高考物理专题12交变电流备考强化训练32交变电流的产生电感和电容新人教版.doc
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1、1 / 17【2019【2019 最新最新】精选高考物理专题精选高考物理专题 1212 交变电流备考强化交变电流备考强化训练训练 3232 交变电流的产生电感和电容新人教版交变电流的产生电感和电容新人教版本套强化训练搜集近年来各地高中物理高考真题、模拟题及其它极有备考价值的习题等筛选而成。其主要目的在于理解掌握交变电流的产生及变化规律;会从图象上了解描述交变电流的有关信息;深刻理解有效值、最大值、周期和频率等有关概念,掌握有效值求法及应用;了解电感线圈和电容器在交变电路中的作用。通过本训练,使我们了解交变电流在实践中的一些应用。一、破解依据一、破解依据交变电流有电动势、路端电压和干路电流等三量
2、的“四值”: 瞬时值瞬时值 若初相角为零,相位即,则,和;ttEemsintUumsin tIimsin 若初相角为,相位即,则,和;t)sin(tEem )sin(tUum)sin(tIim 其中, 。nfT222 最大值最大值 ,或其中 N、B、S、 分别为线圈匝数、 “磁强” 、线圈的面 积和角速度。NBSEmmmNNBlvE 2 。/ mmmUEU (注:R 为“纯外阻” )RUImm有效值有效值 .707. 02,707. 02,707. 02mmm mmIEIEUEEE平均值平均值 * *,为曲线与时间轴所围,为曲线与时间轴所围“图形面积图形面积”除以时间之商。除以时间之商。._
3、_tnEtEemsin2 / 17正弦交流电的正弦交流电的“四值四值”之间的关系之间的关系 瞬时值与最大值:,和,其余仿此;tEemsintUumsin tIimsin有效值与最大值:,;mmEEE707. 02mmUUU707. 02mmIII707. 02平均值与最大值:,; mmEEE637. 02_ mmIII637. 02_ mmUUU637. 02_ 平均值与有效值:,。EE90. 0_ II90. 0_ UU90. 0_ 注:,则分别表示电流、电压的有效值、最大值、平均值。UI、mmUI 、_ UI 、 交变电流四值的应用交变电流四值的应用归纳起来,大致可依如下具体情况确定:在研
4、究电容器是否被击穿时,要用峰值(最大值)因电容器上标明的电压是它在直流电源下工作时所承受的最大值;在研究交变电流的功率和产生的热量时,只能用有效值;在求解某一时刻线圈受到的磁力矩时,只能用瞬时值;在求交变电流流过导体的过程中通过导体截面积的电量时,要用平均值。二、二、 精选习题精选习题选择题(每小题选择题(每小题 5 5 分,共分,共 5050 分)分)(1515 北京)利用所学物理知识,可以初步了解常用的一卡通北京)利用所学物理知识,可以初步了解常用的一卡通(ICIC 卡)的工作原理及相关问题。卡)的工作原理及相关问题。ICIC 卡内部有一个由电感线圈卡内部有一个由电感线圈 L L 和电容和
5、电容 C C 构成的构成的 LCLC 振荡电路,公交车上的读卡机(刷卡时振荡电路,公交车上的读卡机(刷卡时“嘀嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时,的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时,ICIC 卡卡3 / 17内的线圈内的线圈 L L 中产生感应电流,给电容中产生感应电流,给电容 C C 充电,达到一定的电压后,充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是(驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是( )AIC 卡工作所需要的能量来源于卡内的电池B仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时,IC 卡才能有效工作C若读卡机发射的电磁
