2020版高中物理 第2章 交变电流与发电机章末检测试卷 沪科版选修3-2

2020版高中物理 第2章 交变电流与发电机章末检测试卷 沪科版选修3-2

第2章 交变电流与发电机 章末检测试卷(二)‎ ‎(时间：90分钟　满分：100分)‎ 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分，其中1～8题为单选题，9～12题为多选题)‎ ‎1．如图所示的四种随时间变化的电流图像，其中属于交变电流的是(　　)‎ 答案　D 解析　A、B、C选项电流的大小变化，但电流的方向一直没变，由交变电流、直流电的定义知它们的电流应为直流电．D选项中电流大小和方向都改变，故为交变电流．‎ ‎2．某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流．现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图像是 (　　)‎ 11‎ 答案　B 解析　线圈转速为正常工作时的一半，据ω＝2πn＝知，周期变为正常工作时的2倍，又据Em＝NBSω知，最大值变为正常时的一半，结合我国电网交流电实际情况，知正确选项为B.‎ ‎3．图1甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压是正弦函数的一部分，下列说法错误的是(　　)‎ 图1‎ A．图甲、图乙均表示交流电 B．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝20sin (100πt) V C．图乙所示电压的有效值为10 V D．图乙所示电压的有效值为10 V 答案　C 解析　根据交变电流定义，图甲、图乙均表示交流电，图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝20sin (100πt) V，选项A、B正确．由有效值定义，×0.02 s＝0.04 s×，解得题图乙所示电压的有效值为10 V，选项D正确，C错误．‎ ‎4．在如图2所示的交流电路中，保持电源电压一定，当交变电流的频率增大时，各电压表的示数将(　　)‎ 图2‎ A．V1、V3增大，V2减小 B．V1不变，V2减小，V3增大 C．V1不变，V2增大，V3减小 D．V1、V2、V3都不变 11‎ 答案　C 解析　电感线圈对交流电的阻碍作用随着频率的增大而增大，因此电压表V2示数增大，电容器对交流电的阻碍作用随着频率的增大而减小，电压表V3示数减小，电压表V1示数不变，故选C.‎ ‎5．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3甲所示，产生的感应电动势的图像如图乙所示，则(　　)‎ 图3‎ A．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零 B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合 C．线框产生的感应电动势有效值为311 V D．线框产生的感应电动势频率为100 Hz 答案　B 解析　由题图乙可知，正弦交流电电压的最大值为311 V，周期T＝0.02 s，所以该交流电的有效值为E＝＝ V≈220 V，频率f＝＝50 Hz，C、D错误；由题图乙知，t＝0.005 s时电动势最大，磁通量的变化率最大，A错误；t＝0.01 s时电动势为0，磁通量变化率为0，但磁通量最大，线框处于中性面位置，B正确．‎ ‎6．如图4甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与R＝10 Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，示数是10 V．图乙是矩形线圈磁通量Φ随时间t变化的图像．若线圈的直流电阻不计，则(　　)‎ 图4‎ A．电阻R上的热功率为20 W B．0.02 s时R两端的电压瞬时值为零 C．R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝10cos 100πt(V)‎ D．通过R的电流i随时间t变化的规律是i＝cos 50πt(A)‎ 11‎ 答案　C 解析　电阻R上的热功率为P热＝＝ W＝10 W，选项A错误；0.02 s时磁通量为零，此时磁通量的变化率最大，感应电动势最大，则R两端的电压瞬时值为最大，选项B错误；根据Em＝E＝10 V，ω＝＝ rad/s＝100π rad/s，t＝0时刻感应电动势最大，则R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝10cos 100πt(V)，选项C正确；Im＝＝ A，通过R的电流i随时间t变化的规律是i＝cos 100πt(A)，选项D错误．‎ ‎7.如图5所示，线框匝数为N、面积为S，以角速度ω绕垂直磁感应强度为B的匀强磁场的轴匀速转动．