新高考物理一輪練習(xí)專題84交變電流的產(chǎn)生和“四值”問題

專題84交變電流的產(chǎn)生和“四值”問題1．一電阻接到方波交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正．該電阻上電壓的峰值為u0，周期均為T，如圖所示．則Q方∶Q正等于()A.1∶eq\r(2)B．eq\r(2)∶1C．1∶2D．2∶12.[2021·昆明市摸底]一個阻值為20Ω的電阻，通有如圖所示的電流，在一個周期內(nèi)，前半個周期電流隨時間按正弦規(guī)律變化，后半個周期電流為恒定電流，則在一個周期內(nèi)，電阻產(chǎn)生的熱量為()．0.4JC．0.6JD．0.8J3.如圖所示電路，電阻R1與電阻R2串聯(lián)接在交變電源上，且R1＝R2＝10Ω，正弦交流電的表達(dá)式為u＝20eq\r(2)sin100πt(V)，R1和理想二極管D(正向電阻可看做零，反向電阻可看做無窮大)并聯(lián)，則R2上的電功率為()A.10WB．15WC．25WD．30W4．(多選)單匝閉合矩形線框電阻為R，在勻強磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線框的磁通量Φ與時間t的關(guān)系圖像如圖所示．下列說法正確的是()A.eq\f(T,2)時刻線框平面與中性面垂直B.線框的感應(yīng)電動勢有效值為eq\f(\r(2)πΦm,T)C.線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為eq\f(2π2Φeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(m)),RT)D.從t＝0到t＝eq\f(T,4)過程中線框的平均感應(yīng)電動勢為eq\f(πΦm,T)5.[2021·成都市摸底]如圖，勻強磁場中，一單匝矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，線框中產(chǎn)生的交變電動勢瞬時值隨時間變化的規(guī)律為e＝20eq\r(2)sin100πt(V).下列說法正確的是()A.該線框轉(zhuǎn)動的頻率是100HzB.該線框產(chǎn)生的交變電動勢最大值是20VC.t＝0.005s時刻，線框平面與中性面重合D.t＝0.05s時刻，穿過線框的磁通量變化率為06．[2021·河北卷](多選)如圖，發(fā)電機的矩形線圈長為2L、寬為L，匝數(shù)為N，放置在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中．理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為n0、n1和n2，兩個副線圈分別接有電阻R1和R2.當(dāng)發(fā)電機線圈以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，理想電流表讀數(shù)為I.不計線圈電阻，下列說法正確的是()A.通過電阻R2的電流為eq\f(n1I,n2)B.電阻R2兩端的電壓為eq\f(n2IR1,n1)C.n0與n1的比值為eq\f(\r(2)NBL2ω,IR1)D.發(fā)電機的功率為eq\f(\r(2)NBL2ωI（n1＋n2）,n0)7.[2021·廣東七校聯(lián)合檢測](多選)如圖所示，豎直長導(dǎo)線通有恒定電流，一矩形線圈abcd可繞其豎直對稱軸O1O2轉(zhuǎn)動．當(dāng)線圈繞軸以角速度ω沿逆時針(沿軸線從上往下看)方向勻速轉(zhuǎn)動時，從圖示位置開始計時，下列說法正確的是()A.t＝0時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大B.0～eq\f(π,2ω)時間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電流方向為abcdaC.t＝eq\f(π,2ω)時，線圈中的磁通量為零，感應(yīng)電動勢也為零D.線圈每轉(zhuǎn)動一周電流方向改變兩次8．[2020·全國卷Ⅲ]在圖(a)所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220V，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1、R2、R3均為固定電阻，R2＝10Ω，R3＝20Ω，各電表均為理想電表．已知電阻R2中電流i2隨時間t變化的正弦曲線如圖(b)所示．下列說法正確的是()A.所用交流電的頻率為50HzB.電壓表的示數(shù)為100VC.電流表的示數(shù)為1.0AD.變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0W9.[2021·?？谑姓{(diào)研](多選)如圖所示，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的單匝矩形線圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場方向，線圈電阻為2Ω.從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈轉(zhuǎn)過60°時的感應(yīng)電流為1A．那么()A.從圖示位置開始，線圈轉(zhuǎn)過90°時穿過線圈的磁通量最大B.線圈中感應(yīng)電流的有效值為eq\r(2)AC.任意時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為e＝4coseq\f(2π,T)t(V)D.從圖示位置開始到線圈轉(zhuǎn)過60°時的過程中，線圈中的平均電流為0.5A專題84交變電流的產(chǎn)生和“四值”問題1．D根據(jù)交變電流有效值的定義及焦耳定律可得，Q方＝eq\f(ueq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)),R)·eq\f(T,2)＋eq\f(ueq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)),R)·eq\f(T,2)＝eq\f(ueq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)),R)T，Q正＝eq\f(（u0/\r(2)）2,R)T＝eq\f(1,2)·eq\f(ueq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)),R)T，故eq\f(Q方,Q正)＝eq\f(2,1)，D正確．2．