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拾躲市安息阳光实验学校高考物理二轮总复习专题过关检测 交变电流 电磁场 电磁波(时间:90分钟 满分:100分)一、选择题(本题包括10小题,共40分.每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不选的得0分)1.某电路中电场随时间变化的图象如图13-1所示,能发射电磁波的电场是哪一种( ) 图13-1解析:周期性变化的电场才能产生周期性变化的磁场,均匀变化的电场产生稳定的磁场,振荡的电场产生同频率振荡的磁场.故只有选项D 对. 答案:D2.关于电磁波与声波,下列说法正确的是( ) A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质 B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大 C.由空气进入水中时,电磁波波长变小,声波波长变大D.电磁波和声波在介质中的传播速度,都是由介质决定的,与频率无关解析:可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析,选项A 、B 均与事实相符,所以选项A 、B 正确.根据fv =λ,电磁波波速变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,所以选项C 正确.电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一种介质中,频率越大,波速越小,所以选项D 错误.答案:ABC3.某空间出现了如图13-2所示的一组闭合的电场线,这可能是( ) 图13-2A.沿AB 方向磁场在迅速减弱B.沿AB 方向磁场在迅速增加C.沿BA 方向磁场在迅速增加D.沿BA 方向磁场在迅速减弱解析:根据电磁感应,闭合回路中的磁通量变化时,使闭合回路中产生感应电流,该电流可用楞次定律判断.根据麦克斯韦电磁场理论,闭合回路中产生感应电流,是因为闭合回路中受到了电场力的作用,而变化的磁场产生电场,与是否存在闭合回路没有关系,故空间内磁场变化产生的电场方向,仍然可用楞次定律判断,四指环绕方向即为感应电场的方向,由此可知A 、C 正确. 答案:AC4.如图13-3所示,在闭合铁芯上绕着两个线圈M 和P ,线圈P 与电流表构成闭合回路.若在t 1至t 2这段时间内,观察到通过电流表的电流方向自上向下(即由c 经电流表至d ),则可以判断出线圈M 两端的电势差u ab 随时间t 的变化情况可能是图13-4中的( ) 图13-3 图13-4解析:对A 图,u ab 不变,A 表中无电流,对B 图,u ab 均匀增大,由安培定则知,M 中有向上增强的磁场,P 中有向下增加的磁通量,又由楞次定律和安培定则知,A 表中电流方向由d 经电流表至c ,故A 、B 错,同理分析得C 、D 正确.答案:CD5.如图13-5所示,把电阻R 、电感线圈L 、电容器C 分别串联一个灯泡后并联在电路中.接入交流电源后，三盏灯亮度相同.若保持交流电源的电压不变，使交变电流的频率减小，则下列判断正确的是( ) 图13-5A.灯泡L1将变暗B.灯泡L2将变暗C.灯泡L3将变暗D.灯泡亮度都不变解析:当交变电流的频率减小时，R 不变，电感线圈感抗减小，电容器容抗增大，则灯泡L 3亮度不变，L 2变暗，L 1变亮，故B 正确. 答案:B6.如图13-6所示,理想变压器有三个线圈A 、B 、C ,其中B 、C 的匝数分别为n 2、n 3,电压表的示数为U ,电流表的示数为I ,L 1、L 2是完全相同的灯泡,根据以上条件可以计算出的物理量是( ) 图13-6A.线圈A 的匝数B.灯L 2两端的电压C.变压器的输入功率D.通过灯L 1的电流解析:由题意知线圈B 两端的电压为U ,设线圈C 两端的电压为U C ,则23n n U U C =,所以U n n U C 23=,B 正确;通过L 2的电流为I,则可以求出L 2的电阻,L 2与L 1的电阻相同,所以可求出通过L 1的电流,D 正确;根据以上数据可以求出L 1、L 2的功率,可得变压器总的输出功率,它也等于变压器的输入功率,C 正确;根据题意无法求出线圈A 的匝数,A 错. 答案:BCD7.某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图13-7所示的电路，其中L 1、L 2是两个完全相同的灯泡，已知把开关置于3、4时，电路与交流电源接通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是( )图13-7 A.当开关置于1、2时，稳定后L 1、L 2两个灯泡均发光且亮度相同 B.当开关置于1、2时，稳定后L 1、L 2两个灯泡均发光，且L 1比L 2亮C.当开关置于3、4时，稳定后，若只增加交变电流的频率，则L 1变暗，L 2变亮D.在开关置于3、4的瞬间，L 2立即发光，而L 1亮度慢慢增大解析:当开关置于1、2时，稳定后因电容器隔直流，故电路断开，L 2不发光，A 、B 错误；在开关置于3、4的瞬间，电容器通交流，L 2立即发光，由于电感的自感作用，L 1亮度慢慢增大，D 正确.当开关置于3、4稳定后，增加交变电流频率，容抗减小，感抗增大，L 1变暗，L 2变亮，C 正确. 答案:CD8.如图13-8所示，理想变压器初级线圈的匝数为n 1，次级线圈的匝数为n 2,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A 1的示数为0.20 A.下列判断中正确的是( )图13-8A.初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1B.初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1C.电流表A 2的示数为1.0 AD.