2020高考物理备考 专题10交变电流百所名校组合卷系列

2020高考物理备考 专题10交变电流百所名校组合卷系列

‎2020高考物理备考之百所名校组合卷系列 专题10 交变电流 ‎ ‎【试题1】交流发电机在工作时的电动势为E＝E0sinωt，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为 ‎(　　)‎ A．E0sin2ωt　　　　　　　B．2E0sin2ωt C．E0sin D．2E0sin ‎【解析】交变电压瞬时值表达式为E＝E0sinωt，而E0＝NBSω，电枢的转速提高1倍即ω加倍，其他条件不变时E0加倍，应选B项．‎ ‎【答案】B ‎【试题出处】2020·河北衡水中学模拟 ‎【试题2】一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流电动势e＝220sinωt，则(　　)‎ A．交流的频率是50 Hz B．交流电的有效值是220 V C．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面重合 D．当t＝ s时，e有最大值220 V ‎【解析】由题设知，电动势最大值为220 V，故有效值是220 V；t＝0时，e＝0，故B、C正确．ω未知， f无法确定，t＝ s时，电压瞬时值无法确定，A、D错．‎ ‎【答案】BC ‎【试题出处】2020·柳州一中模拟 ‎【试题3】‎ 如图1所示为一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状．M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转轴旋转．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场．若从图示位置开始计时，当线框绕固定轴匀速转动时，下列说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A．穿过线圈的磁通量始终为零 B．穿过线圈的磁通量的变化率不为零 C．线圈中将产生恒定电流 D．线圈中将产生交变电流，大小不变，方向每转一周改变两次 ‎【解析】由题图可知，穿过线圈的磁通量显然不为零，且变化率不为零，据右手定则，线圈中将产生交变电流，大小不变，方向每转一周改变两次，B、D对．‎ ‎【答案】BD ‎【试题出处】2020·烟台一中模拟 ‎【试题4】如图2所示，理想变压器初级线圈的匝数为n1，次级线圈的匝数为n2，初级线圈的两端a、b接正弦交流电源，电压表V的示数为220 V，负载电阻R＝44 Ω，电流表A1的示数为‎0.20 A．下列判断中正确的是 ‎(　　)‎ 图2‎ A．初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1‎ B．初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1‎ C．电流表A2的示数为‎1.0 A D．电流表A2的示数为‎0.4 A ‎【试题出处】2020·北京东城区模拟 ‎【试题5】某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图3所示．如果其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交流电动势的最大值和周期分别变为 ‎(　　)‎ 图3‎ A．200 V,0.08 s B．25 V,0.04 s C．50 V,0.08 s D．50 V,0.04 s ‎【解析】据交流电电动势最大值表达式Em＝nBSω可知，若转速减半，则ω减半，最大值减半，为50 V，原周期为4×10－2 s，转速减半，周期加倍为8×10－2 s，故C正确．‎ ‎【答案】C ‎【试题出处】2020·天津南开中学模拟 ‎【试题6】全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门，排除污水(如图4所示)．以下说法中正确的是 ‎(　　)‎ 图4‎ A．若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为N极，B端为S极 B．若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为S极，B端为N极 C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中 D．若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中 ‎【解析】通交流电时，铁芯2仍被磁化而被吸入线圈中，故D项对．易知其它选项中B对．‎ ‎【答案】BD ‎【试题出处】2020·西安一中模拟 ‎【试题7】某理想变压器原、副线圈的匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按图5所示规律变化，副线圈接有一灯泡，此时灯泡消耗的功率为40 W，则下列判断正确的是 ‎(　　)‎ 图5‎ A．副线圈两端输出的电压为36 V B．原线圈中电流表的示数约为‎0.18 A C．变压器的输入、输出功率之比为55∶9‎ D．原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝220sin100πt V ‎【解析】根据变压器的原、副线圈的电压之比等于匝数之比，故副线圈两端输出的电压为U2＝U1＝36 V，A错；根据理想变压器知P1＝P2，故有I1＝≈‎0.18 A，B选项正确，C错；原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝220sin100πt V，D错．‎ ‎【答案】B ‎【试题出处】2020·北京师大附中模拟 ‎【试题8】在如图6所示的(a)(b)两电路中，当a、b端与e、f两端分别加上220 V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110 V，若分别在c、d和g、h两端加上110 V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为 ‎(　　)‎ A．220 V,220 V B．220 V,110 V C．110 V,110 V D．220 V,0 V 图6‎ ‎【试题出处】2020·华东六市联考模拟 ‎【试题9】面积为S的两个完全相同的单匝金属线圈分别放置在如图7甲、乙所示的磁场中．