次他仅将转轴移至边上,第三次他仅将转轴右侧的磁场去掉,关于后两次的电流图像,下列说法正确的是( )
A.第二次是A图 B.第二次是C图
C.第三次是B图 D.第三次是D图
5.“西电东送”是把煤炭、水能、风能资源丰富的西部省区的能源转化成电力资源,输送到电力紧缺的东部沿海地区的工程。远距离输电的电路示意图如图所示,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,升压变压器原、副线圈匝数比为,降压变压器原、副线圈匝数比为,发电厂输出电压恒为,升压变压器和降压变压器之间输电线总电阻为R,下列说法正确的是( )
A.若,则用户获得的电压也为
B.用户获得的电压不可能大于
C.当用户消耗的功率增大时,用户获得的电压也增大
D.若输电线R上损失的功率增大,则用户消耗的功率和发电厂输出功率均增大
6.如图甲,为风力发电机的简易模型:感应线圈与电流测量装置相连,风杯在风力作用下带动与杆相连的永磁铁转动。某一段时间内,电流测量装置显示感应电流随时间变化的关系如图乙。下列说法正确的是( )
A.感应电流的频率为 B.永磁铁的转速为
C.感应电流的有效值为 D.感应电流瞬时值表达式
二、多选题
7.线圈在磁场中匀速转动产生的交流电动势为e=10sin20t(V),则下列说法正确的是( )
A.t=0时,线圈平面位于中性面
B.t=0时,穿过线圈的磁通量最大
C.t=0时,导线切割磁感线的有效速度最大
D.t=0.4s时,e达到峰值10V
8.图中闭合金属线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定轴匀速转动,能产生正弦式交变电流的是( )
A. B.
C. D.
9.如图所示的电路中,一灯泡和一可变电容器串联,下列说法正确的是( )
A.a、b端接稳恒电流,灯泡能发光
B.a、b端接交变电流,灯泡能发光
C.a、b端接交变电流,只增大电容器的电容,灯泡亮度增大
D.a、b端接交变电流,只增大交变电流的频率,灯泡亮度增大
10.如图所示,如果交流发电机转子有n匝线圈,每匝线圈所围面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,匀速转动的角速度为,线圈总电阻为r,外电路电阻为R。在线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中,下列说法正确的是( )
A.通过R的电荷量q=
B.通过R的电荷量q=
C.电阻R上产生的热量QR=
D.电阻R上产生的热量QR=
三、实验题
11.示波器面板如图所示,图甲图为一信号源。
(1)若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形(正弦交流信号的电流i随时间t做周期性变化的图像如图乙所示),应将信号源的a端与示波器面板上的 接线柱相连,b端与 接线柱相连。
(2)若示波器所显示的输入波形如图丙所示,要将波形上移,应调节面板上的 旋钮;要使此波形横向展宽,应调节 旋钮。
四、解答题
12.如图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsinωt的交流电源,若原线圈输入电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,求输电线上损失的电功率为多少?
13.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=1T,边长为的正方形线圈共100匝,线圈总电阻Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动,角速度。外电路电阻。(计算结果可以保留根号和)求:
(1)线圈转动过程中感应电动势的最大值Em;
(2)线圈转动过程中交变电压表的示数U;
(3)从图示位置开始,线圈转过90°的过程中,通过的电荷量q。
14.如图,发电机转子是n匝面积为S的矩形线圈,将它置于磁感应强度为B的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的轴以角速度做匀速转动,转动开始时线圈平面与磁场方向平行,已知线圈的总电阻为r,外电路上小灯泡的电阻为R,其余电阻均不计,试求:
(1)发电机的感应电动势的峰值。
(2)从图示位置开始计时,发电机的感应电动势的瞬时值表达式。
(3)小灯泡的功率。
15.如图,在xOy所在的平面内有两根金属丝AC和DE,其形状分别满足方程和,沿x轴的长度均为4b,两金属丝端点A、D和C、E之间各接—阻值为r的电阻(图中未画出),中间三个相交处均有绝缘表面层相隔。的区域内存在垂直坐标平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。两金属丝在沿x轴负方向的水平外力作用下,以速度v匀速进入磁场。不计两金属丝电阻,求:
(1)若磁场区域足够大,求将金属丝拉进磁场的过程中,拉力的最大值;
(2)若磁场仅在的区域内,将两金属丝以速度v匀速拉出磁场的过程中,两个电阻中产生的总热量Q。
参考答案:
1.C
【详解】根据交流电有效值的定义,设其电压正向最大值为Um,负向最大值为U1,有效值为U,让此交流电通过一个电阻R,则有
解得
故选C。
2.B
【详解】A.转到图甲位置时,线圈为与中性面垂直的位置,故A错误;
B.转到图乙位置时,即线圈为中性面位置,此时线圈中电流方向发生改变,故B正确;
C.转到图丙位置时,由右手定则可得,CD边感应电流方向为C→D,故C错误;
D.转到图丁位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量变化率为零,故D错误。
故选B。
3.D
【详解】A.电压表示数为原线圈输入电压有效值,由于线圈电阻不计,则有
A错误;
C.由于电动机,恰好正常工作,可知降压变压器副线圈的输出电压为,降压变压器副线圈的电流为
根据变压器电流与匝数关系可得
解得输电线路中的电流为
C错误;
B.根据变压器电压比等于匝数比
可得降压变压器原线圈的输入电压为
则升压变压器副线圈的输出电压为
升压变压器原、副线圈匝数比为
B错误;
D.发电机线圈的输出功率为
D正确。
故选D。
4.D
【详解】AB.第二次将转轴移到ab边上穿过线圈的磁通量变化情况与线圈绕转轴OO1转动变化情况相同,故产生的感应电流与第一次相同,可知第二次是B图,选项AB错误;
CD.第三次将OO1右侧的磁场去掉,线圈在转动过程中只有一半面积在磁场中,只有一边切割磁感线,产生的交变电流的最大值为原来的,产生的电流仍然是完整的正弦式交变电流,可知第三次是D图,选项C错误,D正确。
故选D。
5.D
【详解】A.因为
而
则若
则用户获得的电压小于,选项A错误;
B.因为
而
可得
因变压器匝数比不确定,用户获得的电压U4也可能大于,选项B错误;
C.当用户消耗的功率增大时,输电线上的电流变大,输电线上损失的电压变大,则用户获得的电压减小,选项C错误;
D.若输电线R上损失的功率增大,说明输电电流变大,降压变压器次级电流变大,则用户消耗的功率和发电厂输出功率均增大,选项D正确。
故选D。
6.B
【详解】A.由图乙可知周期0.4s,则感应电流的频率为
A错误;
B.永磁铁的转速为
B正确;
C.感应电流的最大值为,有效值为
C错误;
D.
