2024高二物理寒假作業(yè)同步練習(xí)題交變電流的產(chǎn)生描述及影響含解析

交變電流的產(chǎn)生、描述及影響1、如圖所示，在水平勻強(qiáng)磁場中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，若要使線圈中的電流峰值減半，不行行的方法是()A．只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B．只將線圈的匝數(shù)減半C．只將勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半D．只將線圈的邊長減半【答案】：B【解析】：由Im＝eq\f(Em,R)，Em＝NBSω，ω＝2πn，得Im＝eq\f(NBS·2πn,R)，故A、C可行；又電阻R與匝數(shù)有關(guān)，當(dāng)匝數(shù)減半時電阻R也隨之減半，則Im不變，故B不行行；當(dāng)邊長減半時，面積S減為原來的eq\f(1,4)，而電阻減為原來的eq\f(1,2)，故D可行．2、一溝通發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動勢e＝Emsinωt，如將線圈的匝數(shù)增加一倍，電樞的轉(zhuǎn)速也增加一倍，其他條件不變，感應(yīng)電動勢的表達(dá)式將變?yōu)?)A．e′＝2Emsin2ωt B．e′＝2Emsin4ωtC．e′＝4Emsin2ωt D．e′＝4Emsin4ωt【答案】：C【解析】：e＝Emsinωt＝nBSωsinωt，現(xiàn)n′＝2n，ω′＝2ω，則Em′＝4Em，所以感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式將變?yōu)閑′＝4Emsin2ωt.3、一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變更的圖象如圖所示．則下列說法中正確的是()A．t＝0時刻，線圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時刻，Φ的變更率為0C．t＝0.02s時刻，感應(yīng)電動勢達(dá)到最大D．從t＝0.01s時刻至t＝0.04s時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度是eq\f(3,2)π【答案】：D【解析】：由圖象可知t＝0、t＝0.02s、t＝0.04s時刻線圈平面位于中性面位置，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，故E＝0；t＝0.01s、t＝0.03s、t＝0.05s時刻線圈平面與磁感線平行，Φ最小，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，故E最大；從圖象可知，從t＝0.01s時刻至t＝0.04s時刻線圈旋轉(zhuǎn)eq\f(3,4)周，轉(zhuǎn)過的角度為eq\f(3,2)π.4、如圖所示，在電路兩端加上正弦溝通電，保持電壓有效值不變，使頻率增大，發(fā)覺各燈的亮暗狀況是：燈1變亮，燈2變暗，燈3不變，則M、N、L中所接元件可能是()A．M為電阻，N為電容器，L為電感線圈B．M為電感線圈，N為電容器，L為電阻C．M為電容器，N為電感線圈，L為電阻D．M為電阻，N為電感線圈，L為電容器【答案】：C【解析】：當(dāng)交變電流的頻率增大時，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，由燈1變亮，燈2變暗可知M為電容器，N為電感線圈，而電阻與交變電流的頻率無關(guān)，故L為電阻，C正確．5、如甲圖所示是某種型號的電熱毯的電路圖，電熱毯接在交變電源上，通過裝置P使加在電熱絲上的電壓的波形如乙圖所示．此時接在電熱絲兩端的溝通電壓表的讀數(shù)為()A．110V B．156VC．220V D．311V【答案】：B【解析】：由圖象可知該交變電流的周期T＝2×10－2s，可分兩段0～0.01s和0.01～0.02s，依據(jù)有效值的定義可得eq\f(\f(Um,\r(2))2,R)·eq\f(T,2)＋0＝eq\f(U2,R)T，U＝eq\f(Um,2)≈156V，故選B.6、（多選）如圖所示，甲、乙兩個并排放置的共軸線圈，甲中通有如圖丙所示的電流，則()A．在t1到t2時間內(nèi)，甲、乙相吸B．在t2到t3時間內(nèi)，甲、乙相斥C．t1時刻兩線圈間作用力為零D．t2時刻兩線圈間吸引力最大【答案】：ABC【解析】：甲回路電流減弱時，據(jù)楞次定律，乙回路將產(chǎn)生與甲同向環(huán)繞的感應(yīng)電流，甲、乙電流之間通過磁場發(fā)生相互作用，甲、乙相吸，同理，當(dāng)甲中電流增加時，甲、乙相互排斥，故選項A、B都正確．在t1時刻，甲中電流產(chǎn)生的磁場變更率為零，則乙線圈感生電流瞬時值為零，而t2時刻，雖然乙中感生電流最強(qiáng)，但此時甲中電流瞬時值為零，所以t1、t2時刻，甲、乙電流間相互作用都為零，故選項C正確，D錯誤．7、一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢隨時間變更的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示．已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5Ω，外接一只電阻為95Ω的燈泡，如圖乙所示，則()A．電壓表的示數(shù)為220VB．電路中的電流方向每秒鐘變更50次C．燈泡實際消耗的功率為484WD．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J【答案】：D【解析】：由題圖甲可知發(fā)電機(jī)的電動勢的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝220V，周期為2×10－2s，電流在一個周期內(nèi)變更兩次方向，所以電流在每秒內(nèi)變更100次方向，B錯；由I＝eq\f(E,R＋r)知I＝eq\f(220,95＋5)A＝2.2A，所以燈泡兩端的電壓U＝IR＝2.2×95V＝209V，故A錯；燈泡的實際功率為P＝I2R＝2.22×95W＝459.8W，C錯；發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為Q＝I2rt＝2.22×5×1J＝24.2J，所以D選項正確．8、如圖所示的電路，F(xiàn)為一溝通發(fā)電機(jī)，C為平行板電容器，為使電流表A的示數(shù)增加，可行的方法是()A．使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速增加B．使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速減小C．