2011高考物理一轮复习成套课时练习 第十章第一单元交变电流的产生及描述课时作业 选修3-2

选修选修 3 23 2 第十章第十章 第第 1 1 单元单元 交变电流的产生及描述交变电流的产生及描述 课时作业课时作业 命 题 设 计 难度 题号 目标 较易中等稍难 交变电流的 产生 2 4 79 10 单一 目标描述交变电 流的物理量 1 3 56 8 综合 目标 交变电流的 产生和描述 1112 一 选择题 本题共 10 小题 每小题 7 分 共 70 分 在每小题给出的四个选项中 只 有一项是符合题目要求的 1 一正弦式电流的电压随时间变化的规律如图 1 所示 由图可知 图 1 A 该交变电流的电压瞬时值的表达式为u 100sin 25t V B 该交变电流的频率为 50 Hz C 该交变电流的电压的有效值为 100 V 2 D 若将该交流电压加在阻值为R 100 的电阻两端 则电阻消耗的功率是 50 W 解析 从图中可知 交变电流周期T 4 10 2 s 峰值电压Um 100 V 故交变电流 的频率f 25 Hz 有效值U 50 V 加在R 100 的电阻上时的热功率 1 T Um 22 P 50 W 瞬时值表达式u Umsint 100sin 50 t V 故正确选项为 D U2 R 2 T 答案 D 2 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动 产生的交流电动势的最大 值为Em 设t 0 时线圈平面与磁场平行 当线圈的匝数增加一倍 转速也增大一倍 其他条件不变时 交变电流的电动势表达式为 A e 2Emsin2 t B e 4Emsin2 t C e Emcos2 t D e 4Emcos2 t 解析 产生电动势的最大值Em NBS 2n n为转速 当N 2N n 2n时 2 Em 4Em 所以交变电流的电动势的表达式为e 4Emcos2 t D 项正确 答案 D 3 2008 山东高考 图 2 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 图 2 A 图甲表示交变电流 图乙表示直流电 B 两种电压的有效值相等 C 图甲所示电压的瞬时值表达式为U 311sin100 t V D 图甲所示电压经匝数比为 10 1 的变压器变压后 频率变为原来的 1 10 解析 由图象的纵坐标知 电压的正 负分别表示电压的方向 因此两图均为交变电 流 A 错 对于正弦式电流才有U有效 虽然两图的最大值相同 但图乙所示的非 Um 2 正弦 余弦 式电流不适用上式 故 B 错 正弦式电流瞬时值表达式为u Umsin t 由图象可知Um 311 V T 2 10 2 s 可得 100 代入上式得 2 T u 311sin100 t V 故 C 对 由变压器原理可知变压器只能根据匝数比改变电压和电 流 它不会改变交变电流的周期和频率 故 D 错 答案 C 4 如图 3 所示 单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁 场中 线圈轴线OO 与磁场边界重合 线圈按图示方向匀速转 动 t 0 时刻线圈平面与磁场方向垂直 规定电流方向沿abcda 为正方向 则线圈内感应电流随时间变化的图象是图 4 中的 图 4 解析 由楞次定律可知前半个周期感应电流沿adcba方向 后半个周期沿abcda的方 向 因线圈绕垂直磁场的轴匀速转动 所以产生正弦式电流 A 正确 答案 A 5 2010 亳州模拟 如图 5 所示 图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流 与时间的变化关系 若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻 则经过 1 min 的 时间 两电阻消耗的电功之比W甲 W乙为 图 5 A 1 B 1 2 2 C 1 3 D 1 6 解析 电功的计算 I要用有效值计算 图甲中 由有效值的定义得 1 2 2R 2 10 2 0 2R 2 10 2 I12R 6 10 2 得I1 A 图乙中 I的值不 1 2 3 3 变I2 1 A 由W UIt I2Rt可以得到W甲 W乙 1 3 C 正确 答案 C 6 在两块金属板上加上交变电压u Umsint 当t 0 时 板间有一个电子正好处于 2 T 静止状态 下面关于电子以后的运动情况的判断正确的是 A t T时 电子回到原出发点 B 电子做往复直线运动 C t 时 电子将有最大速度 T 2 D t 时 电子的位移最大 T 2 解析 t 0 时 电子不受力 此时两极板间电压为零 此后电压开始增大 t 时 T 4 达到最大 此过程中电子沿电场方向做加速度增大的加速运动 速度增大 这段 T 4 T 2 时间内 两极板间电压减小 但电场方向不变 所以电子在这段时间内仍沿原方向做 加速度减小的加速运动 速度继续增大 后电场变向 电子开始减速 但运动方向不 T 2 变 直至T时刻速度减为零 故在 时电子有最大速度 因电子的速度方向不变 即 T 2 随时间的增长 位移增大 综上所述 C 正确 A B D 错误 答案 C 7 如图 6 甲所示 