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2019-2020年高中物理 第2章 交變電流與發(fā)電機單元測試 滬科版選修3-2 一、選擇題(共12個小題，每小題4分，共48分) 1一矩形線圈，繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢隨時間t的變化如圖所示，下面說法中正確的是(　　) A．t1時刻通過線圈的磁通量為零 B．t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大 C．t3時刻通過線圈的磁通量的變化率的絕對值最大 D．每當(dāng)E變換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大值 2關(guān)于交變電流的最大值Im和有效值I之間的關(guān)系，以下說法中正確的是(　　) A．正弦式交變電流滿足Im＝I B．電子計算機中的矩形脈沖電流滿足Im＝I C．所有交變電流滿足Im＝I D．交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，不是所有的交變電流都滿足Im＝I 3如圖所示，在交流電路中，如果電源電動勢的最大值不變，頻率可以改變，在圖中電路的a、b兩點間逐次將圖中的電路元件(1)(2)(3)單獨接入，當(dāng)使交流頻率增加時，可以觀察到下列論述的哪種情況(　　) A. 讀數(shù)不變，讀數(shù)增大，讀數(shù)減小 B. 讀數(shù)減小，讀數(shù)不變，讀數(shù)增大 C. 讀數(shù)增大，讀數(shù)不變，讀數(shù)減小 D. 、、的讀數(shù)均不變 4在收音機線路中，經(jīng)天線接收下來的電信號既有高頻成分也有低頻成分，經(jīng)放大后送給下一級，需要把低頻成分和高頻成分分開，只讓低頻成分輸入給下一級，我們采用了如圖所示裝置電路，其中代號a、b應(yīng)選擇的元件是(　　) A．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是低頻扼流圈 B．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是高頻扼流圈 C．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是低頻扼流圈 D．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是高頻扼流圈 5如圖所示，正弦波和方波交變電流的最大值相等，周期也相等，現(xiàn)把它們通入完全相同的電阻，則在相同的時間(遠大于周期)內(nèi)，兩電阻發(fā)熱之比Q甲/Q乙等于(　　) A．1/ B．1/2 C．1/4 D．1/1 6線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流，從下圖可知(　　) A．在A和C時刻線圈處于中性面位置 B．在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零 C．從A時刻到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為π rad D．若從O時刻到D時刻經(jīng)過0.02 s，則在1 s內(nèi)交變電流的方向改變100次 7把一段確定的導(dǎo)線做成線圈，在確定的勻強磁場中繞垂直于磁場的軸線以固定的角速度轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交流感應(yīng)電動勢的最大值的情況是(　　) A．做成方形，線圈平面垂直于轉(zhuǎn)軸 B．做成方形，轉(zhuǎn)軸通過線圈平面 C．做成圓形，轉(zhuǎn)軸通過線圈平面 D．做成圓形，線圈平面垂直于轉(zhuǎn)軸 8如圖甲所示，在閉合鐵芯上繞著兩個線圈M和P，線圈P與電流表構(gòu)成閉合回路。若在t1至t2這段時間內(nèi)，觀察到通過電流表的電流方向自上向下(即為由c經(jīng)電流表至d)，則可以判斷出線圈M兩端的電勢差uab隨時間t的變化情況可能是圖乙中的(　　) 甲 乙 9如圖所示，在兩塊金屬板上加交變電壓u＝Umaxsint，當(dāng)t＝0時，板間有一個電子正處于靜止?fàn)顟B(tài)，下面關(guān)于電子以后的運動情況的判斷正確的是(　　) A．t＝T時，電子回到原出發(fā)點 B．電子始終向一個方向運動 C．t＝T/2時，電子將有最大速度 D．t＝T/2時，電子位移最大 10正弦式電流電壓e＝50sin314t V加在一氖管的兩端，已知當(dāng)氖管兩端的電壓達到25 V時才開始發(fā)光，則此氖管在一個周期內(nèi)發(fā)光的總時間為(　　) A．