电流表A 2的示数为0.4 A解析:对于理想变压器，P 1=U 1I 1=220×0.20 W=44 W，则负载电阻消耗的功率P 2=P 1=44 W ，据,222RU P =得44V,V 444422=⨯==R P U 则,5442202121===U U n n 故B正确.A 2的读数1A,A 444422===R U I 故C正确.答案:BC9.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13-9A.副线圈两端输出的电压为V 236B.原线圈中电流表的示数约为0.18 AC.变压器的输入、输出功率之比为55∶9D.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V U n n U 361122==，A 错；根据理想变压器知P 1=P 2，故有A U P I 18.0111≈=，B 选项正确，C 错；原线圈两端电压的瞬时值表达式为)(100sin 2220V t u π=，D 错.只有B 选项正确.答案:B10.利用如图13-10所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2=1∶100，交流电流表A 的示数是50 mA ，则( )]图13-10A.被测电路的电流有效值为0.5 AB.被测电路的电流平均值为0.5 AC.被测电路的电流最大值为A 25D.原副线圈中的电流同时达到最大值解析:交流电流表示数为副线圈中电流的有效值，即I 2=50 mA=0.05 A ，根据1221n n I I =得，I 1=5 A ，A 、B 均错误；原线圈(被测电路)中电流的最大值A 2521lm ==I I ，C项正确；原线圈中电流最大时，线圈中磁通量的变化率等于零，此时副线圈中的电流最小；原线圈中电流等于0时，磁通量的变化率最大，副线圈中电流最大.所以原、副线圈电流有相位差，故不能同时达到最大值，D 项错误. 答案:C二、问答与计算11.(8分)在“练习使用示波器”实验中,某同学欲按要求先在荧光屏上调出亮斑,为此,他进行了如下操作:首先将辉度调节旋钮逆时针转到底,竖直位移和水平位移旋钮转到某位置,将衰减调节旋钮置于1 000挡,扫描范围旋钮置于“外x 挡”.然后打开电源开关(指示灯亮),过2 min 后,顺时针旋转辉度调节旋钮,结果屏上始终无亮斑出现(示波器完好).那么,他应再调节什么旋钮才有可能在屏上出现亮斑?答案:竖直位移旋钮和水平位移旋钮.12.(12分)交流发电机的原理如图13-11甲所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕OO ′轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示，已知线圈的电阻为R =2.0 Ω，求: 图13-11(1)通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少？ (2)矩形线圈转动的周期是多少？(3)线圈电阻上产生的电热功率是多少？(4)保持线圈匀速运动，1 min 内外界对线圈做的功是多少？解析:(1)由I t 图可知通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值I m =2.0 A. (2)矩形线圈转动的周期T =4.0×10－3s.(3)由有效值,2mI I =线圈电阻上产生的电热功率为.4222W R IR I P m ===(4)外界对线圈做功转化成电能再转化成电热，1分钟内外界对线圈做的功W =Pt =240 J.答案:(1)2.0 A (2)4.0×10－3s (3)4 W (4)240 J13.(9分)有一台内阻为1 Ω的发电机，供给一学校照明用电，如图13-12所示.升压变压器原、副线圈匝数比为1∶4，降压变压器原、副线圈匝数比为4∶1，输电线的总电阻为4 Ω.全校共有22个班，每班有“220 V 40 W”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则 图13-12(1)发电机的电动势为多大？(2)发电机的输出功率为多大？(3)输电效率为多少？解析:(1)由题意知U 4=220 V则24A A 622220403=⨯⨯=⋅=n U P I R 由降压变压器变压关系:,4343n n U U =得V 8804343==n nU U 由降压变压器变流关系:,3432n n I I =得A 63342==n I n I 又因为U 2=U 3+I 2R =880 V+6×4 V=904 V由升压变压器变压关系:,2121n n U U =得U 1=226 V 由升压变压器变流关系:,1221n n I I =得I 1=24 A所以:(1)发电机的电动势:E =U 1+I 1r =250 V.(2)发电机的输出功率P 出=EI 1－I 12r =5 424 W.(3)输电的效率%.97%10054245280%100542464022=⨯=⨯⨯⨯==J J P P 出有效η答案:(1)250 V (2)5 424 W (3)97%14.(9分)如图13-13甲所示是一种振动发电装置，它的结构由一个半径为r =0.1m 的50匝的线圈套在辐形永久磁铁槽上组成，假设磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(如图乙).线圈运动区域内磁感应强度B 的大小均为T π51，方向不变，线圈的总电阻为2 Ω，它的引出线接有8 Ω的电珠L ，外力推动线圈的P 端，使线圈做往复运动，便有电流通过电珠，当线圈向右的位移随时间变化的规律如图丙所示时(x 取向右为正).图13-13(1)画出通过电珠L 的电流图象(规定从L →b 为正方向);(2)在0.1 s ～0.15 s 内推动线圈运动过程中的作用力; (3)求该发电机的输出功率(其他损耗不计). 