2020～2021學(xué)年高二物理下學(xué)期暑假訓(xùn)練2交變電流【含答案】

交變電流1．一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω，A為理想交流電流表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定．當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比值為()A．2B．3C．4D．52．圖甲是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖。在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞OO′轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路。圖乙是線圈的主視圖，導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示。已知ab長度為L1，bc長度為L2，線圈以恒定角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。(只考慮單匝線圈)(2)線圈平面處于與中性面成φ0夾角位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，如圖丙所示，試寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2的表達(dá)式；(3)若線圈電阻為r，求線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。(其他電阻均不計(jì))1．如圖所示，面積均為S的單匝線圈繞其對(duì)稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢(shì)e＝BSωsinωt的圖是()2．一單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，線框中的最大磁通量為Φm，最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em，下列說法中正確的是()A．當(dāng)磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零B．當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也減小C．當(dāng)磁通量等于0.5Φm時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于0.5EmD．角速度ω等于eq\f(Em,Φm)3．一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖甲所示．則下列說法正確的是()A．t＝0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時(shí)刻，Φ的變化率最大C．t＝0.02s時(shí)刻，交流電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大D．該線圈相應(yīng)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示4.小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共N匝，每匝可簡(jiǎn)化為矩形線圈abcd，磁極間的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于線圈中心軸OO′，線圈繞OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示．矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為e0，不計(jì)線圈電阻，則發(fā)電機(jī)輸出電壓()A．峰值是e0 B．峰值是2e0C．有效值是eq\f(\r(2),2)Ne0 D．有效值是eq\r(2)Ne05．圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線圈繞與磁場(chǎng)方向垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為10Ω，外接一只電阻為90Ω的燈泡，不計(jì)電路的其他電阻，則()A．t＝0時(shí)刻線圈平面與中性面垂直B．每秒鐘內(nèi)電流方向改變100次C．燈泡兩端的電壓為22VD．0～0.01s時(shí)間內(nèi)通過燈泡的電荷量為06．如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.電阻為R、半徑為L、圓心角為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(O軸位于磁場(chǎng)邊界)．則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為()A.eq\f(BL2ω,2R) B．eq\f(\r(2)BL2ω,2R)C.eq\f(\r(2)BL2ω,4R) D．eq\f(BL2ω,4R)7．用220V的正弦交流電通過理想變壓器對(duì)一負(fù)載供電，變壓器輸出電壓是110V，通過負(fù)載的電流圖象如圖所示，則()A．變壓器輸入功率約為3.9WB．輸出電壓的最大值是110VC．變壓器原、副線圈匝數(shù)比是1∶2D．負(fù)載電流的函數(shù)表達(dá)式i＝0.05sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(100πt＋\f(π,2）)A8.如圖所示，理想變壓器的原線圈接入u＝11000eq\r(2)sin100πt(V)的交變電壓，副線圈通過電阻r＝6Ω的導(dǎo)線對(duì)“220V880W”的電器RL供電，該電器正常工作．由此可知()A．原、副線圈的匝數(shù)比為50∶1B．交變電壓的頻率為100HzC．副線圈中電流的有效值為4AD．變壓器的輸入功率為880W9．(多選)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過該線圈的磁通量隨時(shí)間按圖示正弦規(guī)律變化．設(shè)線圈總電阻為2Ω，則()A．t＝0時(shí)，線圈平面平行于磁感線B．t＝1s時(shí)，線圈中的電流改變方向C．t＝1.5s時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D．一個(gè)周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為8π2J10．遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2,電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R.變壓器為理想變壓器，則下列關(guān)系式中正確的是()A．eq\f(I1,I2)＝eq\f(n1,n2) B．I2＝eq\f(U2,R)C．I1U1＝Ieq\o\al(2,2)R D．