高三物理一轮总复习 第10章《交变电流 传感器》1 交变电流的产生和描述课时作业 新人教版.doc

交变电流的产生和描述一、选择题1.(多选)(2016广东联考)某正弦交流电的it图象如图所示，则该电流的()a频率f0.02 hzb有效值i10 ac峰值im10 ad瞬时值表达式i20sin 100t(a)【解析】由题图可知，该交流电的周期为0.02 s，则频率为50 hz，角速度为100，最大值为20 a，则有效值为10 a，瞬时值表达式为：i20sin100t(a)，即bd正确【答案】bd2(2016广东联考)将正弦交流电经过整流器处理后，得到的电流波形刚好去掉了半周，如图所示，它的有效值是()a2 a b. ac. a d1 a【解析】该交变电流通过定值电阻r后，在一个周期内产生的热量为q2rti2rt，解得i1 a，选项d正确【答案】d3在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则()at0.005 s时线圈平面与磁场方向平行bt0.010 s时线圈的磁通量变化率最大c线圈产生的交变电动势频率为100 hzd线圈产生的交变电动势有效值为311 v【解析】t0.005 s时线圈平面与磁场方向平行，感应电动势最大，选项a正确；t0.010 s时线圈的磁通量最大，变化率最小，选项b错误；线圈产生的交变电动势周期0.02 s，频率为50 hz，选项c错误；线圈产生的交变电动势最大值为311 v，选项d错误【答案】a4交流发电机在工作时产生的电压的表达式为uumsint，保持其他条件不变，使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时电压的变化规律变为()a4umsint b4umsin2tc2umsint dumsint【解析】线圈的转速和匝数同时增加一倍，则um增加到原来的4倍，线圈的转速增加一倍，则为原来的2倍，故电压的变化规律变为4umsin2t，选项b正确【答案】b5(多选)如图所示，发电机内部线圈处于磁铁和圆柱形铁芯之间的径向磁场中，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()anbs b.nbscu d.u【解析】根据题述线圈处于磁铁和圆柱形铁芯之间的径向磁场中，当线圈以角速度匀速转动时，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为nbs，故选项a正确，b错误；由闭合电路的欧姆定律可得euru，故选项c错误，d正确【答案】ad6.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u20sin(100t) v，则加在r2上的电压有效值为()a10 v b20 vc15 v d5 v【解析】由二极管的单项导电性可知，若二极管导通，加在r2上的电压波形为半个周期最大值为20 v，若二极管截止，r1、r2串联，则r2上的电压半个周期最大值为10 v由有效值的定义可得加在r2上的电压有效值为5 v，选项d正确【答案】d7.如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴p1和p2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时，下列说法正确的是()a线圈绕p1转动时的电流等于绕p2转动时的电流b线圈绕p1转动时的电动势小于绕p2转动时的电动势c线圈绕p1和p2转动时电流的方向相同，都是abcdd线圈绕p1转动时dc边受到的安培力大于绕p2转动时dc边受到的安培力【解析】由法拉第电磁感应定律知，线圈绕轴p1、p2转动到题述位置时的电动势均为ebs，电流均为i，故a正确，b错误；由右手定则知，此时感应电流的方向为adcba，故c错误；由fbil，可知两种情况下dc边所受安培力相等，所以d错误【答案】a8风速仪的简易装置如图甲所示在风力作用下，风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动，线圈中的感应电流随风速的变化而变化风速为v1时，测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示；若风速变为v2，且v2v1，则感应电流的峰值im和周期t的变化情况是()aim变大，t变小 bim变大，t不变cim变小，t变小 dim不变，t变大【解析】由于线圈和永磁铁不变，风速增大时，转速增大，磁感应强度的变化率增大，故感应电动势增大，感应电流增大；转速增大，周期变小，故a正确【答案】a9.