解析:(1)在0 s ～0.1 s 内:感应电动势E 1=nBLv 11m/s m/s 1.010.01==v L =2πr ，A 2.011==总R E I 在0.1 s ～0.15 s 内:v 2=2 m/s ，E 2=nBLv 2，.A 4.022==总R E I (2)因为外力匀速推动线圈，所以有:F =F 安=nBI 2L =nBI 2·2πr , (3)电流的有效值为I ，则有:I 2R ×0.15=0.22R ×0.1+0.42R ×0.05所以.64.0251682522W W W R I P ==⨯==出 答案:(1)略 (2)0.8 N (3)0.64 W15.(12分)如图13-14甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n =100匝，电阻r =1.0 Ω，所围成矩形的面积S=0.040 m 2，小灯泡的电阻R =9.0 Ω，磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为,2cos 2tV TT S nB e m ππ=其中B m 为磁感应强度的最大值，T 为磁场变化的周期.忽略灯丝电阻随温度的变化，求: 图13-14(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的4~0T的时间内，通过小灯泡的电荷量.解析:(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，线圈中产生交变电流的周期为T =3.14×10－2s所以线圈中感应电动势的最大值为V.0.82m m ==TSnB E π (2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为A 80.0m m =+=rR EI通过小灯泡电流的有效值为A 240.02/m ==I I 小灯泡消耗的电功率为P =I 2R =2.88 W.(3)在磁感应强度变化的0～T /4内，线圈中感应电动势的平均值tB nS E ∆∆= 通过灯泡的平均电流tr R BnS r R E I ∆+∆=+=)( 通过灯泡的电荷量 C.100.43-⨯=+∆=∆=rR BnS t I Q 答案:(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10－3C16.(10分)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:建立如图甲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.本题可以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U 2，然后再求出U 3.甲(1)由线路损耗的功率P 线=I 线2R 线可得 又因为P 输出=U 2I 线，所以U3=U2－I线R线=(1 500－6×10) V=1 440 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.(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图乙所示)，由乙P输出=UI线′可得所以线路损耗的功率P线=I线′2R线=182×10 W=3 240 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=(9 000－3 240) W=5 760 W.答案:(1)1∶372∶11(2)320 V 5 760 W。
交变电流 电磁场和电磁波(阶段检测十二)(时间90分钟，满分100分)第Ⅰ卷(选择题，共60分)一、选择题(每小题6分，共60分) 1．(2010·合肥)图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为9 Ω，则( )A ．电压表的示数为6 VB ．在t ＝10－2s 的时刻，穿过线圈的磁通量为零C ．若线圈转速改为25 r/s ，则电动势的有效值为3 VD ．若线圈转速改为25 r/s ，则通过电灯的电流为1.2 A解析：电压表的示数是有效值，U ＝E 有效R ＋r R ＝69＋1×9 V ＝5.4 V ，A 错误；t ＝10－2s 时感应电动势为零，穿过线圈的磁通量最大，B 错误；原来线圈的转速为n ＝ω2π＝2π2πT＝50 r/s ，当线圈的转速改为25 r/s 时，感应电动势的最大值U m ＝6 22V ＝3 2V ，有效值为3 V ，C正确；若线圈转速改为25 r/s ，通过灯泡的电流为0.3 A ，D 错误．答案：C 2．(2010·湘潭)在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度及其波长( )A ．速度不变，波长减小B ．速度不变，波长增大C ．速度减小，波长变大D ．速度增大，波长不变解析：电磁波在真空中的传播速度始终为3×108 m/s ，与频率无关，v ＝λf ，波速不变、频率增加、波长减小，A 正确．答案：A3．2007年6月据英国广播公司报道，美国麻省理工学院的科学家在《科学》杂志上报告说，他们通过电磁感应，成功地“隔空”点亮了离电源两米多远的一个60瓦灯泡，科学家将这一技术称为“无线电力传输技术”．研究团队用两个直径60厘米的铜线圈做实验，一个线圈接在电源上，作为送电方，另一个作为受电方置于两米外，连接一个灯泡．当送电方的电源接通后，两个线圈都以10兆赫兹的频率振动，从而产生强大的电磁场，送电方发出的电即可传到受电方．两个线圈虽未相连，但仍可完成隔空供电，使灯泡发光．即使在电源与灯泡中间摆上木头、金属或其他电器，灯泡仍会发亮．下列关于这一技术说法正确的是( )A．能实现电力的无线输送是因为传送方的线圈的发出功率很大B．无线输电是利用两个铜制线圈作为电磁共振器来高效传输能量的C．无线输电时传送方的线圈发射电磁波的频率要比接收方的线圈的频率高D．无线输电时传送方的线圈发射电磁波的频率要比接收方的线圈的频率低解析：无线输电实际是利用物理学的“共振”原理——两个振动频率相同的物体能高效传输能量，当送电方和受电方振动的频率相同时，送电方的电能被受电方接收而充电，所以选B.