甲图中有磁感应强度为B0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕OO′轴做匀速转动；乙图中的磁场的变化规律为B＝B0cost，从图示时刻(t＝0时刻)起计时，则 ‎(　　)‎ A．两线圈中的磁通量变化规律均为Φ＝B0Scost B．两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同 C．两线圈中产生的交变电流的有效值不同 D．从此刻起，T/4时间内流过线圈截面的电荷量相同 图7‎ ‎【解析】由于线圈在磁场中以周期T绕OO′轴做匀速转动，所以其角速度为，在面积相同的情况下两者的磁通量变化规律均为Φ＝B0Scost，那么二者实际产生的交变电流是相同的，因此感应电动势达到最大值的时刻、交变电流的有效值、T/4时间内流过线圈截面的电荷量都是相同的．故AD正确．‎ ‎【答案】AD ‎【试题出处】2020·湖北调研 ‎【试题10】如图8所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的．○V1和○V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；○A1、○A2和○A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3，现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是 ‎(　　)‎ 图8‎ A．U2变小、I3变小 B．U2不变、I3变大 C．I1变小、I2变小 D．I1变大、I2变大 ‎【解析】因为变压器的匝数与U1不变，所以U2不变，故两电压表的示数均不变．当S断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I2减小，由于输入功率等于输出功率，所以I1也将减小，C正确；因为R1的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，I3变大，B正确．‎ ‎【答案】BC ‎【试题出处】2020·郑州一中模拟 ‎【试题11】一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中匀速转动，角速度为ω时，线圈中产生的交变电动势的最大值为E0，周期为T0，外力提供的功率为P0.若使线圈转动的角速度变为2ω，线圈中产生的交变电动势的最大值为E，周期为T，外力提供的功率为P.则E、T和P的大小为 ‎(　　)‎ A．E＝2E0，T＝T0，P＝2P0‎ B．E＝E0，T＝T0，P＝2P0‎ C．E＝2E0，T＝T0，P＝2P0‎ D．E＝2E0，T＝T0，P＝4P0‎ ‎【试题出处】2020·长沙一中模拟 ‎【试题12】一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图13所示．由图可知 ‎(　　)‎ 图13‎ A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin(25t) V B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电的电压的有效值为100 V D．若将该交流电压加在阻值为R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W 解析：从图中可知，交流电周期T＝4×10－2 s，峰值电压Um＝100 V，故交流电的频率f＝＝25 Hz，有效值U＝＝50 V．加在R＝100 Ω的电阻上时的热功率P＝＝50 W，瞬时值表达式u＝Umsint＝100sin(50πt) V，故正确选项为B、D.‎ 答案：BD ‎【试题出处】2020·正定一中模拟 ‎【试题13】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，产生的交流电动势的最大值为Em.设t＝0时线圈平面与磁场平行，当线圈的匝数增加一倍，转速也增大一倍，其他条件不变时，交流电的电动势为 ‎(　　)‎ A．e＝2Emsin2ωt　　　　　 B．e＝4Emsin2ωt C．e＝Emcos2ωt D．e＝4Emcos2ωt ‎【解析】产生电动势的最大值Em＝NBSω ω＝2nπ；n为转速 当N′＝2N；n′＝2n时，ω′＝2ω　Em′＝4Em，‎ 所以交流电的电动势的表达式为e＝4Emcos2ωt.故选D.‎ ‎【答案】D ‎【试题出处】2020·重庆一中模拟 ‎【试题14】一中学生为发射的“神舟七号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图18所示．连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值．关于这个装置在“神舟七号”载人飞船发射、运行和回收过程中示数的判断正确的是 ‎(　　)‎ 图18‎ A．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数仍为正 B．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数为负 C．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零 D．飞船在圆轨道上运行时，电压表示数所对应的加速度大小应约为‎9.8 m/s2‎ ‎【解析】该装置在地面上静止时，kx＝mg，指针指在表盘中央的零刻度处；飞船在加速上升的过程中，kx>mg，滑动头下移，此时，电压表的示数为正；飞船在竖直减速返回地面的过程中，加速度方向向上，此时电压表示数仍为正，故A对B错；飞船在圆轨道上运行时，飞船中的物体处于完全失重状态，a＝g，弹簧恢复原长，电压表示数不为零，故C错D对．‎ ‎【答案】AD ‎【试题出处】2020·成都四中模拟 ‎【试题15】某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9 kW，输出电压为500 V，输电线的总电阻为10 Ω，允许线路损耗的功率为输出功率的4%，求：‎ ‎(1)村民和村办小企业需要220 V电压时，所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？(不计变压器的损耗)‎ ‎(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率是多少？