由图乙可知感应电流瞬时值表达式为
D错误;
故选B。
7.AB
【详解】ABC.t=0时,感应电动势的瞬时值为
e=10sin20πt(V)=0
则线圈平面位于中性面,此时穿过线圈的磁通量最大,导线切割磁感线的有效速度最小,AB正确,C错误;
D.当t=0.4s时,感应电动势的瞬时值为
e=10sin(20π×0.4)V=0
D错误。
故选AB。
8.AD
【详解】矩形线圈在匀强磁场内绕垂直磁场方向的轴匀速转动时,线圈中就会产生正弦式交变电流。
A.图中虽然只有一半金属线圈在磁场中,但在线圈绕固定轴转动的过程中,始终有一边切割磁感线,保证线圈在转动过程中产生的感应电动势连续,能产生正弦式交变电流,且初相位为零,故A正确;
B.图中固定轴与磁场方向平行,线圈转动过程中,磁通量不变,无感应电流产生,故B错误;
C.图中线圈转动过程中,每个周期内只有半个周期内有感应电流,不能产生正弦式交变电流,故C错误;
D.图中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动,满足产生正弦式交变电流的条件,能产生正弦式交变电流,且初相位为或,故D正确。
故选AD。
9.BCD
【详解】AB.当a、b端接稳恒直流电时,电路不通,电容器相当于断路,灯泡不亮;当a、b端接交变电流时,电路通,灯泡亮,A错误,B正确。
C.a、b端接交变电流,交变电流频率固定的情况下,电容器的电容越大,容抗越小,灯泡越亮,C正确。
D.a、b端接交变电流,电容固定的情况下,交变电流的频率越高,电容器的容抗越小,灯泡越亮,D正确。
故选BCD。
10.BC
【详解】AB.线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中,所产生感应电流的平均值
===
故通过R的电荷量
q=·t=
故A错误,B正确;
CD.求电热应该用有效值,先求总电热Q,再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR,总电热
Q=I2(R+r)t=·==
电阻R上产生的电热
QR=Q=
故C正确,D错误。
故选BC。
11. Y输入 地 竖直位移 X增益
【详解】(1)[1][2]根据示波器的操作原理,若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形,应将信号源的a端与示波器面板上的Y接线柱相连,b端与地接线柱相相连;
(2)[3][4]若要将图4中的波形曲线上移,应调节竖直位移旋钮,若要使此波形横向展宽,应调节X增益旋;要使屏上能够显示3个完整的波形,应调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮。
12.
【详解】升压变压器原线圈电压的有效值为
原线圈的电流为
根据理想变压器的电流规律,可得
解得
输电线上损失的电功率
13.(1)2πV;(2)3.55V;(3)0.2C
【详解】(1)线圈转动过程中感应电动势的最大值为
(2)根据闭合电路欧姆定律可知线圈转动过程中交变电压表的示数为
(3)从图示位置开始,线圈转过90°的过程中,通过R的电荷量为
14.(1)Em=nBSω;(2);(3)
【详解】(1)发电机的感应电动势的峰值
Em=nBSω
(2)图示位置为垂直中性面位置,所以感应电动势的瞬时值表达式为
又
Em=nBSω
故
(3)感应电流的最大值
则电路中电流有效值为
小灯泡的功率为
15.(1);(2)
【详解】(1)在将金属丝拉进磁场的过程中,感应电动势的最大值为:
感应电流的最大值为:
两金属丝受到的安培力的最大值为:
根据力的平衡,有拉力的最大值:
解得:
(2)在金属丝开始拉进距离b的过程和金属丝最后拉出距离b的过程,感应电动势的最大值为:
感应电流的有效值为:
进、出磁场过程这两段总时间为:
两电阻丝产生的热量为:
拉两金属丝穿越磁场区域过程中,感应电动势最大值为:
感应电流的有效值为:
运动的时间为:
两电阻丝产生的热量为:
全过程中,两电阻丝产生的总热量为:
解得:
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