
1.(多選)一矩形金屬線圈,繞垂直磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.此交流電的頻率為10 Hz
B.此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為eq \r(2) V
C.t=0.1 s時(shí),線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直
D.在線圈平面與磁場(chǎng)方向成30°時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為1 V
2.(2022·廣東卷·4)如圖是簡(jiǎn)化的某種旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)原理圖。定子是僅匝數(shù)n不同的兩線圈,n1>n2,二者軸線在同一平面內(nèi)且相互垂直,兩線圈到其軸線交點(diǎn)O的距離相等,且均連接阻值為R的電阻,轉(zhuǎn)子是中心在O點(diǎn)的條形磁鐵,繞O點(diǎn)在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),兩線圈輸出正弦式交變電流。不計(jì)線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響,下列說(shuō)法正確的是( )
A.兩線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值相等
B.兩線圈產(chǎn)生的交變電流頻率相等
C.兩線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)同時(shí)達(dá)到最大值
D.兩電阻消耗的電功率相等
3.一只低壓電源輸出的交變電壓為U=10eq \r(2)sin 314t (V),π取3.14,以下說(shuō)法正確的是( )
A.這只電源可以使“10 V 2 W”的燈泡正常發(fā)光
B.這只電源的交變電壓的周期是314 s
C.這只電源在t=0.01 s時(shí)輸出的電壓達(dá)到最大值
D.擊穿電壓為10 V的電容器可以直接接在這只電源上
4.(多選)在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩個(gè)相同的矩形金屬線圈a、b分別繞線圈平面內(nèi)與磁場(chǎng)垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像如圖所示,則( )
A.線圈a的轉(zhuǎn)速是b的3倍
B.線圈b產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為10 V
C.t=0.01 s時(shí),線圈a恰好經(jīng)過(guò)中性面
D.t=0.03 s時(shí),線圈b恰好經(jīng)過(guò)中性面
5.(多選)某音響電路的簡(jiǎn)化電路圖如圖所示,輸入信號(hào)既有高頻成分,也有低頻成分,則( )
A.電感線圈L1的作用是通高頻
B.電容器C2的作用是通高頻
C.揚(yáng)聲器甲用于輸出高頻成分
D.揚(yáng)聲器乙用于輸出高頻成分
6.某研究小組成員設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖所示的電路,已知純電阻R的阻值不隨溫度變化。與R并聯(lián)的是一個(gè)理想的交流電壓表,D是理想二極管(它的導(dǎo)電特點(diǎn)是正向電阻為零,反向電阻為無(wú)窮大)。在A、B間加一交流電壓,其瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=20eq \r(2)sin 100πt(V),則交流電壓表的示數(shù)為( )
A.10 V B.20 V C.15 V D.14.1 V
7.在圖乙的電路中,通入如圖甲所示的交變電流,此交變電流的每個(gè)周期內(nèi),前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化,后三分之二周期電壓恒定。電阻R的阻值為12 Ω,電表均為理想電表,下列說(shuō)法正確的是( )
A.電壓表的示數(shù)為6eq \r(2) V
B.該交變電流的電壓有效值為4eq \r(3) V
C.電阻R一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為12 J
D.電流表的示數(shù)為0.5 A
8.(2023·江蘇淮安市二模)如圖所示,KLMN是一個(gè)豎直的單匝矩形導(dǎo)線框,全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框面積為S,電阻為R,MN邊水平,線框繞某豎直固定軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)楦┮晻r(shí)順時(shí)針。在t=0時(shí)刻,MN邊與磁場(chǎng)方向的夾角為30°。則下列判斷正確的是( )
A.從圖示位置開(kāi)始,轉(zhuǎn)動(dòng)30°的過(guò)程中,穿過(guò)線框的磁通量的變化率逐漸減小
B.從圖示位置開(kāi)始,轉(zhuǎn)動(dòng)60°的過(guò)程中,導(dǎo)線框中電流方向由KLMNK變?yōu)镵NMLK