点评：解题关键能从众多的信息中找到对解题有用的信息，如本题中的“两个线圈都以10兆赫兹的频率振动”，联想到“声波碎杯”和“电谐振”的知识，可知无线输电技术实质是共振的应用．答案：B4．(2010·厦门)关于远距离输电，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是()A．升压变压器原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B．输电线路中的电流只由升压变压器的匝数比决定C．当用户消耗的总功率增大时，输电线上损失的功率增大D．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压解析：因输入功率等于输出功率，而发电机输出的电压不变，所以选项AB错误；当用户消耗的总功率增大时，输电线中的电流增大，根据P＝I2R，输电线上损耗的功率增大，选项C正确；因为输电线上也有电压降，所以升压变压器输出电压不等于降压变压器的输入电压，选项D错误．答案：C5．(2010·苏北四市)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为11∶2，原线圈两端的输入电压u＝220 2sin 100πt(V)，电表均为理想电表，滑动变阻器R接入电路部分的阻值为10 Ω.下列叙述中正确的是()A．该交流电的频率为50 HzB．电压表的读数为42 2VC．电流表的读数为4 AD．若滑动变阻器的滑片P向a端移动，电流表的读数变大解析：根据原线圈两端输入电压的表达式可知，交流电的频率f ＝ω2π＝100π2πHz ＝50 Hz ，A 正确；变压器原线圈电压的有效值为U 1＝220 V ，利用变压器的变压比U 1∶U 2＝n 1∶n 2，可求得U 2＝40 V ，电压表的读数为40 V ，B 错误；电流表的读数为I ＝U 2R＝4 A ，C 正确；若滑动变阻器的滑片P 向a 端移动，接入电路的电阻增大，而U 2不变，电流表示数变小，D 错误．答案：AC 6．(2010·崇文期末)一小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势随时间的变化关系如图所示．矩形线圈与阻值为10 Ω的电阻构成闭合电路，若不计线圈电阻，下列说法中正确的是( )A ．t 1时刻通过线圈的磁通量为零B ．t 2时刻感应电流方向发生变化C ．t 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D ．交流电流的有效值为2A 答案：D7．如图所示为可拆变压器，其原副线圈的匝数比为n 1∶n 2＝110∶3，在变压器的原线圈输入220 V 的交变电压时，在副线圈接一个额定电压为6 V 的小灯泡，将铁芯A 向右移动使得铁芯由不闭合到闭合，结果小灯泡由不亮到正常发光，由这一实验现象，学生提出的以下猜测正确的是( )A ．若铁芯不闭合时，原副线圈的电压比仍为 110∶3，灯泡不亮是由于漏磁而导致小灯泡上的功率不足B ．若铁芯不闭合时，原线圈中的磁感线不能贯穿副线圈，导致副线圈无输出电压引起灯泡不亮C ．若铁芯闭合时，原线圈中的磁感线全部贯穿副线圈，在原线圈输入220 V 的直流电，灯泡也能正常发光D ．若铁芯闭合时，由于铁芯被磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，贯穿副线圈，大大增强了变压器传输电能的作用解析：本题考查的是变压器原理，由于铁芯不闭合时原线圈中的磁感线只有少量穿过副线圈，根据法拉第电磁感应定律可知，副线圈有感应电压产生，但感应电压很小，所以既不是没有输出电压，也不是原副线圈的电压比仍为110∶3，故A 、B 都错误；在原线圈输入220 V 的直流电时，虽然原线圈中的磁感线全部贯穿副线圈，但磁场是稳定的，不能产生感应电压而无输出电压，所以C 也错误；铁芯的作用就是通过磁化使穿过原副线圈磁感线都增多，从而增强变压器传输电能的作用，故正确选项为D.答案：D8．一理想变压器的初级线圈为n 1＝100匝，次级线圈n 2＝30匝，n 3＝20匝，一个电阻为48.4 Ω的小灯泡接在次级线圈n 2与n 3上，如图所示．当初级线圈与e ＝2202sin ωt V 的交流电源连接后，变压器的输入功率是( )A ．10 WB ．20 WC ．250 WD ．500 W解析：设小灯泡两端的电压为U L ，根据理想变压器的工作原理得：e U L ＝n 1n 2－n 3.代入数据得：U L ＝22 V ，由P ＝U 2R得P L ＝10 W ，根据理想变压器的工作原理得P 1＝P L ＝10 W.答案：A9．调光灯、调速电风扇以前是用变压器来实现的，该技术的缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速．现在的调光灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的．如图为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压．那么现在电灯上的电压为( )A ．U m B.2U m2C.U m 2D.U m 4解析：电灯上的电压值，如没有特殊说明一般指电压的有效值，设加在电灯上的电压的有效值为U ，取一个周期，由电流的热效应得P ＝U 2R T ＝(U m 2)2R ·T 4＋(U m 2)2R ·T 4，所以可得U ＝U m2，故正确答案为C.答案：C10．将硬导线中间一段折成半圆形，使其半径为r (m)，让它在磁感应强度为B (T)、方向如图所示的匀强磁场中绕轴MN 匀速转动，转速为n (r/s)，导线在a 、b 两处通过电刷与外电路连接，外电路接有阻值为R (Ω)的电阻，其余部分的电阻不计，则( )A ．通过电阻R 的电流恒为Bn π2r 2RB ．电阻R 两端的电压的最大值为Bn π2r 2C ．半圆导线从图示位置转过180°的过程中，通过电阻R 的电荷量为B πr 2RD ．