2019版高中物理 第2章 交变电流与发电机 微型专题4 交变电流的产生及描述练习 沪科版选修3-2.doc

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1、1微型专题微型专题 4 4 交变电流的产生及描述交变电流的产生及描述一、选择题考点一 交变电流图像的应用1一矩形金属线圈共 10 匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的规律如图 1 所示，下列说法中正确的是( )图 1A此交流电的频率为 0.2 HzB此感应电动势的有效值为 1 VCt0.1 s 时，线圈平面与磁场方向平行D在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为 Wb1 100答案 D解析 由题图可知，此交流电的周期T0.2 s，频率f 5 Hz，A 错误；E 1 TEm222V，B 错误；t0.1 s 时，电动势为 0，线圈平面与磁场方向垂直，

2、C 错误；因EmnBS，其中n10，10 rad/s，故mBS Wb，D 正确2 T1 1002在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图 2 甲所示，产生的交变电动势随时间变化规律的图像如图乙所示，已知发电机线圈内阻为 1.0 ，外接一只电阻为 9.0 的灯泡，则( )图 2A电压表 V 的示数为 20 V2B电路中的电流方向每秒改变 5 次C灯泡实际消耗的功率为 36 WD电动势随时间变化的瞬时值表达式为e20cos 5t(V)答案 C解析 由题图乙知电压最大值为 20 V，周期为 0.2 s，所以有效值为 20 V，角速度210 rad/s.电压表测的是路端电压U9

3、V18 V，A 错误；交流电的频率为 5 2 T20 91Hz，每一周期电流方向改变两次，所以每秒改变 10 次，B 错误；灯泡实际消耗的功率为P W36 W，C 正确；电动势随时间变化的瞬时值表达式为e20cos 10t(V)，DU2 R182 92错误考点二 交变电流有效值的应用3如图 3 所示是某种交变电流的电流随时间变化的图线，i0 部分的图线是一个正弦曲线的正半周，i0 部分的图线是另一个正弦曲线的负半周，则这种交变电流的有效值为( )图 3AI0 B.I02C.I0 D.I036答案 B解析 设这种交变电流的有效值为I，则I2R3T2RT2R2T，解得：I(2 2I02)(2I02

4、)I0，故选 B.24(多选)如图 4 所示，A、B两输电线间的电压是u200sin (100t) V，输电线电阻2不计，把电阻R50 的纯电阻用电器接在A、B两输电线上，下列说法正确的是( )图 4A理想电流表示数为 4 AB理想电压表示数为 200 VC通过R的电流方向每秒钟改变 50 次D用电器消耗的电功率为 1.6 kW3答案 AB解析 由u200sin (100t) V 可知，电压最大值Um200 V，角速度100 22rad/s，所以电压的有效值U200 V，周期T0.02 s，频率f 50 Hz.由欧Um22 1 T姆定律得I A4 A，所以 A、B 正确；一周期内电流方向改变两

5、次，而f50 Hz，U R200 50则 1 s 内电流方向改变 100 次，C 项错误；用电器消耗的电功率PIU4200 W800 W，D 项错误5如图 5 所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看做零，反向电阻可看做无穷大)，在A、B间加一正弦交流电u20sin 2(100t) V，则加在R2上的电压有效值为( )图 5A10 V B20 VC15 V D5 V10答案 D解析 由二极管的单向导电性可知，若二极管导通，加在R2上的电压波形为半个周期，最大值为 20 V，若二极管截止，R1、R2串联，则R2上的电压半个周期最大值为 10 V由22

6、有效值的定义可得加在R2上的电压有效值为 5 V，选项 D 正确10考点三 交变电流“四值”的比较6面积均为S的两个电阻相同的线圈，分别放在如图 6 甲、乙所示的磁场中，甲图中是磁感应强度为B0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕垂直磁场方向的OO轴匀速转动，乙图中匀强磁场变化规律为BB0cos t，从图示位置开始计时，则 ( )2 T图 6A两线圈的磁通量变化规律相同B两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同4C经相同的时间t(tT)，两线圈产生的热量不同D从此时刻起，经过 时间，通过两线圈横截面的电荷量不同T 4答案 A解析 题图甲中磁通量的变化规律为甲B0Scos t，题图乙中磁通量的变化规

