高三物理总复习顶层设计配餐作业三十一 交流电的产生和描述 含答案.docx

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高三物理总复习顶层设计配餐作业三十一交流电的产生和描述含答案

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高三物理总复习顶层设计配餐作业（三十一）　交流电的产生和描述含答案

______年______月______日

____________________部门

A组·基础巩固题

1．（多选）如图所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子（不计重力），当两板间加上如下图所示的交变电压后，能使电子有可能做往返运动的电压是（　　）

解析　由A图象可知，电子先做加速度减小的加速运动，T时刻速度最大，由T到T做加速度增大的减速运动，T时刻速度为零。

从T到T电子反向做加速度减小的加速运动，T时刻速度最大，由T到T做加速度增大的减速运动，T时刻速度为零，回到原位置，即电子能做往复运动。

同样的方法可得B、C也对。

答案　ABC

2．电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器。

如图甲所示为电吉他的拾音器的原理图，在金属弦的下方放置有一个连接到放大器的螺线管。

一条形磁铁固定在管内，当拨动金属弦后，螺线管内就会产生感应电流，经一系列转化后可将电信号转为声音信号。

若由于金属弦的振动，螺线管内的磁通量Φ随时间t的变化如图乙所示，则螺线管内感应电流i随时间t变化的图象为（　　）

甲

乙

解析　由感应电流公式I＝＝n，感应电流大小与磁通量的变化率有关，在Φ－t图线上各点切线的斜率的绝对值反映感应电流的大小，斜率的正、负号反映电流的方向；根据题图乙，在0～t0时间内，感应电流I的大小先减小到零，然后再逐渐增大，电流的方向改变一次，同理分析t0～2t0时间内，只有选项B符合要求。

答案　B

3．（20xx·南京、盐城模拟）一只电阻分别通过四种不同形式的电源，电流随时间变化的情况如下图所示，在相同时间内电阻产生热量最大的是（　　）

解析　选项A、B中交变电流的频率不同但有效值相同，均为A，选项C为恒定电流，电流为1.5A，选项D为交流，其有效值为2A，综上所述，选项D中的电流有效值最大，产热功率最大，D正确。

答案　D

4．（多选）如图所示，一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，转动周期为T0。

线圈产生的电动势的最大值为Em，则（　　）

A．线圈产生的电动势的有效值为Em

B．线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为

C．线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为Em

D．经过2T0的时间，通过线圈电流的方向改变2次

解析　由交变电流有效值和最大值的关系可知线圈产生的电动势的有效值为Em，选项A错误；由题意知线圈产生的电动势的最大值为Em＝BSω＝BS，故线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值BS＝，选项B正确；线圈转动过程中磁通量变化率的大小等于产生的感应电动势的大小，选项C正确；正弦式交变电流一个周期内电流方向变化两次，经过2T0的时间，通过线圈电流的方向改变4次，选项D错误。

答案　BC

5．（20xx·湖州联考）（多选）如图所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220V、50Hz的交流电源，以下叙述中正确的是（　　）

A．改接220V、100Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变

B．改接220V、100Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮

C．改接220V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变

D．改接220V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗

解析　增加交流电源的频率时，感抗增大，容抗减小，电阻的阻碍不变，故A变亮，B变暗，C不变，故A正确，B错误；改为直流电源时，电容断路，A灯灭，L对直流无阻碍，B灯更亮，电阻R阻碍不变，C灯亮度不变，C正确，D错误。

答案　AC

6．一个U形金属线框在匀强磁场中绕OO′轴以相同的角速度匀速转动，通过导线给同一电阻R供电，如图甲、乙所示。

其中甲图中OO′轴右侧有磁场，乙图中整个空间均有磁场，两磁场磁感应强度相同。

则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为（　　）

A．1∶　　　　　　B．1∶2

C．1∶4D．1∶1

解析　题图甲中只有OO′轴的右侧有磁场，所以线框只在半周期内有感应电流产生，如图1，电流表测的是有效值，所以I＝。

题图乙中的磁场布满整个空间，线框中产生的感应电流如图2，所以I′＝，则I∶I′＝1∶，即A正确。

答案　A

7．如图所示，在xOy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场，第四象限有垂直坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B。

直角扇形导线框半径为L、总电阻为R，在坐标平面内绕坐标原点O以角速度ω匀速转动。

线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流的有效值是（　　）

A.　　　　B.

C．0D.