在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)D．使電容器兩極板間的距離增大【答案】：A【解析】：本題考查電容對交變電流的阻礙作用．本題的關(guān)鍵是理解容抗與交變電流的頻率和電容器的電容都成反比．當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加時，交變電流的頻率增大，容抗減小，電流表A的示數(shù)增大，A項正確，B項錯誤；在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)時，電容器的電容減小，使電容器兩極板間距離增大時電容也減小，當(dāng)電容減小時，容抗增大，對交變電流的阻礙作用增大，電流表A示數(shù)減小，C、D兩項均錯誤．故正確答案為A.9、如圖所示，處在垂直紙面對外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中的矩形線框MNPQ，以恒定的角速度ω繞對角線NQ轉(zhuǎn)動．已知MN長為l1，NP長為l2，線框電阻為R0.在t＝0時刻線框平面與紙面重合，下列說法正確的是()A．矩形線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值為eq\f(\r(2),2)Bl1l2ωB．矩形線框轉(zhuǎn)過半周時，通過線框的瞬時電流為零C．矩形線框轉(zhuǎn)動一周時，通過線框的電荷量為eq\f(Bl1l2,R)D．矩形線框從圖示位置轉(zhuǎn)動半周過程中產(chǎn)生的熱量為eq\f(πB2l\o\al(2,1)l\o\al(2,2)ω,2R)【答案】：ABD【解析】：矩形線框轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的正弦溝通電的最大電動勢Em＝Bl1l2ω，有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(\r(2),2)Bl1l2ω，故A正確；轉(zhuǎn)過半周，此時線框平面與磁場垂直，磁通量最大，感應(yīng)電動勢為零，瞬時電流為零，B正確；轉(zhuǎn)過一周，通過橫截面的電荷量為零，C錯誤；線框從圖示位置轉(zhuǎn)過半周過程中產(chǎn)生的熱量為Q＝eq\f(E2,R)t＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2),2)Bl1l2ω))2,R)×eq\f(π,ω)＝eq\f(πB2l\o\al(2,1)l\o\al(2,2)ω,2R)，D正確．10、一臺發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲所示,其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極,它們的表面呈半圓柱面形態(tài)。M是圓柱形鐵芯,鐵芯外套有一矩形線圈,線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場。若從圖甲所示位置起先計時,此時電動勢為正值,圖乙中能正確反映線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變更規(guī)律的是()【答案】：D【解析】：由于磁場為沿半徑的輻向磁場,可以認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變,線圈始終垂直切割磁感線,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變,由于每個周期磁場方向要變更兩次,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向也要變更兩次,選項D正確。11、如圖所示，一半徑為r＝10cm的圓形線圈共100匝，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(5,π2)T的勻強(qiáng)磁場中，繞垂直于磁場方向的中心軸線OO′以n＝600r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至中性面位置(圖中位置)時起先計時．(1)寫出線圈內(nèi)所產(chǎn)生的交變電動勢的瞬時值表達(dá)式；(2)求線圈從圖示位置起先在eq\f(1,60)s時的電動勢的瞬時值．【答案】：(1)e＝100sin20πtV(2)86.6V【解析】：線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸線勻速轉(zhuǎn)動時，線圈內(nèi)產(chǎn)生正弦式交變電動勢，當(dāng)線圈平面在中性面時起先計時，其表達(dá)式為e＝Emsinωt.(1)e＝Emsinωt，Em＝NBSω(與線圈形態(tài)無關(guān))，ω＝20πrad/s，故e＝100sin20πtV.(2)當(dāng)t＝eq\f(1,60)s時，e＝100sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(20π×\f(1,60)))V＝50eq\r(3)V＝86.6V.12、如圖所示，邊長分別為10cm和20cm的矩形線圈，匝數(shù)為100，阻值為5Ω，在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場方向的OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，已知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(3\r(2),5π)T，線圈轉(zhuǎn)動的角速度為ω＝100πrad/s，線圈和阻值為R＝15Ω的電阻相連接.(1)開關(guān)S斷開時，求志向電壓表的示數(shù)；(2)開關(guān)S閉合時，電阻正常工作，求電阻的額定功率；(3)若將電阻換成激發(fā)電壓和熄滅電壓均為45eq\r(2)V的霓虹燈(阻值也為R＝15Ω)，則在一個周期內(nèi)，霓虹燈被點亮的時間是多少？【答案】：(1)120V(2)540W(3)eq\f(1,75)s【解析】：若以線圈處于中性面位置起先計時，則線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e＝nBSωsinωt代入數(shù)據(jù)得e＝120eq\r(2)sin100πtV(1)開關(guān)S斷開時，志向電壓表示數(shù)為UV＝eq\f(\r(2),2)Em＝120V(2)開關(guān)S閉合時，電阻正常工作，通過電阻的電流為I＝eq\f(UV,R＋r)＝eq\f(120,20)A＝6A所以其額定功率是P＝I2R＝540W(3)由e＝120eq\r(2)sin100πtV可得i＝eq\f(e,R