0.02 s B．0.002 5 s C．0.01 s D．0.005 s 第Ⅱ卷　(非選擇題　共52分) 二、填空題(共2個小題，共12分) 11某交流電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示，此交流電的頻率是______Hz。若將該電壓加在10 μF的電容器上，則電容器的耐壓值不應(yīng)小于______V；若將該電壓加在一阻值為1 kΩ的純電阻用電器上，用電器恰能正常工作，為避免意外事故的發(fā)生，該電路中保險絲的額定電流不能高于______A。 12家用調(diào)光臺燈常用可控硅實現(xiàn)調(diào)光，一日常照明臺燈用正弦交變電流通過可控硅后，其電壓隨時間變化的圖像如圖所示，則該電壓的有效值為__________V。 三、計算與論證(共4個小題，共40分，解答時要有必須的解析過程，直接寫結(jié)果不得分) 13(10分)如圖所示，一個交流發(fā)電機線圈共50匝，ab＝0.2 m，bc＝0.1 m，總電阻r＝10 Ω，它在B＝0.5 T的勻強磁場中從磁通量最大位置開始以100轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動。線圈外接R＝40 Ω的電阻，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過周期時，求： (1)外電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q。 (2)這段時間內(nèi)通過外電阻R的電荷量。 14(10分)在皮帶的帶動下，固定在發(fā)動機軸上的正方形線圈以角速度50 rad/s 勻速轉(zhuǎn)動，線圈邊長為20 cm，匝數(shù)為10匝，線圈總電阻為1 Ω，轉(zhuǎn)動軸OO′穿過線圈對邊的中點，整個裝置處在磁感應(yīng)強度為1 T的勻強磁場中。線圈中產(chǎn)生的交變電流經(jīng)滑環(huán)電刷向R＝9 Ω的電阻供電，如圖所示。求： (1)交流安培表和伏特表的示數(shù)； (2)電源內(nèi)的發(fā)熱功率和電源的輸出功率。 15(10分)(湖南郴州xx屆高三調(diào)研試題)如圖所示，一矩形線圈在勻強磁場中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直。已知線圈匝數(shù)n＝400，電阻r＝0.1 Ω，長L1＝0.05 m，寬L2＝0.04 m，角速度ω＝100 rad/s，磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.25 T。線圈兩端外接電阻R＝9.9 Ω的用電器和一個交流電流表(內(nèi)阻不計)，求： (1)線圈中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢。 (2)電流表A的讀數(shù)。 (3)用電器上消耗的電功率。 16(10分)如圖所示，一個小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機，其矩形線圈長度為a，寬度為b，共有n匝，總電阻為r，線圈外電路上接有一個阻值為R的定值電阻。線圈以角速度ω在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞與磁場方向垂直的對稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，沿轉(zhuǎn)軸OO′方向看去，線圈轉(zhuǎn)動方向沿順時針。求： (1)從圖中畫出線圈經(jīng)過圖示位置時通過電阻R上的感應(yīng)電流的方向。 (2)從圖示位置(線圈平面平行于磁場方向)開始計時，經(jīng)多長時間，通過電阻R上的電流的瞬時值第一次為零？ (3)與電阻并聯(lián)的交流電壓表的示數(shù)是多少？ 參考答案 1答案：BCD 2答案：AD 3解析：頻率越高，電容器容抗越小，而電感的感抗越大，但電阻不變。 答案：C 4解析：a的作用是使高頻成分通過，所以容抗必須較大，才能阻礙低頻成分，因此a是電容小的電容器；b的作用是阻礙高頻成分而使低頻成分通過，因此b是高頻扼流圈，所以選項D正確。 答案：D 5解析：根據(jù)交變電流有效值的定義，正弦波的有效值為I＝，方波的有效值為Imax，由焦耳定律Q＝I2Rt得Q甲/Q乙＝＝，故選B。 答案：B 6解析：下圖對應(yīng)表達式形式為i＝Imaxsinωt A，從中性面開始計時，A和C時刻電流最大，線圈平面與中性面垂直，A不正確；B和D時刻在中性面位置，穿過線圈的磁通量最大，B不正確；A時刻到D時刻，經(jīng)過四分之三周期，轉(zhuǎn)過rad，而不是π rad，C不正確；若從O時刻到D時刻經(jīng)過0.02 s，說明頻率為50 Hz，故在1 s內(nèi)交變電流的方向改變100次，所以D正確。 