一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO 以恒定 的角速度 转动 从线圈平面与磁场方向平行时开始计时 线圈中产生的交变电流 按照图乙所示的余弦规律变化 在t 时刻 2 图 6 A 线圈中的电流最大 B 穿过线圈的磁通量最大 C 线圈所受的安培力最大 D 穿过线圈磁通量的变化率最大 解析 注意线圈转动过程中通过两个特殊位置 平行于磁感线和垂直于磁感线 时的特 点 磁通量 磁通量的变化 磁通量的变化率不同 t 线圈转过 90 本 2 T 4 题应选 B 答案 B 8 通有电流i Imsin t的长直导线OO 与断开的圆形导线圈在同一平面内 如图 7 所示 设电流由O至O 为正 为使A端的电势高于B端的电势且UAB减小 交变电 流必须处于每个周期的 图 7 A 第一个 周期 B 第二个 周期 1 4 1 4 C 第三个 周期 D 第四个 周期 1 4 1 4 解析 由E 可知 要E减小 即要减小 题中要求 A B 由楞次 t i t i t 定律知 只有在第一个 周期才符合要求 A 项正确 1 4 答案 A 图 8 9 如图 8 所示 单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强 磁场中 以恒定的角速度 绕ab边转动 磁场方向垂直 于纸面向里 线圈所围面积为S 线圈导线的总电阻为 R t 0 时刻线圈平面与纸面重合 且cd边正在向纸面外 转动 则 A 线圈中电流t时刻瞬时值表达式为i cos t BS R B 线圈中电流的有效值为I BS R C 线圈中电流的有效值为I 2BS R D 线圈消耗的电功率为P BS 2 2R 解析 回路中感应电动势最大值Em BS 电流最大值Im t 0 时为 Em R BS R 中性面 故瞬时值表达式i sin t 电流有效值I P I2R BS R Im 2 2BS 2R 故 A B C 错误 D 正确 B2 2S2 2R 答案 D 10 将硬导线中间一段折成不封闭的正方形 每边长为l 它在磁感应强度为B 方向 如图 9 所示的匀强磁场中匀速转动 转速为n 导线在a b两处通过电刷与外电路 连接 外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光 电路中除灯泡外 其余部分 的电阻不计 灯泡的电阻应为 A B 2 l2nB 2 P 2 l2nB 2 P C D l2nB 2 2P l2nB 2 P 解析 单匝正方形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 将产生正弦式电流 则电动 势的最大值Em Bl2 2 nBl2 其有效值E 计算小灯泡的额定功率 Em 2 2 nBl2 2 P要用其有效值 即P E2 R R 故只有 B 选项正确 E2 P 2 Bnl2 2 P 答案 B 二 计算题 本题共 2 小题 共 30 分 解答时应写出必要的文字说明 方程式和演算步 骤 有数值计算的要注明单位 11 15 分 图 10 甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图 其矩形线圈在匀强磁 场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO 匀速转动 线圈的匝数n 100 匝 电阻r 10 线圈的两端经集流环与电阻R连接 电阻R 90 与R并联的交流电压表为 图图 9 理想电表 在t 0 时刻 线圈平面与磁场方向平行 穿过每匝线圈的磁通量 随 时间t按图 10 乙所示正弦规律变化 求 图 10 1 交流发电机产生的电动势的最大值 2 电路中交流电压表的示数 解析 1 交流发电机产生的电动势的最大值 Em nBS 而 m BS 所以Em 2 T 2n m T 由 t图线可知 m 2 0 10 2 Wb T 6 28 10 2 s 所以Em 200 V 2 电动势的有效值E Em 100 V 2 22 由闭合电路的欧姆定律 电路中电流的有效值为 I A E R r2 交流电压表的示数为 U IR 90 V 127 V 2 答案 1 200 V 2 127 V 12 15 分 2010 芜湖模拟 如图 11 甲所示 一固定的矩形导体线圈水平放置 线圈 的两端接一只小灯泡 在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁 场 已知线圈的匝数n 100 匝 电阻r 1 0 所围成矩形的面积S 0 040 m2 小灯泡的电阻R 9 0 磁场的磁感应强度按如图 11 乙所示的规律变化 线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e nBmScos t 其中Bm为磁感 2 T 2 T 应强度的最大值 T为磁场变化的周期 不计灯丝电阻随温度的变化 求 图 11 1 线圈中产生的感应电动势的最大值 2 小灯泡消耗的电功率 3 在磁感应强度变化的 0 的时间内 通过小灯泡的电荷量 T 4 解析 1 由图象知 线圈中产生的交变电流的周期T 3 14 10 2s 所以