电阻R 上消耗的电功率为(Bn π2r 2)22R解析：本题将交变电流、电磁感应、电路等知识点融合在一起，特别是涉及功率和电荷量的计算，综合性比较强．因为是线圈转动发生电磁感应，且图示位置磁通量最大，产生正弦式交变电流，故A 项错误；感应电动势的最大值εm ＝BSω＝B ·πr 22·2πn ＝Bn π2r 2，且电路中除电阻R 以外其余部分的电阻不计，所以U m ＝εm ＝Bn π2r 2，故B 项正确；由U ＝U m 2和P ＝U 2R 可得：P ＝(Bn π2r 2)22R，故D 项正确；导线由图示位置转过90°时，可视为通过半圆的磁通量由Φ＝BS ＝B ·πr 22＝B πr 22变为0，即ΔΦ＝B πr 22，由法拉第电磁感应定律可得：ε＝ΔΦΔt ，又I＝εR，q ＝I Δt ，所以导线由图示位置转过90°时通过电阻R 的电荷量为q ＝I Δt ＝εR Δt ＝ΔΦRΔt Δt ＝B πr 22R，由于再转90°时电流的方向不变，由对称性可知，半圆导线从图示位置转过180°的过程中，通过电阻R 的电荷量Q ＝2q ＝B πr 2R，故C 项正确．答案：BCD第Ⅱ卷(非选择题，共40分)二、非选择题(共40分)11．(10分)如图所示，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＝300πrad/s ，电阻为R ＝10 Ω，求：(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，E m ＝NBSω＝30 V ，则I m ＝E mR＝3 A.(2)由题意知：i ＝I m sin ωt ，而I m ＝3 A ．ω＝300πrad/s ，所以：i ＝3sin 300πt A.答案：(1)3 A (2)i ＝3sin 300πt A12．(15分)一台交流发电机的额定输出功率P ＝4.0×103 kW ，以400 V 电压将其接在升压器上向远方输电．若输电导线的总电阻为10 Ω，允许输电线损失的功率为输出功率的10%，问：(1)升压变压器的变压比应为多大？(2)为了使远方用电器能得到220 V 的工作电压，降压变压器的变压比应为多大？ 解析：(1)由P 损＝P ×10%＝I 22r ，得I 2＝200 A ， 由P ＝U 1I 1得I 1＝1×104 A所以n 1n 2＝I 2I 1＝150.(2)U 2＝U 1×n 2n 1＝2×104 V所以U 3＝U 2－I 2r ＝1.8×104 V又U 4＝220 V ，所以n 3n 4＝U 3U 4＝90011.答案：(1)1∶50 (2)900∶11 13．(15分)(2009·郑州模拟)如图所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n ＝100匝，总电阻r ＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S ＝0.040 m 2，小灯泡的电阻R ＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e ＝nB m S 2πT cos 2πTt ，其中B m 为磁感应强度的最大值，T 为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化．求：(1)线圈中产生感应电动势的最大值； (2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0～T4时间内，通过小灯泡的电荷量．解析：(1)由图象知，线圈中产生的交变电流的周期T ＝3.14×10－2s ，所以E m ＝nB m Sω＝2πnB m ST ＝8.0 V .(2)电流的最大值I m ＝E m R ＋r ＝0.80 A ，有效值I ＝I m 2＝2 25A ，小灯泡消耗的电功率P ＝I 2P ＝2.88 W.(3)在0～T 4时间内，电动势的平均值E ＝nSΔBΔt，平均电流I ＝ER ＋r ＝nSΔB(R ＋r )Δt， 流过灯泡的电荷量Q ＝I Δt ＝nSΔB R ＋r＝4.0×10－3 C.答案：(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10－3C。
高三物理交流电的产生试题答案及解析1.如图所示，面积为S、匝数为N、内阻不计的矩形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中，从水平位置开始计时，绕水平轴OO′以角速度ω匀速转动．矩形线圈通过滑环连接理想变压器．理想变压器原线圈上的滑动触头P上下移动时，可改变副线圈的输出电压；副线圈接有可变电阻R．电表均为理想交流电表．下列判断正确的是（）A．矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式e=NBSωcosωtB．矩形线圈产生的感应电动势的有效值为NBSω/2C．当P位置不动，R增大时，电压表示数也增大D．当P位置向上移动、R不变时，电流表示数将增大【答案】AD【解析】由于线圈从水平位置开始计时，则矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式e=NBSωcosωt，选项A 正确；矩形线圈产生的感应电动势的有效值为，选项B正确；由于线圈内阻不计，故电压表的读数恒定不变，与电阻R的大小及P点的位置无关，选项C 错误；当P位置向上移动、R不变时，由于变压器初级匝数减小，故次级电压变大，次级电流变大，故初级电流变大，即电流表示数将增大，选项D 正确。
【考点】交流电的产生及变化规律；变压器。
2.如图所示，面积为S、匝数为N、内阻不计的矩形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中，从图示位置开始计时，绕水平轴oo’以角速度ω匀速转动。
矩形线圈通过滑环连接理想变压器。
理想变压器原线圈上的滑动触头P上下移动时，可改变副线圈的输出电压；副线圈接有可变电阻R。
电表均为理想交流电表。