C.在t=0時(shí)刻,導(dǎo)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為eq \f(1,2)BSω
D.從圖示位置開(kāi)始,轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過(guò)程中導(dǎo)線框中產(chǎn)生的焦耳熱為eq \f(B2S2ωπ,2R)
9.(多選)(2024·浙江省模擬)如圖甲所示為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)構(gòu)造示意圖,兩磁極N、S間的磁場(chǎng)可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),單匝線圈繞垂直于磁場(chǎng)的水平軸OO′沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化,其e-t圖像如圖乙所示。發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1 Ω,外接燈泡的電阻為9 Ω。電壓表為理想電壓表,則( )
A.線圈的轉(zhuǎn)速n=240 r/min
B.電壓表的示數(shù)為10eq \r(2) V
C.t=0.125 s時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量最大
D.0~0.125 s的時(shí)間內(nèi),通過(guò)燈泡的電荷量為eq \f(1,2π) C
10.(多選)(2023·廣東省肇慶中學(xué)模擬)電阻為1 Ω的單匝矩形線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像如圖所示,現(xiàn)把交變電流加在電阻為9 Ω的電熱絲上,下列說(shuō)法正確的是( )
A.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為100 rad/s
B.在0~0.005 s時(shí)間內(nèi),通過(guò)電熱絲的電荷量為eq \f(1,5π) C
C.電熱絲兩端的電壓為180 V
D.電熱絲的發(fā)熱功率為1 800 W
11.(多選)(2023·湖南卷·9)某同學(xué)自制了一個(gè)手搖交流發(fā)電機(jī),如圖所示。大輪與小輪通過(guò)皮帶傳動(dòng)(皮帶不打滑),半徑之比為4∶1,小輪與線圈固定在同一轉(zhuǎn)軸上。線圈是由漆包線繞制而成的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形,共n匝,總阻值為R。磁體間磁場(chǎng)可視為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 大輪以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)小輪及線圈繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直。線圈通過(guò)導(dǎo)線、滑環(huán)和電刷連接一個(gè)阻值恒為R的燈泡。假設(shè)發(fā)電時(shí)燈泡能發(fā)光且在額定電壓以?xún)?nèi)工作,下列說(shuō)法正確的是( )
A.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為4ω
B.燈泡兩端電壓有效值為3eq \r(2)nBL2ω
C.若用總長(zhǎng)為原來(lái)兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長(zhǎng)仍為L(zhǎng)的多匝正方形線圈,則燈泡兩端電壓有效值為eq \f(4\r(2)nBL2ω,3)
D.若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍,則燈泡變得更亮
12.如圖為某同學(xué)設(shè)計(jì)的一種發(fā)電裝置。在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場(chǎng)區(qū)域的圓心角α均為eq \f(4,9)π,磁場(chǎng)均沿半徑方向。N匝矩形線圈abcd的邊長(zhǎng)ab=cd=L、bc=ad=2L。線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),bc和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)中,兩條邊所經(jīng)過(guò)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直。線圈的總電阻為r,外接電阻為R。則( )
A.矩形線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,電流方向改變一次
B.從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式e=2NBL2ωsin ωt
C.線圈切割磁感線時(shí),bc邊所受安培力的大小F=eq \f(4NB2L3ω,r+R)
D.外接電阻上電流的有效值I=eq \f(4NBL2ω,3?r+R?)