6、波偏离该特定频率,则线圈 L 不会产生感应电流DIC 卡只能接收读卡机发射的电磁波,而不能向读卡机传输自身的数据信息 (1717 江苏)某音响电路的简化电路图如图江苏)某音响电路的简化电路图如图-1-1 所示,输入信号所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则既有高频成分,也有低频成分,则( ( ) )A电感 L1 的作用是通高频 B电容 C2 的作用是通高频C扬声器甲用于输出高频成分 D扬声器乙用于输出高频成分(1414 中山一中)高频焊接技术的原理如图中山一中)高频焊接技术的原理如图-2-2(a a)。线圈接)。线圈接入图入图-2-2(b b)所示的正弦式交流电(以电流顺时针方向为正),
7、圈内)所示的正弦式交流电(以电流顺时针方向为正),圈内待焊工件形成闭合回路。则(待焊工件形成闭合回路。则( )A图(b)中电流有效值为 IB0 t1 时间内工件中的感应电流变大C0 t1 时间内工件中的感应电流方向为逆时针D图(b)中 T 越大,工件温度上升越快(1717 天津天津) )在匀强磁场中,一个在匀强磁场中,一个 100100 匝的闭合矩形金属线圈,匝的闭合矩形金属线圈,4 / 17绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按 图图-3-3 示正弦规律变化设线圈总电阻为示正弦规律变化设线圈总电阻为 2 2 ,则,
8、则( ( ) ) At0 时,线圈平面平行于磁感线 Bt1 s 时,线圈中的电流改变方向 Ct1.5 s 时,线圈中的感应电动势最大D一个周期内,线圈产生的热量为 82 J(1515 四川)小型手摇发电机线圈共四川)小型手摇发电机线圈共 N N 匝,每匝可简化为矩形匝,每匝可简化为矩形线圈线圈 abcdabcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OOOO,线圈绕,线圈绕 OOOO匀速转动,如图匀速转动,如图-4-4 所示。矩形线圈所示。矩形线圈 abab 边和边和 cdcd 边边产生的感应电动势的最大值都为产生的感应电动势的最大值都为
9、 e0e0,不计线圈电阻,则发电机输出,不计线圈电阻,则发电机输出电压电压( ( ) )A峰值是 e0 B峰值是 2e0 C有效值是 D有效值是022Ne02Ne(1414 天津)如图天津)如图-5-5 所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图像如图动势图像如图 2 2 中曲线中曲线 a a、b b 所示,则所示,则( ( ) )A两次 t0 时刻线圈平面均与中性面重合B曲线 a、b 对应的线圈转速之比为 23 C曲线 a 表示的交变电动势频
10、率为 25 HzD曲线 b 表示的交变电动势有效值为 10 V(13(13 海南海南) ) 通过一阻值通过一阻值 R=100R=100 的电阻的交变电流如图的电阻的交变电流如图-6-6 所所示,其周期为示,其周期为 1s.1s.电阻两端电压的有效值为电阻两端电压的有效值为( ( ) )A12V B4V C15V D8V105(1313 福建)如图福建)如图-7,-7,实验室一台手摇交流发电机实验室一台手摇交流发电机, ,内阻内阻5 / 17r=1.0,r=1.0,外接外接 R=9.0R=9.0 的电阻。闭合开关的电阻。闭合开关 S S,当发电机转子以某一,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生
11、的电动势转速匀速转动时,产生的电动势 e=10sin10te=10sin10t(V V),则),则( ( ) )2A.该交变电流的频率为 10Hz B.该电动势的有效值为10V2C.外接电阻 R 所消耗的电功率为 10W D.电路中理想交流电流表的示数为 1.0A(1414 成都摸底)图成都摸底)图-8-8 甲是一台小型发电机的构造示意图,线甲是一台小型发电机的构造示意图,线圈逆时针转动,产生圈逆时针转动,产生 的电动势的电动势 e e 随时间随时间 t t 变化的正弦规律图像如变化的正弦规律图像如图图-8-8 乙所示。发电乙所示。发电 机线圈的内电阻不计,外接灯泡的电阻为机线圈的内电阻不计,
