高中物理 第二章 交变电流与发电机章末检测卷 沪科版选修32

第二章交变电流与发电机章末检测卷(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分)1．如下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解析由图像可知，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、直流电的广义定义知该电流应为直流电．D选项中电流大小和方向都改变，故为交变电流．2．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1A．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) VC．图乙所示电压的有效值为10 2 VD．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，(10 2 V)2R×0.02 s＝0.04 s×U2R，解得题图乙所示电压的有效值为10 V，选项D正确，C错误．3．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2A．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减小，电压表V1不变，故选C. 4．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3A．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 VD．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U＝E2＝3112V≈220 V，频率f＝1T＝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．5．某电源输出的电流既有交流成分又有直流成分，而我们只需要稳定的直流，下列设计的电路图中，能最大限度使电阻R 2获得稳定直流的是( )答案 A6.如图4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，即正向电阻为零，反向电阻无穷大．下列说法正确的是( )图4A ．图示位置电流最大B ．R 两端电压的有效值U ＝ω2NBSC ．交流电流表的示数I ＝ω2R NBSD ．一个周期内通过R 的电荷量q ＝2BSR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：(NBSω2)2RT 2＝U 2R T ，解得：U ＝12NBS ω，电流的有效值I ＝U R ＝NBSω2R ，在一个周期内，只有半周期的时间有电流通过R ，故：q ＝N ΔΦR ＝2NBSR，故选C.二、多项选择题(本题共4小题，每小题5分，共20分．每题至少有两个选项正确，选对得5分，漏选得2分，错选得0分)7.如图5所示的电路，一灯泡和一可变电容器串联，下列说法正确的是( )图5A ．a 、b 端接稳恒直流电，灯泡发亮B ．a 、b 端接交变电流，灯泡发亮C ．a 、b 端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大D ．a 、b 端接交变电流，灯泡发亮，在不改变交变电流有效值的情况下增大其频率，灯泡亮度增大 答案 BCD解析 电容器有“通交流，隔直流，通高频，阻低频”的特点，B 、D 项正确，A 错误；增大电容器的电容，电容的阻碍作用减小，电流增大，灯泡的亮度增大，C 项正确． 8．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图6所示，由图可知( )图6A ．该交流电的电压瞬时值的表达式为u ＝100sin (25t ) VB ．该交流电的频率为25 HzC ．该交流电的电压的有效值为100 2 VD ．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 由图像可知正弦交流电的周期T ＝0.04 s ，则f ＝1T＝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1002V ＝50 2 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 ＝U 2R ＝(502)2100W ＝50 W ，则D 正确，所以正确答案为B 、D.9．如图7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 ( )图7A ．电流表的示数为10 AB ．线圈转动的角速度为50π rad/sC ．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 AC10．如图8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( )图8A ．NBSω B.22NBSω C ．U D ．(1＋rR)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 ＋UrR ＝(1＋r R)U ，选项C 错误，D 正确． 三、填空题(本题共2小题，共8分)11.(4分)一交流电压随时间变化的图像如图9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小于______ 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9答案 200 0.14解析 电容器的耐压值应小于交流电的最大值，即小于200 V ；保险丝的额定电流为有效值，所以I ＝U max2R ＝20021 000A ＝0.14 A.12．(4分)有一个电子元件，当它两端的电压的瞬时值高于e ＝110 2 V 时则导电，低于e ＝110 2 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 100175s 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u ＝2202sin ωt V其中ω＝2πf ，f ＝50 Hz ，T ＝1f＝0.02 s ，得u ＝2202sin (100πt ) V把u ′＝110 2 V 代入上述表达式得到t 1＝1600 s ，t 2＝5600s 所以每个周期内的通电时间为 Δt ＝2(t 2－t 1)＝4300 s ＝175s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 ＝2tT＝100. 四、计算题(本题共4小题，共48分)13．(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？输入电流的峰值是多大？ 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 ＝P U ＝1 250220A≈5.68 A输入电流的峰值I max ＝2I ＝2×5.68 A≈8.03 A.14．(10分)某电路两端交流电压u ＝U max sin (100πt )，在t ＝0.005 s 时刻，电压u 为10 V ，求接在此电路两端的电压表示数．如将阻值为R 的电阻接在此交流电压上时功率为P ，而改接在电压为U 0的直流电压上时功率为P2，求U 0的值．答案 7.07 V 5 V解析 根据u ＝U max sin (100πt )，代入t ＝0.005 s 时的电压值，10 V ＝U max sin (0.5π)，得U max ＝10 V而电压表的示数指的是有效值 故U ＝12U max ＝7.07 V由功率关系P ＝U 2R 和12P ＝U20R得所求直流电压的值U 0＝12U ＝12 U max ＝5 V.15．(12分)如图10所示，间距为l 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．一电阻为r 、质量为m 的导体棒放置在导轨上，在外力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 ＝v max sin ωt .不计导轨电阻，求：图10(1)从t ＝0到t ＝2πω时间内电阻R 产生的热量；(2)从t ＝0到t ＝π2ω时间内外力F 所做的功．答案 (1)πRB 2l 2v 2max ω(R ＋r )2 (2)12mv 2max ＋πB 2l 2v 2max4ω(R ＋r ) 解析 导体切割磁感线产生的电动势为e ＝Blv ＝Blv max sin ωt ＝E max sin ωt可见它是一个正弦交变电流，所以其有效值为E ＝E max 2＝Blv max2电流的有效值为I ＝ER ＋r(1)时间t ＝2πω＝T所以这段时间内产生的热量为 Q ＝I 2Rt ＝πRB 2l 2v 2maxω(R ＋r )2.(2)t ′＝π2ω＝T4在四分之一周期内产生的热量为Q ′＝I 2·(R ＋r )·T 4＝E 2(R ＋r )2·(R ＋r )·π2ω＝πB 2l 2v 2max4ω(R ＋r )由功能关系得：W 外＝12mv 2max ＋Q ′W 外＝12mv 2max ＋πB 2l 2v 2max4ω(R ＋r ). 16．(18分)如图11所示，线圈面积为0.05 m 2，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 ＝2πT 的匀强磁场中绕OO ′以转速n ＝300 r/min 匀速转动时，求：图11(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160s 时，电动势的瞬时值；(4)线圈转过130 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 2 A 45 2 V (3)50 V (4)12πC (5)100 J解析 (1)因为E max ＝NBSω，ω＝2πn ，其中n ＝300 r/min ＝5 r/s ，代入数据可得ω＝10π rad/s ，E max ＝100 V若从线圈处于中性面时开始计时，则e ＝E max sin 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 ＝ER ＋r＝E max2(R ＋r )＝5 2 A ，U R ＝IR ＝45 2 V.(3)当线圈转过160 s 时，电动势的瞬时值e ＝100sin(10π×160) V ＝50 V.(4)线圈转过t ＝130 s 的过程中，通过电阻R 的电荷量为q ＝I Δt ＝E R ＋r Δt ＝NΔΦΔt R ＋rΔt ＝N ΔΦR ＋r ，解得q ＝N ΔΦR ＋r ＝12πC. (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 ＝E 2R ＋rT ＝100 J.。