第1練 交變電流的產(chǎn)生和描述
1.BC [由題圖知周期T=0.2 s,所以頻率f=eq \f(1,T)=5 Hz,A錯(cuò)誤;由題圖可知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為2 V,則有效值為E=eq \f(2,\r(2)) V=eq \r(2) V,故B正確;由題圖可知,t=0.1 s時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0,所以線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直,故C正確;在線圈平面與磁場(chǎng)方向成30°時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小e=2sin 60° V=eq \r(3) V,故D錯(cuò)誤。]
2.B [根據(jù)E=neq \f(ΔΦ,Δt),可知穿過(guò)兩線圈的磁通量的變化率相等,但是匝數(shù)不同,則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值不相等,有效值也不相等,根據(jù)P=eq \f(E2,R)可知,兩電阻消耗的電功率也不相等,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤;因兩線圈放在同一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁鐵的旁邊,則兩線圈產(chǎn)生的交變電流的頻率相等,選項(xiàng)B正確;當(dāng)條形磁鐵的磁極到達(dá)線圈軸線時(shí),磁通量變化率最大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,由題圖可知兩線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不可能同時(shí)達(dá)到最大值,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。]
3.A [這只電源交變電壓的峰值Um=10eq \r(2) V,則有效值U有=eq \f(10\r(2),\r(2)) V=10 V,所以這只電源可以使“10 V 2 W”的燈泡正常發(fā)光,故A項(xiàng)正確;ω=314 rad/s,則T=eq \f(2π,ω)=0.02 s,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;在t=0.01 s時(shí),這只電源的輸出電壓為零,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;10 V小于10eq \r(2) V,則擊穿電壓為10 V的電容器不能直接接在這只電源上,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。]
4.BD [由題圖可知eq \f(Ta,Tb)=eq \f(2,3),根據(jù)公式ω=eq \f(2π,T)=2πf=2πn得,線圈a、b的轉(zhuǎn)速之比為3∶2,故A錯(cuò)誤;由于最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em=NBSω=NBS·2πn,由題圖可知,a線圈最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為15 V,則b線圈最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為10 V,故B正確;由題圖可知,t=0.01 s時(shí),線圈a中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,則此時(shí)線圈a位于垂直中性面位置,故C錯(cuò)誤;t=0.03 s時(shí),線圈b中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0,則此時(shí)線圈b恰好經(jīng)過(guò)中性面,故D正確。]
5.BD [在交流電路中,電感線圈的作用是“通低頻、阻高頻”,電容器的作用是“通交流、隔直流”和“通高頻、阻低頻”,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;當(dāng)輸入端的信號(hào)既有高頻成分也有低頻成分時(shí),低頻成分通過(guò)電感線圈L1,到達(dá)揚(yáng)聲器甲,高頻成分通過(guò)電容器C2,到達(dá)揚(yáng)聲器乙,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。]
6.D [二極管具有單向?qū)щ娦?,使得半個(gè)周期內(nèi)R通路,另外半個(gè)周期內(nèi)R斷路,在通路的半個(gè)周期內(nèi),交流電壓的有效值為20 V,有eq \f(U2,R)T=eq \f(?20 V?2,R)·eq \f(T,2),解得U=10eq \r(2) V≈14.1 V,選項(xiàng)D正確。]
7.D [根據(jù)電流的熱效應(yīng),有eq \f(?\f(U1max,\r(2))?2,R)×1+eq \f(U22,R)×2=eq \f(U2,R)×3,解得U=6 V,所以該交變電流的電壓有效值為6 V,電壓表讀數(shù)為6 V,A、B錯(cuò)誤;由焦耳定律得Q=eq \f(U2,R)·T=9 J,C錯(cuò)誤;由歐姆定律有I=eq \f(U,R)=0.5 A,D正確。]
8.D [從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)30°過(guò)程中,穿過(guò)導(dǎo)線框的磁通量逐漸減小,磁通量變化率逐漸增大,故A錯(cuò)誤;由安培定則可知,從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)60°過(guò)程中,電流方向?yàn)镵NMLK,故B錯(cuò)誤;從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),則線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為E=BSωsin(ωt+eq \f(π,3)),當(dāng)t=0時(shí),E=eq \f(\r(3),2)BSω,故C錯(cuò)誤;線框轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值為E有=eq \f(Em,\r(2))=