答案：D 7解析：Emax＝NBSω，做成圓形面積最大，但D所述情況無磁感線穿過回路，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C選項正確。 答案：C 8解析：由電磁感應(yīng)的知識可知，要想使右邊線圈產(chǎn)生自上而下(c至d)的電流，必須使左邊uab>0且電壓是減小的；或uab<0且電壓是增大的，四個選項中只有C、D滿足條件。 答案：CD 9解析：金屬板間加上交變電壓后，兩板間會形成交變電場，前半周期和后半周期電場方向相反。電子最初處于靜止?fàn)顟B(tài)，在前半周期內(nèi)向一個方向做變加速直線運動，后半周期內(nèi)沿原方向做變減速運動，直至速度為零，電子在t＝時速度最大。故選B、C。 答案：BC 10解析：從e＝50sin314t V，可求出交流的周期T＝＝ s＝0.02 s。畫出正弦式電流的圖像，如圖所示。當(dāng)e＝25 V時，由上式可以求得：25 V＝50sin314t，即sin314t＝， 當(dāng)314t1＝時，t1＝ s， 當(dāng)314t2＝時，t2＝ s， 在半個周期()內(nèi)，t＝t2－t1＝ s－ s＝ s內(nèi)氖管是發(fā)光的。故選項C正確。 答案：C 11解析：f＝ Hz＝25 Hz。 因為該交流電壓的最大值為100 V，所以電容器的耐壓值應(yīng)不小于100 V。該交流電壓的有效值U＝ V＝50 V，I＝ A＝ A，所以保險絲的額定電流不能高于 A。 答案：25　100　 12解析：此電壓加到電阻兩端，相當(dāng)于最大值為Umax，周期為T的交流電只存在正半周或負半周的情況，根據(jù)有效值的定義t＝2t，得U＝，所以該電壓的有效值為。 答案： 13解析： (1)線圈轉(zhuǎn)動的過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為 Emax＝NBSω＝500.50.20.1200π V＝314 V 有效值為E＝＝222.1 V 在R上產(chǎn)生的焦耳熱為Q＝()2Rt＝1.94 J。 (2)求通過R上的電荷量要用平均值，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律＝N，＝，通過R上的電荷量為q＝t，其中ΔΦ＝BS，Δt＝T/4，上述方程解得：q＝0.01 C。 答案：(1)1.94 J　(2)0.01 C 14解析： 交流電流表和電壓表的讀數(shù)都是有效值，先計算出交變電流的峰值，再根據(jù)有效值與最大值的關(guān)系即可求得。 (1)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流電動勢的最大值為 Emax＝NBSω＝ NBa2ω＝1010.2250 V＝20 V，電動勢有效值為E＝＝10 V＝14.1 V 根據(jù)閉合電路歐姆定律得I＝＝ A＝1.41 A，電流表示數(shù)為1.41 A。 路端電壓為伏特表的示數(shù)U＝IR＝1.419 V＝12.7 V。 (2)電源內(nèi)的發(fā)熱功率為P內(nèi)＝I2r＝1.4121 W＝2 W 輸出功率就是外電路功率P外＝I2R＝1.4129 W＝18 W。 答案：(1)1.41 A　12.7 V (2)2 W　18 W 15解：(1)Em＝nBSω 代入數(shù)據(jù)得Em＝4000.250.050.04100 V＝20 V。 (2)Im＝ 代入數(shù)據(jù)得Im＝ A＝2 A 因為是正弦交變電流，所以電流表讀數(shù)即有效值 I＝＝ A＝1.41 A。 (3)P＝I2R＝()29.9 W＝19.8 W。 16解析：(1)圖示位置為垂直中性面位置，由右手定則可判定感應(yīng)電流的方向自上而下流過電阻R。 (2)線圈轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流的周期為T＝2π/ω，從圖示位置開始，過t＝T/4＝π/2ω第一次出現(xiàn)i＝0的情況。 (3)線圈轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值為Emax＝nBSω＝nBabω 感應(yīng)電流最大值為Imax＝Emax/(R＋r)＝nBabω/(R＋r) 電阻兩端電壓的最大值為Umax＝ImaxR＝nBabωR/(R＋r) 交流電壓表的示數(shù)為U＝Umax/＝nBabωR/[(R＋r)]。 答案：(1)略　(2)π/2ω　(3)nBabωR/[(R＋r)]