如图所示为发电机结构示意图，其中n、s是永久磁铁的两个磁极，其表面呈半圆柱面状m是圆柱形铁芯，它与磁极柱面共轴，铁芯上绕有矩形线框，可绕与铁芯共轴的固定轴转动磁极与铁芯间的磁场均匀辐射分布从图示位置开始计时，当线框匀速转动时，图中能正确反映线框感应电动势e随时间t的变化规律的是()【解析】矩形线框在均匀辐向磁场中转动，v始终与b垂直，由eblv知e大小不变，方向周期性变化【答案】d10传统的自行车发电机内部电路如图甲所示，驱动轴一端与自行车车轮相连，另一端连接条形永久磁铁，车轮转动过程中，驱动轴带动磁铁在c形软铁芯之间匀速转动，发电机线圈两端产生的交变电压波形如图乙所示已知波形图中正负尖峰电压分别为um和um，两个相邻正负尖峰电压所对应的时间差为t，发电机线圈匝数为n.下列判断正确的是()a驱动轴转动的角速度2/tb线圈电压的有效值uum/2c穿过线圈磁通量变化率的最大值kmum/nd相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值uum/2【解析】已知两相邻正负尖峰电压对应时间差为t，可得交变电流的周期t2t，驱动轴转动的角速度2/(2t)/t，a错误；交变电流不是按正弦规律变化的，电压最大值与有效值的关系不是umu，b错误；由法拉第电磁感应定律得，感应电动势与磁通量变化率成正比，umnkm，穿过线圈磁通量变化率的最大值kmum/n，c正确；相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值为un/2t，线圈转过一个完整周期，磁通量变化量为0，电压平均值为0，d错误【答案】c11.在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd.线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合线圈平面与磁场方向垂直从t0时刻起，线圈以恒定角速度绕cd边沿如图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t0到tt时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图象为()【解析】在0内，线圈在匀强磁场中匀速转动，故产生正弦式交流电，由楞次定律知，电流方向为负值，在t内，线圈中无感应电流；在t时，ab边垂直切割磁感线，感应电流最大，且电流方向为正值，故只有b项正确【答案】b二、非选择题12.如图所示，n50匝的矩形线圈abcd，边长ab20 cm，bc25 cm，放在磁感应强度b0.4 t的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈的中轴线oo匀速转动，转动角速度50 rad/s，线圈的总电阻r1 ，外电路电阻r9 .试求：(1)线圈在图示位置(线圈平面与磁感线平行)时感应电动势的大小；(2)1 min时间内电阻r上产生的热量q.【解析】(1)线圈在图示位置产生的感应电动势最大，emnbsnbabbc，代入数值得em50 v.(2)线圈中产生正弦式电流，有效值i.在1 min内r上产生的电热qi2rtrt6.75103 j.【答案】(1)50 v(2)6.75103 j13电压u120sintv，频率为50 hz的交变电流，把它加在激发电压和熄灭电压均为u060 v的霓虹灯的两端(1)求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？(2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？(已知人眼的视觉暂留时间约为 s)【解析】(1)如图所示，画出一个周期内交变电流的ut图象，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1.当uu060 v时，由u120sintv求得：t1 s再由对称性知一个周期内能发光的时间：tt4t1 s4 s s再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为：t s2 400 s.(2)很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间间隔只有 s(如图中t2t3那段时间)，由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为 s远大于 s，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉【答案】(1)2 400 s(2)见解析14.(2016江苏调研)如图所示，面积s0.5 m2，匝数n100匝，内阻r2.0 的矩形线圈放在磁感应强度b0.02 t的匀强磁场中，使它绕垂直于磁场的oo轴以角速度100 rad/s匀速转动，线圈通过电刷与一个阻值r20 的电阻连接，为交流电压表求：(1)电阻r上的发热功率；(2)线圈从图示位置转过90的过程中，电阻r中通过的电荷量；(3)线圈从图示位置转过60时，交流电压表v的读数【解析】(1)由题意知，交变电流电动势的最大值为emnbs1000.020.