eq \f(\r(2),2)BSω,由周期公式T=eq \f(2π,ω),轉(zhuǎn)動(dòng)180°產(chǎn)生的熱量Q=eq \f(E有2T,2R),解得Q=eq \f(B2S2ωπ,2R),故D正確。]
9.ACD [由題圖乙可知,周期為0.250 s,則轉(zhuǎn)速為n=eq \f(1,T)=eq \f(1,0.250) r/s=240 r/min,故A正確;電動(dòng)勢(shì)的有效值為E有=eq \f(20,\r(2)) V=10eq \r(2) V,電壓表的示數(shù)為U=IR=eq \f(E有,R+r)R=9eq \r(2) V,故B錯(cuò)誤;在t=0.125 s時(shí),電動(dòng)勢(shì)為零,則線圈所在位置和中性面重合,穿過(guò)線圈的磁通量最大,故C正確;在0~0.125 s的時(shí)間內(nèi),根據(jù)Em=BSω可得BS=eq \f(Em,ω)=eq \f(5,2π) Wb,則通過(guò)燈泡的電荷量q=eq \x\t(I)Δt=eq \f(ΔΦ,?R+r?Δt)Δt=eq \f(ΔΦ,R+r)=eq \f(2BS,R+r)=eq \f(1,2π) C,故D正確。]
10.BD [由題圖可知,周期為0.02 s,角速度為ω=eq \f(2π,T)=100π rad/s,故A錯(cuò)誤;在0~0.005 s時(shí)間內(nèi),磁通量變化量為BS,電壓峰值為200 V,由Em=BSω得BS=eq \f(2,π) Wb,通過(guò)電熱絲的電荷量q=eq \x\t(I)t=eq \f(ΔΦ,R+r)=eq \f(1,5π) C,故B正確;電熱絲兩端電壓U=eq \f(E有,R+r)R=eq \f(9,9+1)×eq \f(200,\r(2)) V=
90eq \r(2) V,故C錯(cuò)誤;電熱絲的發(fā)熱功率P=eq \f(U2,R)=eq \f(?90\r(2)?2,9) W=1 800 W,故D正確。]
11.AC [大輪和小輪通過(guò)皮帶傳動(dòng),線速度大小相等,小輪和線圈同軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,根據(jù)v=ωr,可知小輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為4ω,則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為4ω,A正確;線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Emax=nBS·4ω,又S=L2,可得Emax=4nBL2ω,則線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值E=eq \f(Emax,\r(2))=2eq \r(2)nBL2ω,根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理可知燈泡兩端電壓有效值為U=eq \f(RE,R+R)=eq \r(2)nBL2ω,B錯(cuò)誤;若用總長(zhǎng)為原來(lái)兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長(zhǎng)仍為L(zhǎng)的多匝正方形線圈,則線圈的匝數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Emax′=8nBL2ω,此時(shí)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值E′=eq \f(Emax′,\r(2))=4eq \r(2)nBL2ω,根據(jù)電阻定律可知線圈電阻變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,即為2R,根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理可得燈泡兩端電壓有效值U′=eq \f(RE′,R+2R)=eq \f(4\r(2)nBL2ω,3),C正確;若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍,根據(jù)v=ωr可知小輪和線圈的角速度變小,根據(jù)E有效=eq \f(nBSω,\r(2)),可知線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值變小,則燈泡變暗,D錯(cuò)誤。]
12.D [矩形線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,電流方向改變兩次,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在磁場(chǎng)中,兩條邊所經(jīng)過(guò)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直,線圈切割磁感線時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變,是方波式交流電,故B錯(cuò)誤;線圈切割磁感線時(shí),bc、ad邊的運(yùn)動(dòng)速度為v=ω·eq \f(L,2),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=4NBLv,解得E=2NBL2ω,感應(yīng)電流I=eq \f(E,R+r)=eq \f(2NBωL2,R+r),bc邊所受安培力的大小F=NBI·2L=eq \f(4N2B2L3ω,r+R),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;一個(gè)周期內(nèi),通電時(shí)間t=eq \f(4,9)T,則I2R總eq \f(4,9)T=I′2
R總T,解得I′=eq \f(2I,3)=eq \f(4NBL2ω,3?r+R?),故D正確。]
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