下列判断正确的是（）A．副线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcosωtB．矩形线圈产生的感应电动势的有效值为C．当P位置不动，R减小时，电压表示数也增大D．当P位置向上移动，R不变时，电流表示数将增大【答案】D【解析】如图所示，此时线圈处于垂直于中性面的位置，故产生的电动势瞬时值为e=NBSωcosωt，即变压器原线圈的电压瞬时值为e=NBSωcosωt，所以A错误；矩形线圈产生的感应电动势的有效值为，所以B错误；当P位置不动，R减小时，电压表示数不变，增大，故C错误；当P位置向上移动，原线圈的匝数减少，根据变压规律知，副线圈的电压U2又R不变，根据欧姆定律知，副线圈的电流增大，原线圈电流跟着增大，即电流表示数将增大，所以D正确。
高中物理学习材料金戈铁骑整理制作（00上海卷）1．如图（a），圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，Q中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图（b）所示，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为N，则ADt时刻N＞G。
（A）1t时刻N＞G。
（B）2t时刻N＜G。
（C）2t时刻N=G。
（D）401上海综合2 ．某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律。
当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感生电流方向是 DA a→G→bB 先a→G→b，后b→G→aC b→G→aD 先b→G→a，后a→G→b02全国3．图中EF、GH为平行的金属导轨，其电阻可不计，R为电阻器，C为电容器，AB为可在EF和CH上滑动的导体横杆。
有均匀磁场垂直于导轨平面。
若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AB(D)A 匀速滑动时，I1＝0，I2＝0B 匀速滑动时，I1≠0，I2≠0C 加速滑动时，I1＝0，I2＝0D 加速滑动时，I1≠0，I2≠002年广东、河南4 远距离输电线的示意图如下：若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是（A）升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关（B）输电线路中的电流只由升压变压器原线圈的匝数比决定（C）当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大（D）升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压01津晋卷 5电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。
为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a 、b 、c ，流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）。
图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为B 的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。
当导电液体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R 的电流表的两端连接，I 表示测得的电流值。
交变电流 电磁场 电磁波1、交变电流的产生(1)交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流。
(2)中性面一、知识网络二、画龙点睛概念①中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置，或瞬时感应电动势为零的位置。
②中性面的特点a ．线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量Φ最大，但Φt∆∆＝0； b ．线圈经过中性面，线圈中感应电流的方向要改变。
线圈转一周，感应电流方向改变两次。
线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。
(3)交变电流的产生下图是交流发电机矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程的示意图，图中只画出了一匝线圈。
线圈在不断转动，电路中电流的方向也就不断改变，交变电流就是这样产生的。
2、交变电流的图象和变化规律 (1)交变电流的图象①波形图：反映电压(或电流)随时间变化规律的图象，叫做波形图。
②交变电流图象的特点：家庭电路中交变电流的波形图象为正弦曲线。
(2)交变电流的变化规律如果线圈从中性面开始计时，逆时针方向匀速转动，角速度ω，经时间t ，线圈转到图示位置，ab 边与cd 边的速度方向与磁场方向夹角为ωt ，如图所示。
e ＝E m sin ωt i ＝I m sin ωt u ＝U m sin ωt交变电流的最大值表达式 E m ＝NBS ω甲 乙 丙 丁 戊I m＝NBS R rω+U m＝I m R＝NBSR rω+R(3)交变电流的类型①正弦式电流：随时间按正弦规律变化的电流，叫做正弦式电流。
正弦式电流是一种又最基本的交变电流，家庭电路中的交变电流就是正弦式交变电流。
②其它形式的交变电流实际中应用的交变电流，不只限于正弦交变电流，它们随时间的变化规律是各种各样的。
几种交变电流的波形。
3、交流发电机(1)交流发电机的组成①电枢和磁极：交流发电机构造比模型复杂得多，但基本组成都是有产生感应电动势的线圈（通常叫电枢）和产生磁场的磁极。
