【全程复习方略】（安徽专用）高中物理 第十一章 第1讲 交变电流的产生和描述课时提升作业 新人教版.doc

第十一章 第1讲 交变电流的产生和描述 (40分钟 100分)一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。每小题只有一个答案正确)1.(2013芜湖模拟)一矩形线圈绕垂直于匀强磁场方向、并位于线圈平面内的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化情况如图所示,则()a.t1时刻穿过线圈的磁通量最大b.t2时刻穿过线圈的磁通量为零c.t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零d.t4时刻穿过线圈的磁通量变化率为零2.(2013西安模拟)交流发电机在工作时的电动势为e=e0sint,若将其电枢的转速提高1倍,其他条件不变,则其电动势变为()a.e0sint2b.2e0sint2c.e0sin2td.2e0sin2t3.处在匀强磁场中的矩形线圈abcd以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向平行于纸面并与ab垂直。在t=0时刻,线圈平面与纸面重合(如图),线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由abcda方向的感应电流为正,则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图线是()4.(2013青岛模拟)一交流电压为u=1002sin100tv,由此表达式可知()a.用电压表测该电压,其示数为1002vb.该交流电压的周期为0.02sc.将该电压加在“100v100w”的灯泡两端,灯泡的实际功率小于100wd.t=1400s时,该交流电压的瞬时值为50v5.(2013宿州模拟)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=202sin(100t)v,则加在r2上的电压有效值为()a.10vb.20vc.15vd.510v6.(2013太原模拟)如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像,当调整线圈转速后,所产生的正弦交流电的图像如图线b所示,以下关于这两个正弦交流电的说法错误的是()a.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零b.线圈先后两次转速之比为32c.交流电a的瞬时值为u=10sin5tvd.交流电b的最大值为203v7.如图甲、乙分别表示两种电压的波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化。下列说法正确的是()a.图甲表示交流电,图乙表示直流电b.两种电压的周期相等c.两种电压的有效值相等d.图乙所示电压的瞬时值表达式为u=311sin100tv8.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示,则下列说法正确的是()a.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直b.t=0.01s时刻,的变化率最大c.t=0.02s时刻,交流电动势达到最大d.该线圈产生的交流电动势的图像如图乙所示9.如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为t,转轴o1o2垂直于磁场方向,线圈电阻为2。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60时的感应电流为1a。那么下列说法正确的是()a.线圈消耗的电功率为8wb.线圈中感应电流的有效值为2ac.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4cos2ttd.任意时刻穿过线圈的磁通量为=tsin2tt10.(能力挑战题)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0,现外接一只电阻为95.0的灯泡,如图乙所示。则下列说法正确的是()a.电压表v的示数为220vb.电路中的电流方向每秒钟改变50次c.灯泡实际消耗的功率为484wd.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2j二、计算题(本大题共2小题,共30分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)11.(12分)一个交流发电机矩形线圈abcd共50匝,ab=0.2m,bc=0.1m,总电阻r=10,它在b=0.5t的匀强磁场中从磁通量最大位置开始以100r/s的转速匀速转动。外电路接有r=40的电阻。当线圈转过14周期时,求外电阻r上产生的焦耳热q。12.(2012安徽高考)(18分)图甲是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为b的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴oo转动,由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕oo转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻r形成闭合电路。图乙是线圈的主视图,导线ab和cd分别用它们的横截面来表示。已知ab长度为l1,bc长度为l2,线圈以恒定角速度逆时针转动。(只考虑单匝线圈)(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式。