I1U1＝I2U211．普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測(cè)量電流，通常要通過電流互感器來連接，圖中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少，工作時(shí)電流為Iab，cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多，工作時(shí)電流為Icd，為了使電流表能正常工作，則()A．a(chǎn)b接MN、cd接PQ，Iab<IcdB．a(chǎn)b接MN、cd接PQ，Iab>IcdC．a(chǎn)b接PQ、cd接MN，Iab<IcdD．a(chǎn)b接PQ、cd接MN，Iab>Icd12．(多選)如圖所示，一理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2＝55∶1，原線圈接電壓u＝220eq\r(2)·sin100πt(V)的交流電源，電表均為理想電表．閉合開關(guān)后，在滑動(dòng)變阻器的滑片P從最上端滑到最下端的過程中，下列說法正確的是()A．副線圈交變電流的頻率是100HzB．電壓表的示數(shù)為4VC．滑動(dòng)變阻器兩端的電壓先變大后變小D．電流表的示數(shù)變大13．(多選)如圖甲所示的電路中，理想變壓器原線圈接圖乙所示正弦交變電流，閉合S后，額定電壓為20V的用電器正常工作，理想交流電流表A的示數(shù)為0.1A．已知圖中元件D具有正向電流導(dǎo)通、反向電流截止的作用，下列判斷正確的是()A．交變電流的頻率為50HzB．變壓器原副線圈匝數(shù)比為11eq\r(2)∶1C．用電器額定功率為22WD．在用電器電阻不變的情況下斷開開關(guān)S，用電器功率將變?yōu)樵瓉淼囊话?4．如圖甲所示，長、寬分別為L1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi)，其匝數(shù)為n，總電阻為r，可繞其豎直中心軸O1O2轉(zhuǎn)動(dòng)．線框的兩個(gè)末端分別與兩個(gè)彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起，并通過電刷和定值電阻R相連．線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示，其中B0、B1和t1均為已知量．在0～t1的時(shí)間內(nèi)，線框保持靜止，且線框平面和磁場(chǎng)垂直；t1時(shí)刻后線框在外力的驅(qū)動(dòng)下開始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．求：(1)0～t1時(shí)間內(nèi)通過電阻R的電流大??；(2)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后，在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量；(3)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后，從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過電阻R的電荷量．

1．B設(shè)理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比值為k，根據(jù)題述，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電流表示數(shù)為I，則由閉合電路歐姆定律得，U＝IR1＋U1.由變壓公式eq\f(U1,U2)＝k及功率關(guān)系U1I＝U2I2，可得eq\f(I2,I)＝k，即副線圈輸出電流為I2＝kI，U2＝I2(R2＋R3)＝kI(R2＋R3)．當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電流表示數(shù)為4I，則有U＝4IR1＋U′1.由變壓器公式eq\f(U′1,U′2)＝k及功率關(guān)系U′1·4I＝U′2I′2，可得eq\f(I′2,4I)＝k，即副線圈輸出電流為I′2＝4kI，U′2＝I′2R2＝4kIR2；聯(lián)立解得k＝3，B正確。2．(1)矩形線圈abcd轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，只有ab和cd切割磁感線，設(shè)ab和cd的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為v，則v＝ω·eq\f(L2,2)在t時(shí)刻，ab和cd因切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為E1＝BL1v⊥由圖可知v⊥＝vsinωt則整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1＝2E1＝BL1L2ωsinωt。(2)當(dāng)線圈由題圖丙位置開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，在t時(shí)刻整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0)。(3)由閉合電路歐姆定律可知I＝eq\f(E,R＋r)這里E為線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值E＝eq\f(Em,\r(2）＝eq\f(BL1L2ω,\r(2）則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周在R上產(chǎn)生的焦耳熱為QR＝I2RT其中T＝eq\f(2π,ω)于是QR＝πRωeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BL1L2,R＋r）)eq\s\up12(2)。1．A線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸(軸在線圈所在平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的正弦交變電動(dòng)勢(shì)為e＝BSωsinωt，由這一原理可判斷，A圖中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e＝BSωsinωt；B圖中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不在線圈所在平面內(nèi)；C、D圖轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁場(chǎng)方向平行，而不是垂直．2．D根據(jù)正弦式交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律，當(dāng)磁通量最大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在增大，磁通量減為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，由此可知A、B錯(cuò)誤；設(shè)從線框位于中性面開始計(jì)時(shí)，則有e＝Emsinωt，式中Em＝BSω，因Φm＝BS，故角速度ω＝eq\f(Em,Φm)，D正確；設(shè)e＝0.5Em，則解出ωt＝eq\f(π,6)，此時(shí)Φ＝B·Scoseq\f(π,6)＝eq\f(\r(3),2)BS＝eq\f(\r(3),2)Φm，C錯(cuò)誤．