2019-2020年高中物理 第五章 交变电流的产生和变化规律巩固练习（含解析）新人教版选修3-2.doc

2019-2020年高中物理 第五章 交变电流的产生和变化规律巩固练习（含解析）新人教版选修3-2【巩固练习】一、选择题1如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动，沿着OO观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B。线圈匝数为n，边长为，电阻为R，转动的角速度为。则当线圈转至图示位置时（ ） A线圈中感应电流的方向为abcda B穿过线圈的磁通量为0 C线圈中的感应电流为 D穿过线圈磁通量的变化率为02线圈在匀强磁场中转动时的电动势e=Emsint。如果使感应电动势的最大值增加1倍，其他物理量不变，可采取的方法是（ ） A线圈面积增加1倍 B线圈匝数增加1倍 C角速度增加1倍 D磁感应强度增加1倍3如图所示，电阻为尺的正方形导线框，边长为，在磁感应强度为B，方向水平向右的匀强磁场中，在t=0时，线框所在平面与磁场垂直，线框处于竖直平面内，现使它绕水平轴OO以角速度匀速转过180，则在转动过程中（ ） A通过导线任意截面的电荷量为零 B通过导线任意截面的电荷量为 C导线框中磁通量的最大变化率为 D导线框中感应电流方向改变一次4如图甲所示，A、B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A线圈中通有如图乙所示的电流i，则（ ） 在t1到t2时间内A、B两线圈相吸；在t2到t3时间 内A、B两线圈相斥；t1时刻两线圈间作用力为零；t2时刻两线圈的相互作用最大。 A B C D5如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角=45时（如图乙）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则图丙中正确的是（ ） 6下列说法正确的是（ ）A交变电流在一个周期内电流方向改变两次B交变电流的有效值总是最大值的倍C因为有效值表示交变电流产生的平均效果，所以有效值与平均值相同D若正弦式交变电流的最大值是10 A，则它的最小值是10 A7下列关于交变电流的说法中，不正确的是（ ） A若交变电流最大值为5 A，则它的最小值为5 A B用交变电流表测交变电流时，指针来回摆动 C我国工农业生产和生活用的交变电流，频率为50 Hz，故电流方向每秒改变100次 D正弦式交变电流的最大值为311 A，频率为100 Hz8在如图所示的电路中，A是熔断电流I=2 A的保险丝，R是可变电阻，S是交流电源。交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是。为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于（ ） A B110 C220 D9好多同学家里都有调光电灯和调速风扇，过去是用变压器来实现的。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，现在的调光灯和调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的。如图所示为经一双向可控硅调节后加在电灯上的电压，即在正弦式交变电流的每个二分之一周期内，前周期被截去，调节台灯上旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯两端的电压。那么现在电灯两端的电压为（ ） A B C D10两个相同的电阻，分别通以如图所示的正弦式电流和方波式交变电流，两种交变电流的最大值相等，周期相等。则在一个周期内，正弦式电流在电阻上产生的焦耳热Q1与方波式交变电流在电阻上产生的焦耳热Q2之比等于（ ） A31 B12 C21 D43二、填空题11我国照明电压（市电）的瞬时值表达式为，它的周期是_，频率是_，在1 s内电流方向改变_次，有效值是_，最大值是_。12交流发电机的线圈在转动过程中产生最大感应电动势的位置是_，穿过线圈的磁通量最大的位置是_。若线圈转过了10周，电流方向改变了_次。13某交流电的电压随时间变化的规律如图所示，则此交流电的频率为_，若将该电压加在一阻值为1 k的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，则该用电器的额定功率为_。三、解答题14发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B=0.05 T的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以=100rads的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时。线圈和外电路的总电阻R=10。 （1）写出交变电流瞬时值表达式。 （2）线圈从计时开始，转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？15如图所示，匀强磁场B=0.50 T，矩形线圈的匝数N=100匝，边长Lab=0.10 m，Lac=0.20 m，以3000 rmin的转速匀速转动，在线圈平面通过中性面时开始计时。试求：（1）交变电动势的瞬时值表达式。 （2）若线圈总电阻为2，线圈外接电阻为8，写出交变电流的瞬时值表达式。 （3）线圈由图示位置转过詈的过程中，交变电动势的平均值。16如图所示，在匀强磁场中有一个“”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度，线框的CD边长为20 cm，CE、DF边长为10 cm，转速为50 rs。若从图示位置开始计时： （1）写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；（2）作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象。17如图所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数N=100匝，线圈电阻r=3，ab=cd=0.5 m，bc=ad=0.4 m，磁感应强度B=0.5 T，电阻R=311，当线圈以n=300 rmin的转速匀速转动时，求： （1）感应电动势的最大值。 （2）t=0时线圈在图示位置，写出此交变电流电动势的瞬时值表达式。 （3）此电压表的示数是多少？18在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为n=100匝，边长为20 cm，电阻为10，转动频率f=50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T，求： （1）外力驱动线圈转动的功率。 （2）线圈平面转至与中性面的夹角为30时，线圈产生的感应电动势及感应电流的大小。 （3）线圈由中性面转至与中性面成30夹角的过程中，通过线圈横截面的电荷量。19如图所示为示波管内的偏转电路，管中真空速度为6.4107 ms的电子束连续地射入两平行板之间，极板长度=8.0102 m，间距d=5.0103 m，两极板不带电时，电子沿中线通过，在两极板上加一频率为50 Hz的交变电压u=U0sint。