交变电流 电磁场和电磁波【知识网络】 产生：线圈在运长磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动一．交变电流的产生和规律【考点透视】一、考纲指要1． 交流发电机及其产生正弦电流的原理。
（Ⅱ） 2． 正弦交流电的图像和三角函数表达。
（Ⅱ） 3． 最大值与有效值，周期与频率。
（Ⅱ）交流电变化规律瞬时值表达式：e=Esin ωt 峰值 E m =nBS ω 有效值：E= E =E m /2 原理：电磁感应远距离输电：为了减少输电导线上的功率损失和电压损失，当输送功率一定时，通过提高输电电压减少输电电流，以达到减少功率损失的目的电压与匝数的关系：2121n n U U = 电流与匝数的关系：只有一个副线圈：12212211,n n I I I U I U ==有多个副线圈：U 1I 1=U 2I 2+U 3I 3＋。
电磁振荡交流电磁振荡电磁波麦克斯韦电磁理论波速：v=λ f特点：无线电波的发射和接受 理想变压器应用：电视、雷达4． 电容、电感、电阻对交变电流的影响。
（I ） 二、命题落点1．理解交流电的产生。
如例1。
2．交流电的图像，最大值、有效值综合应用。
如例2。
3．交流电平均值、有效值的区别。
如例3【典例精析】例1：交流发电机的转子由B ∥S 的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V ，那么当线圈转过30°时交流电压的瞬时值为＿＿V 。
解析：电压表的示数为交流电压的有效值，由此可知最大值为U m =2U =20V 。
而转过30°时刻的瞬时值为u =U m cos30°=17.3V 。
例2：通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。
求该交流电的有效值I 。
解析：该交流周期为T =0.3s ，前t 1=0.2s 为恒定电流I 1=3A ，后t 2=0.1s 为恒定电流I 2= -6A ，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为I ，根据定义有：I 2RT =I 12Rt 1+ I 22Rt 2 带入数据计算得：I =32A例3：交流发电机转子有n 匝线圈，每匝线圈所围面积为S ，匀强磁场的磁感应强度为B ，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r ，外电路电阻为R 。
2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训专题69 交变电流的变化规律及其描述特训目标 特训内容目标1 旋转线框产生交变电流的问题（1T —4T ） 目标2 导体棒切割产生交变电流的问题（5T —8T ）目标3 有效值的计算（9T —12T ） 目标4平均值的计算（13T —16T ）一、旋转线框产生交变电流的问题1．如图甲所示，单匝矩形线框在匀强磁场B 中，绕与磁场B 垂直的轴OO ′匀速转动。
已知线框电阻R ，转动周期T ，穿过线框的磁通量Φ与时间t 的关系图，如图乙所示。
则下列说法错误．．的是（ ）A ．2T时刻，线框平面与中性面垂直 B 2mπΦ C ．4T 到34T 过程中，线框中平均感应电动势为零 D ．线框转动一周，线框中产生的热量为222mRTπΦ【答案】C【详解】A ．2T时刻，回路磁通量为零，则线框平面与中性面垂直，故A 正确； B ．角速度2T πω= 感应电动势最大值m E BS ωω==Φ感应电流EI R=有效值m 22I πΦ=有故B 正确；C ．4T 到34T 过程中，磁通量变化不是零，则平均感应电动势不为零，故C 错误； D ．线框转动一周，线框中产生的热量为222m2Q I RT RTπΦ==有故D 正确。
本题选错误的，故选C 。
2．如图甲，交流发电机通过一理想变压器，给“220V ，1100W”的电饭煲和“220V ，220W”的抽油烟机正常供电。
交流发电机线圈匀速转动，从某时刻开始计时得电动势－时间关系，如图乙所示，所有导线的电阻均不计，交流电流表是理想电表。
下列说法正确的是（ ）A ．正常工作时，电饭锅和抽烟机的发热功率之比为5︰1B ．从图乙中可得，t =0时刻穿过发电机线圈的磁通量和A 表的示数均为零C ．电饭锅和抽油烟机同时正常工作时，A 表的示数为1.2AD ．若线圈转速减半，电饭锅的功率将变成原来的1/2 【答案】C【详解】A ．正常工作时，电饭锅为纯电阻电路，工作的功率1100W 即为发热功率，抽油烟机为非纯电阻电路，发热功率小于工作功率220W ，故电饭锅和抽烟机的发热功率之比大于5︰1，故A 错误；B ．从图乙中可得，t =0时刻穿过发电机线圈的磁通量最大，变化率为零； A 表的示数为有效值，不为零，故B 错误；C ．根据变压器的输入功率等于输出的功率11001320I ⨯=解得电流表读数为1.2A ，故C 正确；D ．若线圈转速减半，输入电压和输出电压均变为原来的1/2，电饭锅的功率将变成原来的1/4，故D 错误。
高考物理电磁学知识点之交变电流难题汇编含答案解析(4)一、选择题1．如图所示，理想变压器的原线圈接在122sin100Vu tπ=（）的交流电源上，副线圈接R=的负载电阻，原、副线圈的匝数之比为31∶。
电流表、电压表均为理想电表。
有10Ω则（）A．电压表的示数为12V B．电流表的示数为0.4AC．变压器输出交流电的周期为50s D．变压器的输入功率为1.6W2．一只电阻分别通过四种不同形式的电流，电流随时间变化的情况如图所示，在相同时间内电阻产生的热量最大的是（）A．B．C．D．3．某变压器原、副线圈匝数比为55：9，原线圈所接电源电压按图示规律变化，副线圈接有负载．下列判断正确的是A．输出电压的最大值为36VB．原、副线圈中电流之比为55：9C．变压器输入、输出功率之比为55：9D．交流电源有效值为220V，频率为50Hz4．如图是交流发电机的示意图，匀强磁场方向水平向右，磁感应强度为B ，线圈ABCD 从图示位置（中性面）开始计时，绕垂直于磁场方向的轴OO ′逆时针匀速转动。