3．B由題圖甲可知，t＝0時(shí)，通過線圈的磁通量最大，線圈處于中性面位置．t＝0.01s時(shí)刻，磁通量為零，但磁通量變化率最大，所以A錯(cuò)誤，B正確．t＝0.02s時(shí)，交流電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為0，C、D均錯(cuò)誤．4.D因每匝矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值都是e0，每匝中ab和cd2e0.N匝線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為2e0.N匝線圈串聯(lián)，整個(gè)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為2Ne0，因線圈中產(chǎn)生的是正弦交流電，則發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值E＝eq\r(2)Ne0，故D正確．5．B由題圖乙電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象可知：計(jì)時(shí)起點(diǎn)e＝0，即從中性面開始計(jì)時(shí)，A錯(cuò)誤；由圖象可知：電動(dòng)勢(shì)周期為0.02s，所以頻率為50Hz，即每秒鐘內(nèi)電流方向改變100次，B正確；由圖象可知：電動(dòng)勢(shì)的有效值為22V，所以燈泡兩端的電壓為U＝eq\f(90,100)×22V＝19.8V，C錯(cuò)誤；0～0.01s時(shí)間內(nèi)通過燈泡的電流均為正方向，所以電荷量不為0，D錯(cuò)誤．6．D線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，進(jìn)磁場(chǎng)的過程用時(shí)eq\f(1,8)周期，出磁場(chǎng)的過程用時(shí)eq\f(1,8)周期，進(jìn)、出磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小都為I′＝eq\f(\f(1,2)BL2ω,R)，則轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值滿足：I2RT＝(eq\f(\f(1,2)BL2ω,R))2R×eq\f(1,4)T，解得I＝eq\f(BL2ω,4R)，D正確．7．A由題圖可知通過負(fù)載的電流最大值為Im＝0.05A，周期T＝0.02s，故電流的函數(shù)表達(dá)式i＝Imsineq\f(2π,T)t＝0.05sin100πt(A)，D錯(cuò)誤；理想變壓器匝數(shù)比等于電壓比，即n1∶n2＝U1∶U2＝2∶1，C錯(cuò)誤；輸出電壓U2＝110V，其最大值U2m＝eq\r(2)U2＝110eq\r(2)V，B錯(cuò)誤；理想變壓器輸入功率等于輸出功率，即輸入功率P＝I2U2＝eq\f(0.05,\r(2）×110W≈3.9W，A正確．8.C由題可知，副線圈輸出電壓U2＝220V＋Ur，eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(11000,220＋Ur)＜eq\f(50,1)，故A錯(cuò)誤；2πf＝100πrad/s，f＝50Hz，故B錯(cuò)誤；I2＝eq\f(880,220)A＝4A，故C正確；由于理想變壓器P入＝P出＝Ieq\o\al(2,2)r＋880W＞880W，故D錯(cuò)誤．9．ADt＝0時(shí)，磁通量為零，磁感線與線圈平面平行，A正確；當(dāng)磁感線與線圈平面平行時(shí)，磁通量變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，畫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖，由圖可知，t＝1s時(shí)，感應(yīng)電流沒有改變方向，B錯(cuò)誤；t＝1.5s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，C錯(cuò)誤；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝NBSω＝NΦmeq\f(2π,T)＝100×0.04×eq\f(2π,2)V＝4πV，有效值E＝eq\f(\r(2),2)×4πV＝2eq\r(2)πV，Q＝eq\f(E2,R)T＝8π2J，D正確．10．D根據(jù)理想變壓器的工作原理得I1U1＝I2U2、eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).U2不是加在R兩端的電壓，故I2≠eq\f(U2,R)，而I1U1等于R上消耗的功率Ieq\o\al(2,2)R與下一級(jí)變壓器的輸入功率之和．只有D正確．11．B高壓輸電線上的電流較大，測(cè)量時(shí)需把電流變小，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，MN應(yīng)接匝數(shù)少的線圈，故ab接MN，cd接PQ，且Iab>Icd，B正確．12．BD由電壓公式知交變電流的角速度為ω＝100πrad/s，則頻率f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，變壓器不改變電流的頻率，故副線圈交變電流的頻率是50Hz，A錯(cuò)誤；原線圈兩端的輸入電壓有效值為220V，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)知，副線圈兩端電壓為U2＝4V，即為電壓表的讀數(shù)，故B正確；在滑動(dòng)變阻器的滑片P從最上端滑到最下端的過程中，電路中的總電阻減小，根據(jù)歐姆定律可知，變壓器的輸出電流增大，則輸入的電流也增大，即電流表的示數(shù)變大，故D正確；電流增大，定值電阻R兩端的電壓變大，副線圈兩端電壓不變，所以滑動(dòng)變阻器兩端電壓變小，故C錯(cuò)誤．13．ACD由u－t圖象可知交變電流的周期T＝0.02s，則頻率f＝eq\f(1,T)＝50Hz，A正確．由圖乙可知原線圈兩端輸入電壓U1＝220V，因閉合S后，額定電壓為20V的用電器正常工作，則此時(shí)變壓器副線圈兩端電壓U2＝20V，n1∶n2＝U1∶U2＝220V∶20V＝11∶1，B錯(cuò)誤．理想變壓器P入＝P出＝I1U1＝22W，又P出＝P電器，C正確．若在用電器電阻不變的情況下斷開開關(guān)S，則一個(gè)周期內(nèi)用電器只有半個(gè)周期的時(shí)間正常工作，用電器的功率變?yōu)樵瓉淼囊话耄珼正確．14．(1)0～t1時(shí)間內(nèi)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝neq\f(ΔΦ,Δt