通用版2018-2019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 .doc

微型专题4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 Wb答案D解析由题图可知，此交流电的周期T0.2 s，频率f5 Hz，A错误；E V，B错误；t0.1 s时，电动势为0，线圈平面与磁场方向垂直，C错误；因EmnBS，其中n10，10 rad/s，故mBS Wb，D正确2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 VB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10 rad/s.电压表测的是路端电压U9 V18 V，A错误；交流电的频率为5 Hz，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)，D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.I0C.I0 D.I0答案B解析设这种交变电流的有效值为I，则I2R3T2RT2R2T，解得：II0，故选B.4(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 kW答案AB解析由u200sin (100t) V可知，电压最大值Um200 V，角速度100 rad/s，所以电压的有效值U200 V，周期T0.02 s，频率f50 Hz.由欧姆定律得I A4 A，所以A、B正确；一周期内电流方向改变两次，而f50 Hz，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 (100t) V，则加在R2上的电压有效值为()图5A10 V B20 VC15 V D5 V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 ()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C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律为乙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7(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 tB线圈中电流的有效值为IC线圈中电流的有效值为ID线圈消耗的电功率为P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I，PI2R，故A、B错误，C、D正确8(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 (100t) 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D交变电流的有效值是8 A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 s时，eEm，C正确；交变电流的有效值是I8 A，D正确9(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，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B从图示位置起转过圈的时间内产生的平均感应电动势为2nBr2C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D转动过程中交变电流的最大值为答案ABD解析交变电流的最大值为ImBr22n，D正确；转动过程中电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载电阻R的电荷量为q，C错误二、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)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.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的电流瞬时值表达式为iImsin tsin t.(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，其中I，T，即QI2R.(3)在转过90的过程中感应电动势的平均值为n，流过R的平均电流，所以通过R的电荷量q.(4)由欧姆定律可知电阻R上的最大电压为UmImR.