解析　从图示位置转过90°角的过程中，即在0～时间内，线框中的感应电动势为E＝BL2ω，感应电流沿顺时针方向；在转过90°至180°的过程中，即在～时间内，线框中的感应电动势仍为E＝BL2ω，感应电流沿逆时针方向；在转过180°至270°的过程中，即在～时间内，线框中的感应电动势仍为E＝BL2ω，感应电流沿逆时针方向；在转过270°至360°的过程中，即在～T时间内，线框中的感应电动势仍为E＝BL2ω，感应电流沿顺时针方向，根据有效值的定义知I＝。

答案　B

B组·能力提升题

8.（多选）（20xx·石家庄质检一）如图所示为一含有理想变压器的电路。

交流电源电压恒定，电阻r、R0为定值电阻，R为滑动变阻器。

各电表均为理想电表。

现将滑动变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置。

观察到电流表A1的示数增加量大于电流表A2的示数增加量。

下列说法正确的是（　　）

A．滑动变阻器滑片是向上滑动

B．电压表V2示数始终大于电压表V3示数

C．电压表V1、V2示数不变，V3示数减小

D．理想变压器原线圈的匝数小于副线圈的匝数

解析　由“串反并同”可知，滑动变阻器的阻值应减小，故滑片向下滑动，A错误；由＝得变压器的原线圈匝数小于副线圈的匝数，D正确；由电路连接可知，B正确；电流增大，电阻r两端电压增大，V1、V2、V3示数减小，C错误。

答案　BD

9．（多选）如图所示，某电路上接有保险丝、交流电压表、“220V　900W”的电饭锅及“220V　200W”的抽油烟机。

现接入u＝311sin100πt（V）的交流电，下列说法正确的是（　　）

A．交流电压表的示数为311V

B．1s内流过保险丝的电流方向改变100次

C．电饭锅的热功率是抽油烟机的热功率的4.5倍

D．为保证电路正常工作，保险丝的额定电流不能小于5A

解析　由u＝311sin100πt（V）知，电压最大值Um＝311V，f＝Hz＝50Hz,1s内电流方向改变100次，有效值为U＝＝220V，故选项A错误，B正确；电饭锅的功率为抽油烟机功率的4.5倍，但抽油烟机不是纯电阻元件，其热功率小于200W，故选项C是错误的；电路正常工作时的总功率P＝1100W，有I＝＝A＝5A，故选项D正确。

答案　BD

10．如图所示电路，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（正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大），在A、B间加一正弦交流电u＝20sin100πtV，则加在R2上的电压有效值为（　　）

A．10V　　　　　　　　B．20V

C．15VD．5V

解析　由有效值定义，·＋·＝T，解得U＝5V，选D。

答案　D

11．如图所示，矩形线圈abcd，面积为S，匝数为N，线圈电阻为R，在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度ω匀速转动（P1以ab边为轴，P2以ad边中点与bc边中点的连线为轴），当从线圈平面与磁场方向平行开始计时，线圈转过90°的过程中，绕P1及P2轴转动产生的交流电的电流大小、电荷量及焦耳热分别为I1、q1、Q1及I2、q2、Q2，则下面判断正确的是（　　）

A．线圈绕P1和P2轴转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d

B．q1>q2＝

C．I1＝I2＝

D．Q1

解析　绕P1、P2轴转动时电流的方向相同，电流的方向都是a→d→c→b→a，A错；电荷量q＝，与绕哪个轴转动没有关系，B项错；线圈绕两轴转动时产生的电动势相同，所以电流相同，焦耳热也相同，C对，D错。

答案　C

12.如图所示，一个半径为r的半圆形线圈，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，磁感应强度为B。

M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：

（1）感应电动势的最大值；

（2）从图示位置起转过转的时间内，负载电阻R上产生的热量；

（3）从图示位置起转过转的时间内，通过负载电阻R的电荷量；

（4）电流表的示数。

解析　

（1）线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流。

此交变电动势的最大值为

Em＝BSω＝B··2πn＝π2Bnr2

（2）在线圈从图示位置转过转的时间内，电动势的有效值为

E＝＝

电阻R上产生的热量为

Q＝2R·＝

（3）在线圈从图示位置转过转的时间内，电动势的平均值为＝

通过R的电荷量

q＝·Δt＝＝

（4）设此交变电动势在一个周期内的有效值为E′，由有效值的定义得·＝T，解得E′＝

故电流表的示数为

I＝＝。

答案　

（1）π2Bnr2　

（2）

（3）　（4）

13．如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r＝0.10m、匝数n＝20匝的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图乙所示）。

在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B＝T，线圈的电阻为R1＝0.50Ω，它的引出线接有R2＝9.5Ω的小灯泡。

外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过小灯泡。

当线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示时（摩擦等损耗不计），求：

（1）小灯泡中电流的最大值；

（2）电压表的示数；

（3）t＝0.1s时外力F的大小。

解析　

（1）由题意及法拉第电磁感应定律知道，由于线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势的大小符合正弦曲线变化规律，线圈中的感应电动势的最大值为：

Em＝nBlv＝2πnBrvm。

电路总电阻为R1＋R2，那么小灯泡中电流的最大值为Im＝

＝A＝0.16A。

（2）电压表示数为有效值

U＝＝ImR2＝×0.16×9.5V

＝0.76V≈1.07V。

（3）当t＝0.1s也就是时，外力F的大小为

F＝nB2πrIm＝vm＝0.128N。

答案　

（1）0.16A　

（2）1.07V　

（3）0.128N