7、律为2 T乙B0Scos t.由于两线圈的磁通量变化规律相同，则两线圈中感应电动势的变化规律相2 T同，达到最大值的时刻也相同，有效值E也相同，又因两线圈电阻相同，所以Qt也相E2 R同，经过 时间，通过两线圈横截面的电荷量q 也相同，故 A 正确T 4IT 47(多选)如图 7 所示，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，以恒定的角速度绕垂直磁场方向的ab边转动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为S，线圈导线的总电阻为R.t0 时刻线圈平面与纸面重合则( )图 7At时刻线圈中电流的瞬时值表达式为icos tBS RB线圈中电流的有效值为IBS RC线圈中电流的有效值为I2BS2

8、RD线圈消耗的电功率为PB2S22 2R答案 CD解析 回路中感应电动势的最大值EmBS，电流的最大值Im，t0 时刻线圈Em RBS R位于中性面，故电流的瞬时值表达式isin t.线圈中电流的有效值BS RI，PI2R，故 A、B 错误，C、D 正确Im22BS2RB2S22 2R8(多选)如图 8 所示，交流发电机的矩形线圈边长abcd0.4 m，adbc0.2 m，线圈匝数N100 匝，电阻r1 ，线圈在磁感应强度B0.2 T 的匀强磁场中绕垂直于磁场的5轴以100 rad/s 的角速度匀速转动，外接电阻R9 ，从图示时刻开始计时，则( )图 8A电动势瞬时值为 160sin (100

9、t) VBt0 时线圈中磁通量变化率最大Ct s 时线圈中感应电动势最大1 2D交变电流的有效值是 8 A2答案 BCD解析 电动势的瞬时值eNBScos t1000.20.40.2100cos (100t) V160cos (100t) V，A 错误；图示时刻即t0 时，0，但最大，B 正确；t ts 时，eEm，C 正确；交变电流的有效值是I8 A，D 正确1 2Im2Em2Rr29(多选)如图 9 所示，一半径为r的半圆形单匝线圈放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B.线圈以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，M和N是两个滑环，

10、负载电阻为R.线圈、电流表和连接导线的电阻不计，下列说法中正确的是( )图 9A转动过程中电流表的示数为2Bnr2 2RB从图示位置起转过 圈的时间内产生的平均感应电动势为 2nBr21 4C从图示位置起转过 圈的时间内通过负载电阻R的电荷量为1 42Br28RD转动过程中交变电流的最大值为2Bnr2 R6答案 ABD解析 交变电流的最大值为ImBr22n，D 正确；转动过程中电BS R1 2RB2nr2 R流表的示数为有效值I，A 正确；从图示位置起转过 圈的时间内产生的平均Im 2B2nr2 2R1 4感应电动势 2n2nBr2，B 正确；从图示位置起转过 圈的时间内通过负EB12r2 2

11、1 4载电阻R的电荷量为q，C 错误 RB12r2 RBr2 2R二、非选择题10如图 10 所示，边长为l的正方形线圈abcd的匝数为n，线圈电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO垂直于匀强磁场且恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B，现在线圈以OO为轴，以角速度匀速转动，求：图 10(1)从图示位置开始计时，闭合电路中电流瞬时值的表达式；(2)线圈从图示位置转过 90的过程中电阻R上产生的热量；(3)线圈从图示位置转过 90的过程中电阻R上通过的电荷量；(4)电阻R上的最大电压答案 (1)isin t (2) (3) (4)nBl22Rrn2B2l4R16Rr2nB

12、l22RrnBl2R2Rr解析 (1)线圈转动时，总有一条边切割磁感线，且ad边和bc边转动的线速度大小相等，当线圈平行于磁场时，产生的感应电动势最大，为EmnBlvnBllnBl2.1 21 2由闭合电路欧姆定律可知Im，当以图示位置为计时起点时，流过R的电流瞬时值nBl22Rr表达式为iImsin tsin t.nBl22Rr(2)在线圈从图示位置转过 90的过程中，用有效值来计算电阻R上产生的热量QI2R ，T 47其中I，T，Im22nBl24Rr2 即QI2R .T 4n2B2l4R16Rr2(3)在转过 90的过程中感应电动势的平均值为n，E t1 2nBl2 2nBl2 流过R的平均电流 ，IE RrnBl2Rr所以通过R的电荷量q .IT 4nBl2Rr 2nBl22Rr(4)由欧姆定律可知电阻 R 上的最大电压为 UmImR.nBl2R2Rr