‎ ‎【解析】建立如图14所示的远距离输电模型，要求变压器原、副线圈的匝数比，先要知道原、副线圈两端的电压之比．‎ 图14‎ 本题可以从线路上损耗的功率为突破口，先求出输电线上的电流I线，再根据输出功率求出U2，然后再求出U3.‎ ‎(1)由线路损耗的功率P线＝IR线可得 I线＝＝ A＝‎‎6 A 又因为P输出＝U2I线，所以 U2＝＝ V＝1500 V U3＝U2－I线R线＝(1500－6×10) V＝1440 V 根据理想变压器规律＝＝＝，‎ ＝＝＝ 所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1∶3和72∶11.‎ 图15‎ ‎(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图15所示)，‎ 由P输出＝UI线′可得I线′＝＝ A＝‎‎18 A 所以线路损耗的功率 P线＝IR线＝182×10 W＝3240 W 用户得到的电压U用户＝U－I线R线 ‎＝(500－18×10) V＝320 V 用户得到的功率P用户＝P输出－P线 ‎＝(9000－3240) W＝5760 W.‎ ‎【答案】(1)1∶3　72∶11　(2)320 V　5760 W ‎【试题出处】2020·石家庄一中模拟 ‎【试题16】传感器有很多种，包括力学传感器、电学传感器等．它们在我们日常生活中的用途越来越大，越来越重要．某老师想制作一个电子控制电路，找到了一个旧传感器，如图16所示为检测该传感器的电路图．传感器上标有“3 V　0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω　‎1 A”的字样，电流表的量程为‎0.6 A，电压表的量程为3 V.‎ 图16‎ ‎(1)根据传感器上的标注图16，计算该传感器的电阻和额定电流．‎ ‎(2)若电路各元件均完好，检测时，为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？‎ ‎(3)根据技术资料可知，如果传感器的电阻变化超过1 Ω，则该传感器就失去了作用．实际检测时，将一个电压恒定的电源加在图中a、b之间(该电源电压小于上述所求电压的最大值)，闭合开关S，通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压．检测记录如下：‎ 电压表示数U/V 电流表示数I/A 第一次 ‎1.48‎ ‎0.16‎ 第二次 ‎0.91‎ ‎0.22‎ 若不计检测电路对传感器电阻的影响，通过计算分析，你认为这个传感器是否仍可使用？此时a、b间所加的电压是多少？‎ ‎【试题出处】2020·山东实验中学模拟 ‎【试题17】如图9所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I＝__________.线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量q＝__________.‎ 图9‎ ‎【解析】电流的最大值Im＝，电流的有效值I＝＝.穿过导体某横截面的电荷量Q＝＝.‎ ‎【答案】　 ‎【试题出处】2020·洛阳一中模拟 ‎【试题18】为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：‎ 照度(lx)‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ 电阻(kΩ)‎ ‎75‎ ‎40‎ ‎28‎ ‎23‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎①根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．‎ 图10‎ ‎②如图10所示，当1、2两端所加电压上升至2‎ ‎ V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)‎ 提供的器材如下：‎ 光敏电阻Rp(符号，阻值见上表)；‎ 直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；‎ 定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；‎ 开关S及导线若干．‎ ‎【解析】①光敏电阻随光照度变化的曲线如图11甲所示，其特点是：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．‎ 图11‎ ‎②当光照度降至1.0(lx)时，光敏电阻的阻值为RP＝20 kΩ，设计原理图如图11乙所示．根据欧姆定律与串联电阻的分压．‎ ＝，即＝ R＝10 kΩ 即与RP串联的电阻应选R1＝10 kΩ.‎ ‎【答案】①图象如图11甲所示　　阻值随光照度的增大非线性减小 ‎②电路如图11乙所示 ‎【试题出处】2020·海南一中模拟 ‎【试题19】如图12所示，圆形线圈共100匝，半径为r＝‎0.1 m，在匀强磁场中绕过直径的轴OO′匀速转动，磁感应强度B＝0.1 T，角速度为ω＝ ‎ rad/s，电阻为R＝10 Ω，求：‎ 图12‎ ‎(1)线圈由图示位置转过90°时，线圈中的感应电流为多大？‎ ‎(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图12所示，图示位置为t＝0时刻)．‎ ‎【解析】(1)当从图示位置转过90°时，线圈中有最大感应电流，Em＝NBSω＝30 V，则Im＝＝‎3 A.‎ ‎(2)由题意知：i＝Imsinωt，‎ 而Im＝‎3 A．ω＝ rad/s，所以：i＝3sint A.‎ ‎【答案】(1)‎3 A　(2)i＝3sint A ‎【试题出处】2020·广州模拟 ‎【试题20】如图13所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮．电枢线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦交变电流，给车头灯供电．已知自行车车轮半径r＝‎35 cm，摩擦小轮半径r0＝‎1.00 cm，线圈有n＝800匝，线圈框横截面积S＝‎20 cm2，总电阻R1＝40 Ω.旋转磁极的磁感应强度B＝0.010 T，车头灯电阻R2＝10 Ω.当车轮转动的线速度ω＝8 rad/s时求：‎ ‎(1)发电机磁极转动的角速度．‎ ‎(2)车头灯中电流的有效值．‎ 图13‎