人教版高中物理交变电流与发电机名师精编单元测试Word下载.docx

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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10V

D．图乙所示电压的有效值为10V

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，×

0.02s＝0.04s×

，解得题图乙所示电压的有效值为10V，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

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＝0.005s时线框的磁通量变化率为零

B．t＝0.01s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311V

D．线框产生的感应电动势频率为100Hz

解析　由题图乙可知，正弦交流电电压的最大值为311V，周期T＝0.02s，所以该交流电的有效值为E＝＝V≈220V，频率f＝＝50Hz，C、D错误；

由题图乙知，t＝0.005s时电动势最大，磁通量的变化率最大，A错误；

t＝0.01s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＝10Ω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10V．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20W

B．0.02s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＝10cos100πt（V）

D．通过R的电流i随时间t变化的规律是i＝cos50πt（A）

解析　电阻R上的热功率为P热＝＝W＝10W，选项A错误；

0.02s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＝10V，ω＝＝rad/s＝100πrad/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＝10cos100πt（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＝cos100πt（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＝

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.

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25Hz

C．该交流电的电压的有效值为100V

D．若将该交流电压加在阻值R＝100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50W

答案　BD

解析　由题图可知正弦交流电的周期T＝0.04s，则f＝＝25Hz，ω＝2πf＝50πrad/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＝50V，则C错误；

若将该交流电压加在阻值R＝100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为P＝＝W＝50W，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（　　）

图8

A．电流表的示数为10A

B．线圈转动的角速度为50πrad/s

C．0.01s时线圈平面与磁场方向平行

D．0.02s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2Ω，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1A，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4W

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＝Emsinωt，则感应电流i＝＝sinωt，由题给条件有：

1A＝×

，解得Em＝4V，则Im＝2A，I有效＝A，线圈消耗的电功率P＝IR＝4W，选项A错误，选项B正确．i＝Imsinωt＝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（　　）

图10

A．NBSωB.NBSωC．UD．（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10μF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1kΩ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200V；

保险丝的额定电流为有效值，所以I＝＝A≈0.14A.

14．（4分）有一个电子元件，当它两端的电压的瞬时值高于e＝110V时则导电，低于e＝110V时不导电，若把这个电子元件接到有效值为220V、频率为50Hz的正弦交流电的两端，则它在1s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＝50Hz，T＝＝0.02s，得u＝220sin（100πt）V

把u′＝110V代入上述表达式得到

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1s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

220V,50Hz

输出功率

800W

微波频率

2450MHz

输入功率

1250W

（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）5.68A　8.03A

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≈5.68A

输入电流的最大值Imax＝I＝×

5.68A≈8.03A.

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．

答案　

（1）i＝sinωt　

（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＝Imsinωt＝sinωt.

（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＝vmaxsinωt.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