12、外接灯泡的电阻为1212。则(。则( )A.在 t=001 s 时刻,穿过线圈的磁通量为零 B.电压表的示数为 V6 2C.灯泡消耗的电功率为 3WD.若其它条件不变,仅将线圈的转速提高一倍,则线圈电动势的表达式 e=12sin 100t(V)2(1414 大庆铁人中学)大庆铁人中学) 如图如图-9-9 所示,光滑的长直金属杆上套所示,光滑的长直金属杆上套两个金属环与一个完整正弦图象的金属导线两个金属环与一个完整正弦图象的金属导线 abab 连接,其余部分未与连接,其余部分未与杆接触。杆电阻不计,导线电阻为杆接触。杆电阻不计,导线电阻为 R R,abab 间距离为间距离为 2L2L,导线组成的
13、,导线组成的正弦图形顶部或底部到杆距离都是正弦图形顶部或底部到杆距离都是 d d,在导线和杆平面内有一有界,在导线和杆平面内有一有界匀强磁场区域,磁场的宽度为匀强磁场区域,磁场的宽度为 L L,磁感强度为,磁感强度为 B B,现在外力,现在外力 F F 作用下作用下导线沿杆以恒定的速度导线沿杆以恒定的速度 v v 向右运动,向右运动,t=0t=0 时刻导线从时刻导线从 O O 点进入磁场,点进入磁场,直到全部穿过的过程中,产生的感生电流或外力直到全部穿过的过程中,产生的感生电流或外力 F F 所做的功为所做的功为( ( ) ) 6 / 17A非正弦交变电流 B正弦交变电流C外力做功为 D外力做
14、功为RLvdB223 RLvdB 2322计算题(共计算题(共 5050 分)分)(1212 安徽)安徽) (1212 分)图分)图-10-10 甲是交流发电机模型示意图甲是交流发电机模型示意图. .在磁在磁 感应强度为感应强度为 B B 的匀强磁场中的匀强磁场中, ,有一矩形线圈有一矩形线圈 abcdabcd 可绕线圈平面内垂可绕线圈平面内垂 直于磁感线的轴直于磁感线的轴 OOOO转动转动, ,由线圈引出的导线由线圈引出的导线 aeae 和和 dfdf 分别与两个跟分别与两个跟 线圈一起绕线圈一起绕 OOOO转动的金属圆环相连接转动的金属圆环相连接, ,金属圆环又分别与两个固定金属圆环又分别
15、与两个固定 的电刷保持滑动接触的电刷保持滑动接触, ,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电 阻阻 R R 形成闭合电路形成闭合电路. .图图-10-10 乙是线圈的主视图乙是线圈的主视图, ,导线导线 abab 和和 cdcd 分别用分别用 它们的横截面来表示它们的横截面来表示. .已知已知 abab 长度为长度为 L1,bcL1,bc 长度为长度为 L2,L2,线圈以恒定线圈以恒定 角速度角速度 逆时针转动逆时针转动.(.(只考虑单匝线圈只考虑单匝线圈) )(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导 t 时刻整个线圈中的感应电动势 e1 的表达
16、式.(2)线圈平面处于与中性面成 0 夹角位置时开始计时,如图-10丙所示,试写出 t 时刻整个线圈中的感应电动势 e2 的表达式.(3)若线圈电阻为 r,求线圈每转动一周电阻 R 上产生的焦耳热.(其他电阻均不计)(1212 江苏)江苏) (1515 分)某兴趣小组设计了一种发电装置,如图分)某兴趣小组设计了一种发电装置,如图- - 1111 所示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角所示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角 均为均为 ,磁场均沿半径方向匝数为,磁场均沿半径方向匝数为 N N 的矩形线圈的矩形线圈 abcdabcd 的边长的边长 ababcdcdl l、bc
17、bcadad2l.2l.线圈以角速度线圈以角速度 绕中心轴匀速转动,绕中心轴匀速转动,bcbc 和和 adad 边同时进入磁场在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大边同时进入磁场在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大 小均为小均为 B B、方向始终与两边的运动方向垂直线圈的总电阻为、方向始终与两边的运动方向垂直线圈的总电阻为 r r,外,外 接电阻为接电阻为 R.R.求:求: (1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小 Em; (2)线圈切割磁感线时,bc 边所受安培力的大小 F; (3)外接电阻上电流的有效值 I. *13.【*13.【例题例题】(2323 分)在电磁学中,可有如下的定义:分)
