2017-2018学年套餐之物理沪科版选修3-2讲义第2章交变电流与发电机章末检测卷

章末检测卷(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分)1．如下图所示的四种随时间变化的电流图像，其中属于交变电流的是()答案D解析由图像可知，A、B、C选项电流的大小变化，但电流的方向一直没变，由交变电流、直流电的广义定义知该电流应为直流电．D选项中电流大小和方向都改变，故为交变电流．2．图1甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压是正弦函数的一部分，下列说法错误的是()图1A．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)VC．图乙所示电压的有效值为10eq\r(2)VD．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，eq\f(10\r(2)V2,R)×0.02s＝0.04s×eq\f(U2,R)，解得题图乙所示电压的有效值为10V，选项D正确，C错误．3．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2A．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都不变答案C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减小，电压表V1不变，故选C.4．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3A．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311VD．线框产生的感应电动势频率为100Hz答案B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U＝eq\f(E,\r(2))＝eq\f(311,\r(2))V≈220V，频率f＝eq\f(1,T)＝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．5．某电源输出的电流既有交流成分又有直流成分，而我们只需要稳定的直流，下列设计的电路图中，能最大限度使电阻R2获得稳定直流的是()答案A6.如图4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，即正向电阻为零，反向电阻无穷大．下列说法正确的是()图4A．图示位置电流最大B．R两端电压的有效值U＝eq\f(ω,\r(2))NBSC．交流电流表的示数I＝eq\f(ω,2R)NBSD．一个周期内通过R的电荷量q＝eq\f(2BS,R)答案C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：eq\f(\f(NBSω,\r(2))2,R)eq\f(T,2)＝eq\f(U2,R)T，解得：U＝eq\f(1,2)NBSω，电流的有效值I＝eq\f(U,R)＝eq\f(NBSω,2R)，在一个周期内，只有半周期的时间有电流通过R，故：q＝Neq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(2NBS,R)，故选C.二、多项选择题(本题共4小题，每小题5分，共20分．每题至少有两个选项正确，选对得5分，漏选得2分，错选得0分)7.如图5所示的电路，一灯泡和一可变电容器串联，下列说法正确的是()图5A．a、b端接稳恒直流电，灯泡发亮B．a、b端接交变电流，灯泡发亮C．a、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大D．a、b端接交变电流，灯泡发亮，在不改变交变电流有效值的情况下增大其频率，灯泡亮度增大答案BCD解析电容器有“通交流，隔直流，通高频，阻低频”的特点，B、D项正确，A错误；增大电容器的电容，电容的阻碍作用减小，电流增大，灯泡的亮度增大，C项正确．8．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图6所示，由图可知()图6A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin(25t)VB．该交流电的频率为25HzC．该交流电的电压的有效值为100eq\r(2)VD．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解析由图像可知正弦交流电的周期T＝0.04s，则f＝eq\f(1,T)＝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eq\f(100,\r(2))V＝50eq\r(2)V，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＝eq\f(U2,R)＝eq\f(50\r(2)2,100)W＝50W，则D正确，所以正确答案为B、D.9．如图7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7A．电流表的示数为10AB．线圈转动的角速度为50πrad/sC．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AC10．如图8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8A．NBSωB.eq\f(\r(2),2)NBSωC．UD．(1＋eq\f(r,R))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＋eq\f(Ur,R)＝(1＋eq\f(r,R))U，选项C错误，D正确．