线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想电流表和二极管D.二极管D具有单向导电性，且正向电阻为零，反向电阻无穷大．下列说法正确的是(　　)‎ 图5‎ A．图示位置电流最大 B．R两端电压的有效值U＝NBS C．交流电流表的示数I＝NBS D．一个周期内通过R的电荷量q＝ 答案　C 解析　由题图可知，图示位置通过R的电流为零，R两端电压的瞬时值如图所示表示．‎ 设电压的有效值为U，在一个周期内有：·＝T，解得：U＝NBSω，电流的有效值I＝＝，在一个周期内，只有半周期的时间有电流通过R，故：q＝N＝，故选C.‎ ‎8．如图6所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O 11‎ 轴位于磁场边界)．则线框内产生的感应电流的有效值为(　　)‎ 图6‎ A. B. C. D. 答案　D 解析　扇形闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径L，各点的平均速度v＝，导线框进磁场和出磁场时有感应电流产生，由法拉第电磁感应定律和有效值的定义有：E＝，·＝I2RT，可得I＝，故D正确，A、B、C错误．‎ ‎9．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图7所示，由图可知(　　)‎ 图7‎ 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R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W 答案　BD 解析　由题图可知正弦交流电的周期T＝0.04 s，则f＝＝25 Hz，ω＝2πf＝50π rad/s，所以该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin (50πt) V，A错误，B正确；该交流电的电压的有效值为 V＝50 V，则C错误；若将该交流电压加在阻值R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为P＝＝ W＝50 W，则D正确，所以正确答案为B、D.‎ ‎10．如图8甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确的是 (　　)‎ 11‎ 图8‎ A．电流表的示数为‎10 A B．线圈转动的角速度为50π rad/s C．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左 答案　AC ‎11．如图9所示，在匀强磁场中匀速转动的圆形线圈周期为T，匝数为10匝，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω，从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，线圈转过30°时的电流瞬时值为‎1 A，下列说法中正确的是(　　)‎ 图9‎ A．线圈中电流的最大值为 A B．线圈消耗的电功率为4 W C．任意时刻线圈中的感应电流为i＝2sin(t)A D．任意时刻线圈中的感应电流为i＝2cos(t)A 答案　BC 解析　从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势的表达式为e＝Emsin ωt，则感应电流i＝＝sin ωt，由题给条件有：‎1 A＝×，解得Em＝4 V，则Im＝‎2 A，I有效＝ A，线圈消耗的电功率P＝IR＝4 W，选项A错误，选项B正确．i＝Imsin ωt＝2sin(t)A，故选项C正确，D错误．‎ ‎12．如图10所示，发电机内部线圈处于磁铁和圆柱形铁心之间的径向磁场中，两半边间的过渡区域宽度很小，可忽略不计．线圈的总匝数为N、总电阻为r，每匝线圈的面积为S，线圈所在位置的磁感应强度大小为B.当线圈以角速度ω匀速转动时，额定电压为U、电阻为R的小灯泡在电路中恰能正常发光，则发电机产生的感应电动势的有效值是(　　)‎ 11‎ 图10‎ A．NBSω B.NBSω C．U D．(1＋)U 答案　AD 解析　根据题述线圈处于磁铁和圆柱形铁心之间的径向磁场中，当线圈以角速度ω匀速转动时，产生的交变电流为矩形波，发电机产生的感应电动势的有效值是NBSω，选项A正确，B错误．由闭合电路欧姆定律，E＝U＋＝(1＋)U，选项C错误，D正确．‎ 二、填空题(本题共2小题，共8分)‎ ‎13. (4分)一交流电压随时间变化的图像如图11所示．若将该电压加在10 μF的电容器上，则电容器的耐压值应大于______ V；若将该电压加在一阻值为1 kΩ的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，电路中保险丝额定电流不能低于________ A.‎ 图11‎ 答案　200　0.14‎ 解析　电容器的耐压值应大于交流电的最大值，即大于200 V；保险丝的额定电流为有效值，所以I＝＝ A≈‎0.14 A.