C利用焦耳定律計算一個周期內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量Q＝I2RT＝Ieq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))Req\f(T,2)＋I(xiàn)eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))Req\f(T,2)，I1＝eq\f(\r(2),\r(2))A＝1A，I2＝eq\r(2)A，解得Q＝0.6J，C正確．3．C當(dāng)A端輸出電流為正時，R1被短路，則此時R2上電壓有效值為U2＝eq\f(Um,\r(2))＝20V，當(dāng)B端輸出電流為正時，R1、R2串聯(lián)，則R2兩端電壓有效值為U2′＝eq\f(U2,2)＝10V，在一個周期內(nèi)R2兩端的電壓有效值為U，則eq\f(Ueq\o\al(\s\up1(′2),\s\do1(2)),R2)×eq\f(T,2)＋eq\f(Ueq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)),R2)×eq\f(T,2)＝eq\f(U2,R2)×T，解得U＝5eq\r(10)V，則有P2＝eq\f(U2,R2)＝eq\f(250,10)W＝25W．4．BC本題考查了交變電流的產(chǎn)生和描述，以及考生對交流電產(chǎn)生過程、有效值的確定、平均感應(yīng)電動勢及安培力做功的分析和判斷能力，是核心素養(yǎng)中能量觀念的體現(xiàn)．由Φ－t圖像可知，在eq\f(T,2)時刻穿過線框的磁通量最大，線框處于中性面位置，選項A錯誤；交變電流感應(yīng)電動勢的最大值為Em＝BSω＝eq\f(2πΦm,T)，有效值E＝eq\f(\r(2),2)Em＝eq\f(\r(2)πΦm,T)，選項B正確；線框勻速轉(zhuǎn)一周時外力所做的功等于克服安培力所做的功，W＝eq\f(E2,R)T＝eq\f(2π2Φeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(m)),RT)，選項C正確；從t＝0到t＝eq\f(T,4)的過程中平均感應(yīng)電動勢eq\o(E,\s\up6(－))＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BS－0,\f(T,4))＝eq\f(4Φm,T)，選項D錯誤．5．D由e＝20eq\r(2)sin100πt(V)，可知2πf＝100π，得線框轉(zhuǎn)動的頻率f＝50Hz，A錯誤；該線框產(chǎn)生的交變電動勢最大值是20eq\r(2)V，有效值為20V，B錯誤；t＝0.005s時刻，線框中產(chǎn)生的交變電動勢瞬時值為e1＝20eq\r(2)sin0.5π(V)＝20eq\r(2)V，此時線框平面與中性面垂直，C錯誤；t＝0.05s時刻，線框中產(chǎn)生的交變電動勢瞬時值為e2＝20eq\r(2)sin5π(V)＝0，可知此時穿過線框的磁通量變化率為0，線框平面與中性面重合，D正確．6．BC電阻R1兩端的電壓U1＝IR1，由變壓器電壓規(guī)律有eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，解得U2＝eq\f(n2IR1,n1)，則通過電阻R2的電流I2＝eq\f(U2,R2)＝eq\f(n2R1,n1R2)I，A錯誤，B正確；由題意可知發(fā)電機電動勢的最大值Em＝NBSω＝2NBL2ω，電動勢的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\r(2)NBL2ω，由變壓器的電壓規(guī)律有eq\f(E,U1)＝eq\f(n0,n1)，所以eq\f(n0,n1)＝eq\f(E,U1)＝eq\f(\r(2)NBL2ω,IR1)，C正確；變壓器的輸入功率等于輸出功率，所以發(fā)電機的功率P＝P1＋P2＝I2R1＋I(xiàn)eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))R2＝U1I＋U2I2＝eq\r(2)NBL2ωIeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n0)＋\f(neq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))R1,n0n1R2)))，D錯誤．7．BD由安培定則可判斷出長導(dǎo)線中電流在矩形線圈abcd處產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外．t＝0時穿過矩形線圈abcd的磁通量最大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最小，A錯誤；根據(jù)楞次定律和安培定則知，在0～eq\f(π,2ω)時間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電流方向為abcda，B正確；t＝eq\f(π,2ω)時，線圈中的磁通量為零，但磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動勢最大，C錯誤；線圈每轉(zhuǎn)動一周電流方向改變兩次，D正確．8．AD本題借助圖形和圖像考查了理想變壓器的特點及描述交流電物理量的特點．由圖(b)可知變壓器輸出端交流電的周期T＝0.02s，變壓器不改變交流電的頻率和周期，故所用交流電的頻率f＝eq\f(1,T)＝50Hz，A正確；由圖(b)可知流經(jīng)電阻R2的電流有效值I2＝eq\f(Im,\r(2))＝1A，電阻R2兩端電壓U2＝I2R2＝10V，根據(jù)串并聯(lián)電路特點及歐姆定律可得，電流表的示數(shù)I3＝eq\f(U2,R3)＝0.5A，C錯誤；根據(jù)理想變壓器的特點可得變壓器原線圈兩端電壓U1＝eq\f(n1,n2)U2＝100V，則電壓表的示數(shù)U′＝U－U1＝120V，B錯誤；變壓器傳輸?shù)碾姽β蔖＝U2(I2＋I(xiàn)3)＝15.0W，D正確．9．ABC從圖示位置開始，線圈轉(zhuǎn)過90°時磁場方向與線圈垂直，穿過線圈的磁通量最大，A正確；感應(yīng)電流的瞬時值表達(dá)式為i＝Imcoseq\f(2π,T)t，線圈轉(zhuǎn)過60°時感應(yīng)電流為1A，則Im＝2A，線圈中感應(yīng)電流的有效值為I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\r(2)A，B正確；由閉合電路歐姆定律得，感應(yīng)電動勢的最大值Em＝ImR＝4V，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式為e＝4coseq\f(2π,T)t