18、在电磁学中,可有如下的定义:交流交流 电流电流 i i 和直流电流和直流电流 I I 通过同一电阻通过同一电阻 R R,若在相同时间内两者所产生,若在相同时间内两者所产生7 / 17的热量相等的热量相等, , 则这个直流电流则这个直流电流 I I 的数值叫做交流电流的数值叫做交流电流 i i 的有效值;的有效值; 交变电流的平均值是指在某一段时间内产生的交变电流对时间的交变电流的平均值是指在某一段时间内产生的交变电流对时间的 平均值。试根据有效值和平均值的定义,利用你所学的微积分知识平均值。试根据有效值和平均值的定义,利用你所学的微积分知识 求证:求证:交流电流 i 的有效值;2mII 交流电
19、动势的平均值。emII2_ 交流电平均值与有效值之间的关系式。_ IIII90. 0_ 选做题选做题(1616 全国全国)如图)如图-12-12 所示,所示,M M 为半圆形导线框,圆心为为半圆形导线框,圆心为OMOM;N N 是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为 ONON;两导线框在同一;两导线框在同一竖直面竖直面( (纸面纸面) )内;两圆弧半径相等;过直线内;两圆弧半径相等;过直线 OMONOMON 的水平面上方有一的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面现使线框匀强磁场,磁场方向垂直于纸面现使线框 M M、N N 在在 t t0 0 时从图示时从图示
20、位置开始,分别绕垂直于纸面、且过位置开始,分别绕垂直于纸面、且过 OMOM 和和 ONON 的轴,以相同的周期的轴,以相同的周期T T 逆时针匀速转动,则逆时针匀速转动,则( ( ) )A两导线框中均会产生正弦交流电B两导线框中感应电流的周期都等于 TC在 t时,两导线框中产生的感应电动势相等D两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等(1414 安徽联考)如图安徽联考)如图-13-13 所示的区域内存在匀强磁场,磁场所示的区域内存在匀强磁场,磁场的边界由的边界由 x x 轴和轴和 y y2sinx2sinx 曲线围成曲线围成(x2(x2 m)m)现把边长为现把边长为 2 2 m
21、m 的正的正方形单匝线框以水平速度方形单匝线框以水平速度 v v1010 m/sm/s 匀速地拉过该磁场区域,磁场匀速地拉过该磁场区域,磁场区域的磁感应强度区域的磁感应强度 B B0.40.4 T T,线框的电阻,线框的电阻 R R0.50.5 ,不计一切摩,不计一切摩擦阻力,则擦阻力,则( ( ) )8 / 17A水平拉力 F 的最大值为 8 NB拉力 F 的最大功率为 12.8 WC拉力 F 要做 25.6 J 的功才能让线框通过此磁场区D拉力 F 要做 12.8 J 的功才能让线框通过此磁场区(1414 武昌模拟)究小组成员设计了一个如图武昌模拟)究小组成员设计了一个如图-14-14 所
22、示的电路,所示的电路,已知定值电阻已知定值电阻 R R与与 R R 并联的是一个理想交流电压表,并联的是一个理想交流电压表, D D 是理想二是理想二极管(它的导电特点是正向电阻为零,反向电阻为无穷大)。在极管(它的导电特点是正向电阻为零,反向电阻为无穷大)。在A A、B B 间加一交流电压,瞬时值的表达式为间加一交流电压,瞬时值的表达式为 u u20sin100t20sin100t(V V),),则交流电压表示数为则交流电压表示数为( ( ) ) 2A10V B20V C15V D14.1 V(1414 福州质检)一个固定的矩形线圈福州质检)一个固定的矩形线圈 abcdabcd 处于范围足够
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