‎ ‎14．(4分)有一个电子元件，当它两端的电压的瞬时值高于e＝110 V时则导电，低于e＝110 V时不导电，若把这个电子元件接到有效值为220 V、频率为50 Hz的正弦交流电的两端，则它在1 s内导电________次，每个周期内的导电时间为________．‎ 答案　100　 s 解析　由题意知，加在电子元件两端电压随时间变化的图像如图所示，表达式为 其中ω＝2πf，f＝50 Hz，T＝＝0.02 s，得u＝220sin (100πt) V 把u′＝110 V代入上述表达式得到 11‎ t1＝ s，t2＝ s 所以每个周期内的通电时间为 Δt＝2(t2－t1)＝ s＝ s 由所画的u－t图像知，一个周期内导电两次，所以1 s内导电的次数为n＝2＝100.‎ 三、计算题(本题共4小题，共44分)‎ ‎15．(8分)一台微波炉说明书所列的部分技术参数如下表，请回答：‎ 型号 WD800(MG－5579MT)‎ 输入电源 ‎220 V,50 Hz 输出功率 ‎800 W 微波频率 ‎2 450 MHz 输入功率 ‎1 250 W ‎(1)这台微波炉使用的是哪一种电源？‎ ‎(2)这台微波炉输入电流的有效值是多大？输入电流的最大值是多大？‎ 答案　(1)交流电源　(2)‎5.68 A　‎‎8.03 A 解析　(1)由表数据可知其是交流电源．‎ ‎(2)输入电流有效值I＝＝ A≈‎‎5.68 A 输入电流的最大值Imax＝I＝×‎5.68 A≈‎8.03 A.‎ ‎16．(10分)如图12所示，“”形框置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，“”形框的三条边的长度均为L，电阻均为r，a、b两端连接阻值为R的电阻．“”形框绕垂直磁场的轴ab以角速度ω逆时针(从上往下看)匀速转动，t＝0时刻经过图示位置(框与磁场垂直)．规定回路中a→d→c→b方向为电流的正方向，导线电阻不计，求：‎ 图12‎ ‎(1)通过电阻R的感应电流的表达式；‎ ‎(2)当t＝时，通过电阻R的感应电流的大小和方向．‎ 11‎ 答案　(1)i＝sin ωt　(2)　正方向或a→d→c→b 解析　(1)“”形框产生的感应电动势的最大值为：Em＝BL2ω 产生的感应电流的最大值为：Im＝＝ 通过的电阻R的感应电流的表达式为：‎ i＝Imsin ωt＝sin ωt.‎ ‎(2)把t＝代入解得：i＝sin (ω·)＝，方向与规定的正方向相同．‎ ‎17．(12分)如图13所示，间距为l的足够长的光滑平行金属导轨，水平放置在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，右端接阻值为R的电阻．一接入电路的电阻为r、质量为m的导体棒放置在导轨上，在水平向左的外力F作用下从t＝0时刻开始运动，其速度随时间的变化规律为v＝vmaxsin ωt.不计导轨电阻，求：‎ 图13‎ ‎(1)从t＝0到t＝时间内电阻R产生的热量；‎ ‎(2)从t＝0到t＝时间内外力F所做的功．‎ 答案　(1)　(2)mv＋ 解析　导体切割磁感线产生的电动势为 e＝Blv＝Blvmaxsin ωt＝Emaxsin ωt 可见它是一个正弦交变电流，所以其有效值为 E＝＝ 电流的有效值为I＝ ‎(1)时间t＝＝T 所以这段时间内产生的热量为 Q＝I2Rt＝.‎ ‎(2)t′＝＝ 在四分之一周期内产生的热量为 11‎ Q′＝I2·(R＋r)·＝·(R＋r)·＝ 由功能关系得：W外＝mv＋Q′‎ W外＝mv＋.‎ ‎18．(14分)如图14所示，线圈面积为‎0.05 m2‎，共100匝，线圈总电阻为1 Ω，与外电阻R＝9 Ω相连．当线圈在B＝ T的匀强磁场中绕OO′以转速n＝300 r/min匀速转动时，求：‎ 图14‎ ‎(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出电动势的瞬时值表达式；‎ ‎(2)两电表、的示数；‎ ‎(3)线圈转过 s时，电动势的瞬时值；‎ ‎(4)线圈转过 s的过程中，通过电阻R的电荷量；‎ ‎(5)线圈匀速转一周外力做的功．‎ 答案　(1)e＝100sin (10πt) V　(2)‎5 A　45 V (3)50 V　(4) C　(5)100 J 解析　(1)因为Emax＝NBSω，ω＝2πn，其中n＝300 r/min＝5 r/s，代入数据可得ω＝10π rad/s，Emax＝100 V 若从线圈处于中性面时开始计时，则e＝Emaxsin ωt，所以电动势的瞬时值表达式为e＝100sin (10πt) V.‎ ‎(2)两电表的示数为交流电的有效值：I＝＝＝‎5 A，UR＝IR＝45 V.‎ ‎(3)当线圈转过 s时，电动势的瞬时值e＝100sin(10π×) V＝50 V.‎ ‎(4)线圈转过t＝ s的过程中，通过电阻R的电荷量为q＝Δt＝Δt＝Δt＝，解得q＝＝ C.‎ 11‎ ‎(5)线圈匀速转动一周，外力做功与电流做功相等，计算电功时必须运用交流电的有效值，即W＝T＝100 J.‎ 11‎