已知转动角速度为ω，线圈ABCD 的面积为S ，匝数为N ，内阻为r ，外电路总电阻为R （包括滑环和电刷的接触电阻和电表电阻），规定线圈中产生的感应电流方向沿ABCD 为正方向，下列说法正确的是（ ）A ．线圈产生感应电动势的瞬时值为02sin e NB S t ωω= B ．电路中产生的电流有效值为022()NB S I R r ω=+C ．外电路的电压峰值为02m NB S RU R rω=+D ．1秒内线圈中电流方向改变2ωπ次 5．如图所示为某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成．发电机中矩形线圈所围的面积为S ，匝数为N ，电阻不计，它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B 的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动．矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P 上下移动时可改变输出电压，R 0表示输电线的电阻．以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是A ．若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈的电流瞬时值为零B ．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e = NBSω sinωtC ．当用电量增加时，为使用户电压保持不变，滑动触头P 应向上滑动D ．当滑动触头P 向下移动时，变压器原线圈两端的电压将升高6．如图所示的电路中，变压器为理想变压器，电流表和电压表为理想电表，R 0为定值电阻，在a 、b 端输入正弦交流电，开关S 闭合后，灯泡能正常发光，则下列说法正确的是（ ）A ．闭合开关S ，电压表的示数变小B ．闭合开关S ，电流表的示数变小C ．闭合开关S 后，将滑动变阻器的滑片P 向下移，灯泡变亮D ．闭合开关S 后，将滑动变阻器的滑片P 向下移，电流表的示数变小7．如图所示，N 匝矩形导线框以角速度ω绕对称轴OO '匀速转动，线框面积为S ，线框电阻、电感均不计，在OO '左侧有磁感应强度为B 的匀强磁场，外电路接有电阻R ，理想电流表A ，则：（ ）A ．从图示时刻起，线框产生的瞬时电动势为sin e NB S t ωω= B ．交流电流表的示数24I NBS Rω=C ．R 两端电压的有效值2U NBS ω=D ．一个周期内R 的发热量()2NBS Q Rπω=8．矩形线框与理想电流表、理想变压器、灯泡连接电路如图甲所示．灯泡标有“36 V 40 W ”的字样且阻值可以视作不变，变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1，线框产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示．则下列说法正确的是( )A ．图乙电动势的瞬时值表达式为e ＝36 sin (πt)VB ．变压器副线圈中的电流方向每秒改变50次C ．灯泡L 恰好正常发光D ．理想变压器输入功率为20 W9．如图所示，一理想变压器原线圈接在电压恒为U 的交流电源上，原线圈接入电路的匝数可通过调节触头P 进行改变，副线圈、电阻箱R 和定值电阻R 1以及理想交流电流表连接在一起。
第十二单元交变电流电磁振荡电磁波传感器作业30交变电流的产生及描述A组基础达标微练一交变电流的产生1.(浙江金华十二校联考)以下四种情境中产生正弦式交变电流的是( )A.图甲中矩形线圈绕与匀强磁场方向垂直的中心轴OO'沿顺时针方向转动B.图乙中矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中,线圈按图示方向绕轴线OO'匀速转动C.图丙中圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线圈abcd,铁芯绕轴线以角速度ω转动D.图丁中矩形线圈绕与匀强磁场方向平行的中心轴OO'转动2.(浙江绍兴期末)手摇式交流发电机结构如图所示,灯泡L与交流电流表A串联后通过电刷、滑环与矩形线圈相连。
摇动手柄,使线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO'逆时针匀速转动,从t=0时刻开始,线圈中的磁通量变化如图乙所示,下列说法正确的是( )A.t1时刻线圈中电流最大B.t3时刻通过电流表的电流改变方向C.t3时刻线圈所在平面和磁场平行D.线圈转速变快,交变电流周期将变大微练二交变电流有效值的理解与计算3.某一线圈通过的交变电流的电流—时间关系图像前半个周期为正弦如图所示,则一个周期内该电流的有效值为( )式波形的12A.32I 0B.√52I 0C.√32I 0D.52I 04.(浙江6月选考)如图所示,虚线是正弦式交变电流的图像,实线是另一交变电流的图像,它们的周期T 和最大值U m 相同,则实线所对应的交变电流的有效值U 满足( )A.U=U m 2B.U=√2U m2 C.U>√2U m2D.U<√2U m2微练三 交变电流四值的应用5.(多选)如图甲所示,将阻值为R=5 Ω的电阻接到内阻不计的正弦式交变电源上,电流随时间变化的规律如图乙所示,电流表串联在电路中测量电流的大小。
下列说法正确的是( )A.电阻R 两端电压变化规律的函数表达式为u=2.5sin 200πt VB.电阻R 消耗的电功率为1.25 WC.如图丙所示,若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生,当线圈的转速提升一倍时,电流表的示数为1 AD.这一交变电流与图丁所示电流比较,其有效值之比为√226.单匝闭合矩形线框电阻为R,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,穿过线框的磁通量Φ与时间t 的关系图像如图所示。