三、填空题(本题共2小题，共8分)11.(4分)一交流电压随时间变化的图像如图9所示．若将该电压加在10μF的电容器上，则电容器的耐压值应小于______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9答案2000.14解析电容器的耐压值应小于交流电的最大值，即小于200V；保险丝的额定电流为有效值，所以I＝eq\f(\f(Umax,\r(2)),R)＝eq\f(\f(200,\r(2)),1000)A＝0.14A.12．(4分)有一个电子元件，当它两端的电压的瞬时值高于e＝110eq\r(2)V时则导电，低于e＝110eq\r(2)V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100eq\f(1,75)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u＝220eq\r(2)sinωtV其中ω＝2πf，f＝50Hz，T＝eq\f(1,f)＝0.02s，得u＝220eq\r(2)sin(100πt)V把u′＝110eq\r(2)V代入上述表达式得到t1＝eq\f(1,600)s，t2＝eq\f(5,600)s所以每个周期内的通电时间为Δt＝2(t2－t1)＝eq\f(4,300)s＝eq\f(1,75)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＝2eq\f(t,T)＝100.四、计算题(本题共4小题，共48分)13．(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？输入电流的峰值是多大？答案(1)交流电源(2)5.68A8.03A解析(1)由表数据可知其是交流电源．(2)输入电流有效值I＝eq\f(P,U)＝eq\f(1250,220)A≈5.68A输入电流的峰值Imax＝eq\r(2)I＝eq\r(2)×5.68A≈8.03A.14．(10分)某电路两端交流电压u＝Umaxsin(100πt)，在t＝0.005s时刻，电压u为10V，求接在此电路两端的电压表示数．如将阻值为R的电阻接在此交流电压上时功率为P，而改接在电压为U0的直流电压上时功率为eq\f(P,2)，求U0的值．答案7.07V5V解析根据u＝Umaxsin(100πt)，代入t＝0.005s时的电压值，10V＝Umaxsin(0.5π)，得Umax＝10V而电压表的示数指的是有效值故U＝eq\f(1,\r(2))Umax＝7.07V由功率关系P＝eq\f(U2,R)和eq\f(1,2)P＝eq\f(U\o\al(2,0),R)得所求直流电压的值U0＝eq\f(1,\r(2))U＝eq\f(1,2)Umax＝5V.15．(12分)如图10所示，间距为l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．一电阻为r、质量为m的导体棒放置在导轨上，在外力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10(1)从t＝0到t＝eq\f(2π,ω)时间内电阻R产生的热量；(2)从t＝0到t＝eq\f(π,2ω)时间内外力F所做的功．答案(1)eq\f(πRB2l2v\o\al(2,max),ωR＋r2)(2)eq\f(1,2)mveq\o\al(2,max)＋eq\f(πB2l2v\o\al(2,max),4ωR＋r)解析导体切割磁感线产生的电动势为e＝Blv＝Blvmaxsinωt＝Emaxsinωt可见它是一个正弦交变电流，所以其有效值为E＝eq\f(Emax,\r(2))＝eq\f(Blvmax,\r(2))电流的有效值为I＝eq\f(E,R＋r)(1)时间t＝eq\f(2π,ω)＝T所以这段时间内产生的热量为Q＝I2Rt＝eq\f(πRB2l2v\o\al(2,max),ωR＋r2).(2)t′＝eq\f(π,2ω)＝eq\f(T,4)在四分之一周期内产生的热量为Q′＝I2·(R＋r)·eq\f(T,4)＝eq\f(E2,R＋r2)·(R＋r)·eq\f(π,2ω)＝eq\f(πB2l2v\o\al(2,max),4ωR＋r)由功能关系得：W外＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,max)＋Q′W外＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,max)＋eq\f(πB2l2v\o\al(2,max),4ωR＋r).16．(18分)如图11所示，线圈面积为0.05m2，共100匝，线圈总电阻为1Ω，与外电阻R＝9Ω相连．当线圈在B＝eq\f(2,π)T的匀强磁场中绕OO′以转速n＝300r/min匀速转动时，求：图11(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出电动势的瞬时值表达式；(2)两电表、的示数；(3)线圈转过eq\f(1,60)s时，电动势的瞬时值；(4)线圈转过eq\f(1,30)s的过程中，通过电阻R的电荷量；(5)线圈匀速转一周外力做的功．答案(1)e＝100sin(10πt)V(2)5eq\r(2)A45eq\r(2)V(3)50V(4)eq\f(1,2π)C(5)100J解析(1)因为Emax＝NBSω，ω＝2πn，其中n＝300r/min＝5r/s，代入数据可得ω＝10πrad/s，Emax＝100V若从线圈处于中性面时开始计时，则e＝Emaxsinωt，所以电动势的瞬时值表达式为e＝100sin(10πt)V.(2)两电表的示数为交流电的有效值：I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(Emax,\r(2)R＋r)＝5eq\r(2)A，UR＝IR＝45eq