(2)线圈平面处于与中性面成0夹角位置时开始计时,如图丙所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式。(3)若线圈电阻为r,求线圈每转动一周电阻r上产生的焦耳热。(其他电阻均不计)答案解析1.【解析】选d。t1时刻穿过线圈的磁通量为零,感应电动势最大;t2时刻穿过线圈的磁通量最大,感应电动势为零;t3时刻穿过线圈的磁通量变化率最大,感应电动势最大;t4时刻穿过线圈的磁通量变化率为零,感应电动势为零,选项d正确。2.【解析】选d。转速提高1倍,也就是角速度变为2,由e=nbssint得选项d对。3.【解析】选c。分析交变电流的图像问题应注意图线上某一时刻对应的线圈在磁场中的位置,将图线描述的变化过程对应到线圈所处的具体位置是分析的关键,线圈在图示位置时磁通量为零,但感应电流为最大值;再由楞次定律可判断线圈在转过90的过程中,感应电流为正,故选项c正确。4.【解析】选b。电压有效值为100v,故用电压表测该电压,其示数为100v,a项错;=100rad/s,则周期t=2=0.02s,b项正确;该电压加在“100v100w”的灯泡两端,灯泡恰好正常工作,c项错;t=1400s代入瞬时值表达式得电压的瞬时值为100v,d项错。5.【解析】选d。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202v,若二极管截止,r1、r2串联,则r2上的电压为半个周期最大值为102v。由有效值的定义可得加在r2上的电压有效值为510v,选项d正确。6.【解析】选a。由题图可知t=0时刻感应电动势为零,穿过线圈的磁通量最大,选项a错误;由题图可知ta=0.4s,tb=0.6s,线圈先后两次转速之比nanb=tbta=32,选项b正确;交流电a的瞬时值为u=umsin(2tat),得u=10sin5t(v),选项c正确;感应电动势最大值um=nbs=nbs(2t),所以umaumb=tbta,交流电b的最大值为203v,选项d正确。【总结提升】根据交变电流的图像可以确定的量(1)电流最大值;(2)周期t和频率f;(3)不同时刻交流电的瞬时值;(4)线圈处于中性面和电流最大值对应的时刻;(5)任意时刻线圈的位置和磁场的夹角。7.【解析】选b。因图像的纵坐标上电压的正负表示电压的方向,因此两图均为交流电,a错;两图像的周期都是210-2s,故b对;对于正弦交流电才有u有效=um2,虽然两图的峰值相同,但图乙非正弦(余弦)交流电,不适用上式有效值的求法,故c错;图乙不是正弦交流电,故其瞬时电压表达式不能表示为u=311sin100tv,d错误。8.【解析】选b。由-t图知,t=0时,最大,即线圈处于中性面位置,此时e=0,故a、d两项错误;由图知t=0.04s,在t=0.01s时,=0,t最大,e最大,则b项正确;在t=0.02s时,最大,t=0,e=0,则c项错误。【变式备选】矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中,线框输出的交流电压随时间变化的图像如图所示,下列说法中正确的是()a.交流电压的有效值为362vb.交流电压的最大值为362v,频率为0.25hzc.2s末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量变化最快d.1s末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量变化最快9.【解题指南】解答本题应注意以下三点:(1)线圈从平行于磁场开始计时,其瞬时值表达式为余弦函数;(2)利用瞬时值表达式求出电动势的最大值、有效值;(3)利用磁通量的定义计算磁通量的表达式。【解析】选c。由于线圈从垂直于中性面启动,则瞬时值表达式可记为e=emcos,代入数据可知2=emcos60,得最大值em=4v,即有效值e=22v以及i=er=2a,功率为p=e2r=4w,瞬时值表达式为e=4cos2tt。故c正确,a、b错误。再由em=nbs,则任意时刻穿过线圈的磁通量为=bssin=emnsin=4n2tsin=2tnsin2tt,可知d错误。10.【解析】选d。电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由图像知电动势的最大值em=2202v,有效值e=220v,灯泡两端电压u=rer+r=209v,a错;由图像知t=0.02s,一个周期内电流方向改变两次,可知1s内电流方向改变100次,b错;灯泡消耗的实际功率p=u2r=209295.0w=459.8w,c错;电流的有效值i=er+r=2.2a,发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为q=i2rt=2.225.01j=24.2j,d对。11.【解析】线圈转动的过程中产生的感应电动势的最大值为em=nbs=500.50.20.1200v=314v(3分)有效值为e=em2222v(3分)由欧姆定律可知,通过r的电流i=er+r=4.44a(3分)t=14t=141n=2.510-3s在r上产生的焦耳热为q=i2rt=1.97j。(3分)答案：1.97j12.【解题指南】解答本题时要注意以下三点:(1)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时,感应电动势的瞬时值表达式与开始计时的时刻有关。(2)线圈的总电动势等于每段导线切割磁感线产生的感应电动势的和,且回路符合欧姆定律。(3)计算焦耳热时要用到电流的有效值。【解析】(1)t时刻线圈平面与中性面的夹角为t,设ab距oo轴为r1,cd距oo轴为r2,则有:eab=bl1r1sint(2分)ecd=bl1r2sint(2分)线圈中的感应电动势为:e1=eab+ecd=bl1l2sint(