如果所加最大电压超过某一数值Uc时，将出现以下现象：电子束有时能通过两极板，有时间断，不能通过。 （1）求U的大小； （2）U0为何值时，才能使通过的时间t1跟间断的时间t2之比为21？20曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图甲为其结构示意图。图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点、与ab边平行，它的一端有一半径r0=1.0 cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图乙所示。当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动从而使线框在磁极间转动。设线框由N=800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S=20 cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感应强度B=0.010 T，自行车车轮的半径R1=35 cm，小齿轮的半径R2=4.0 cm，大齿轮的半径R3=10.0 cm（如图）。现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U=3.2 V？（假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动） 【答案与解析】一、选择题1【答案】BC 【解析】图示位置，线圈平面与磁场平行，所以穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，B正确，D错误；此时由右手定则可知电流方向为adcba，A错误；由峰值表达式Em=BS可知，图示位置感应电流等于峰值，C正确。2【答案】ABD 【解析】因为Em=nBS，所以A、B、C、D四个选项都能实现，但因变化，会导致周期、频率发生变化，所以A、B、D正确。3BC 【解析】通过导线任意截面的电荷量：，故B选项正确；磁通量的变化率最大时，感应电动势最大，且，又，即磁通量的最大变化率为，故C选项正确；从中性面转过180的过程中，感应电流的方向不变，故D选项错。4【答案】A 【解析】本题考查交变电流的变化规律和图象。由t1到t2时间内，穿过B线圈的磁通量在减小，所以B中产生的感应电流方向与A中相同，即相吸；由t2到t3时间内，穿过B线圈的磁通量在减小，所以B中产生的感应电流方向与A中相同，即相吸；由t2到t3时间内，穿过B线圈的磁通量在增大，B中产生的感应电流方向与A中相反，即相斥；t1时刻A中电流最大，B中感应电流为零，t2时刻A中电流为零，而B中感应电流最大，在t1、t2时刻两线圈的相互作用力都为零。故正确答案为A。5【答案】D 【解析】矩形线圈绕垂直于匀强磁场的转轴匀速转动产生正弦式交变电流，在开始计时（t=0）时线圈达到图乙所示的位置，据右手定则判断电流为负方向，首先排除A、B选项。若到达图甲所示的位置，感应电流为负向的峰值，可见t=0的时刻交变电流处于负半周且再经到达中性面位置，即，瞬时表达式i，所以，。6【答案】A 【解析】线圈平面每经过中性面一次，电流方向改变一次，在一个周期内线圈平面有两次经过中性面，A正确；对于正弦式交变电流有效值是最大值的倍，对其他的交变电流不一定有这样的关系，B错；交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，与平均值不同，C错；交变电流的正负表示电流的方向，不表示电流的大小，交变电流的最小值为零，D错。7【答案】ABD 【解析】交变电流最大值为5 A，最小值应为0，A项说法错误；用交变电流表测交变电流时，指针并不来回摆动，B错误；我国交变电流，频率为50 Hz，电流方向每秒改变100次，C正确；正弦式交变电流的最大大值为311 A，频率为50 Hz，所以D说法也错误。8【答案】B 【解析】U=220 V，。9【答案】A10【答案】B 【解析】正弦式电流有效值，所以，方波有效值U2=Um，所以，所以选B。二、填空题11【答案】0.02 s 50 Hz 100 220 V V12【答案】与中性面垂直的位置，中性面，20次。13【答案】25 Hz 24.2 W【解析】由题中图象可知，交流电的周期T=0.04 s，所以频率，电压的最大值为220 V，有效值是，所以用电器的额定功率为。三、解答题14【答案】（1）i=2sin100A （2）1102 C 【解析】（1）感应电动势最大值为Em=nBS。 Em=1000.050.20.2100V=20V， ，所以。 （2）线圈从计时开始，转过过程中通过线圈某一截面的电荷量。从中性面计时，转过，如图所示。， 。15【答案】（1）e=314sin314t V （2）i=31.4sin314t A （3）200 V 【解析】（1）线圈的角速度， 线圈电动势的最大值Em=NBS=314 V， 所以电动势的瞬时值表达式：e=Emsint=314sin314t V。 （2）， 所以电流的瞬时值表达式：i=31.4sin314t A。 （3）。16【答案】（1）e=102cos100t V （2）图见解析 【解析】（1）线圈转动，开始计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置，在t时刻线框转过的角度为t，此时刻，即e=BScost，其中，S=0.10.2 m2=0.02 m2，=2n=250 rads=100rads，故，即。（2）线框中感应电动势随时间变化关系的图象如图所示。17【答案】（1）314 V （2）314sin10t V （3）220 V【解析】（1）电动势的最大值为：。（2）电动势瞬时值的表达式：。（3）。18【答案】（1）1.97104 W （2）31.4 A （3）0.027 C【解析】解答本题可由交变电流的有效值计算电功率，由交变电流的瞬时值计算某时刻的安培力，由交变电流的平均值计算通过线圈横截面的电荷量。（1）线圈中交变电动势的最大值Em=nBS=1000.5(0.2)2250 V628 V。交变电动势的有效值。外界驱动线圈转动的功率与线圈中交变电流的功率相等。即。（2）线圈转到中性面成30角时，其电动势的瞬时值e=Emsin30=314 V，交变电流的瞬时值。（3）在线圈中从中性面转过30角的过程中，线圈中的平均感应电动势，平均感应电流，通过导体横截面的电荷量为q，则。19【答案】（1）91 V （2）105 V【解析】（1）电子通过平行板的时间，远小于交变电流周期T，电子射入电场可看做“类平抛运动”，由知，。20【答案】=3.2 rad / s【解析】当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交流电动势，其最大值Em=0BSN。其中0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度。发电机两端电压的有效值。设自行车车轮转动的角速度为1，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，有R11=r00。小齿轮转动的角速度与自行车转动的角速度相同，也为1。设大齿轮转动的角速度为，有R3=R21。由以上各式解得，代入数据得3.2 rad / s。