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2019年高中物理 第2章《交變電流與發(fā)電機(jī)》綜合檢測 滬科版選修3-2 一、選擇題(本大題共7個小題，每小題6分，共計(jì)42分，每小題至少一個答案正確，把正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號內(nèi)．) 1．關(guān)于交變電流，下列說法中正確的是(　　) A．在一個周期內(nèi)交變電流的方向改變一次 B．如果交變電流的最大值是5 A，那么交變電流的最小值一定是－5 A C．用交流電流表或電壓表測量交變電流或電壓時，指針來回?cái)[動 D．交流電器設(shè)備上標(biāo)出的電壓或電流都是指有效值 【解析】　交變電流在一個周期內(nèi)方向改變2次故A錯；交流電的最大值指的是一個周期內(nèi)達(dá)到的最大數(shù)值，5 A和－5 A均為最大數(shù)值，負(fù)號表示方向，故B錯；電壓表和電流表測的是交流電的有效值，不會改變，指針不會來回?cái)[動，故C錯；電器設(shè)備上標(biāo)的電壓和電流都是有效值，故D正確． 【答案】　D 2．(xx銅川高二檢測)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢的et圖像如圖1所示，則在時刻(　　) 圖1 A．t1、t3線圈通過中性面 B．t2、t4線圈中磁通量最大 C．t1、t3線圈中磁通量變化率最大 D．t2、t4線圈平面與中性面垂直 【解析】　由圖像可知t1、t3時刻e＝0即為中性面，＝0，故A正確，C錯；t2、t4時刻電動勢最大，最大，但Φ＝0，即為線圈平面垂直于中性面，B錯，D對． 【答案】　AD 3．(xx莆田高二檢測)三個相同的電阻，分別通過如圖2(a)、(b)、(c)所示的交變電流，三個圖中的I0和周期T相同．下列說法中正確的是(　　) (a)　　　　　　(b)　　　　　　(c) 圖2 A．在相同時間內(nèi)三個電阻發(fā)熱量相等 B．在相同時間內(nèi)，(a)、(b)發(fā)熱量相等，是(c)發(fā)熱量的2倍 C．在相同時間內(nèi)(a)、(c)發(fā)熱量相等，是(b)發(fā)熱量的1/2 D．在相同時間內(nèi)，(b)發(fā)熱量最大，(a)次之，(c)的發(fā)熱量最小 【解析】　(a)圖像電流的有效值為I0，(b)圖像電流的有效值為I0，(c)圖像根據(jù)電流有效值的定義有：IR＝I2RT，解得電流有效值I＝I0，根據(jù)焦耳定律相同時間內(nèi)產(chǎn)生熱量之比等于有效值的平方比，Q1∶Q2∶Q3＝1∶2∶1，C正確． 【答案】　C 4．一交變電壓的瞬時值u＝Umsin 100πt(V)，當(dāng)t＝1/600 s時，u＝5 V，則用交流電壓表測電壓時，電壓表上看到的讀數(shù)為(　　) A．5 V　　　　　　　 B．5 V C．10 V D．10 V 【解析】　把時間和相應(yīng)的電壓值代入瞬時值表達(dá)式可得到最大值，即5＝Umsin 100π，由此得Um＝10 V，由公式U＝得U＝10 V．由此可知D正確． 【答案】　D 5．(xx安康中學(xué)高二檢測)一個矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e＝220sin 100πt，則(　　) A．交流電的頻率是100π B．t＝0時，線圈位于中性面 C．交流電的周期是0.02 s D．t＝0.05 s時，e有最大值 【解析】　由瞬時值表達(dá)式知：角速度ω＝100πrad/s，感應(yīng)電動勢是按正弦規(guī)律變化． 所以t＝0時，線圈平面位于中性面． 因ω＝2πf，所以f＝＝＝50 Hz； 由T＝得T＝ s＝0.02 s 當(dāng)t＝0.05 s時，e＝220sin5π＝0 故B、C選項(xiàng)正確． 【答案】　BC 6. 圖3 如圖3所示電路中，電阻R、電感器L、電容器C并聯(lián)接在某一交流電源上，三個相同的交流電流表的示數(shù)相同．若保持電源的電壓不變，而將其頻率增大，則三個電流表的示數(shù)I1、I2、I3的大小關(guān)系是(　　) A．I1＝I2＝I3 B．I1＞I2＞I3 C．I2＞I1＞I3 D．I3＞I1＞I2 【解析】　交流電源頻率增大，電感器的阻礙作用增大，I2變??；電容器的阻礙作用減小，I3增大；電阻對交變電流的阻礙作用與頻率無關(guān)，I1不變．故選項(xiàng)D正確． 【答案】　D 7．如圖4所示，將硬導(dǎo)體線中間一段折成不封閉的正方形，邊長為l，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)體線在a、b兩處通過電刷與外電路連接，外電路有額定功率為P的小燈泡并正常發(fā)光，電路中除燈泡外，其余部分的電阻不計(jì)，則燈泡的電阻應(yīng)為(　　) 圖4 A．(2πl(wèi)2nB)2/P　　　　　 B．2(πl(wèi)2nB)2/P C．(l2nB)2/2P D．(l2nB)2/P 【解析】　設(shè)燈泡的電阻為R，電動勢的最大值為Em＝Bl2ω＝Bl22πn，電動勢的有效值為E＝＝Bl22πn，則電流的有效值I＝，功率P＝I2R，得R＝2(πl(wèi)2nB)2/P. 【答案】　B 二、非選擇題(本大題共5個小題，共58分．計(jì)算題要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位．) 8．(6分)一交變電壓隨時間變化的圖像如圖5所示，則此交流電的頻率是______Hz，若將該電壓加在100 μF的電容器上，則電容器的耐壓值不應(yīng)小于______V；若將該電壓加在一阻值為1 kΩ的純電阻用電器上，用電器恰能正常工作，為避免意外事故的發(fā)生，電路中保險(xiǎn)絲的額定電流不能低于______A. 圖5 【解析】　由圖像可知此交變電壓的周期為T＝0.02 s，故f＝＝ Hz＝50 Hz；在電路中接入電容器，電容器的耐壓值是交變電壓的最大值，應(yīng)為200 V；保險(xiǎn)絲的額定電流是交變電流的有效值，應(yīng)為I＝＝ A＝0.2 A. 【答案】　50　200　0.2 9．(8分)如圖6所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S，電阻為R.線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，線框中感應(yīng)電流的有效值I＝______.線框從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q＝________. 圖6 【解析】　線框中產(chǎn)生的是正弦式交變電流，它的最大值Imax＝，則電流的有效值I＝＝；從中性面轉(zhuǎn)過，ΔΦ＝BS，q＝Δt＝Δt＝Δt＝＝. 【答案】　　 10．(12分)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的電動勢最大值為311 V，其線圈共100匝，在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動的角速度為100π rad/s. (1)從中性面開始計(jì)算，寫出電動勢的瞬時值表達(dá)式； (2)已知此發(fā)電機(jī)與外電路組成閉合電路時，總電阻為100 Ω，求t＝ s時的電流； (3)求線圈中磁通量變化率的最大值． 【解析】　(1)由產(chǎn)生正弦交流電的變化規(guī)律可知，電動勢的瞬時值表達(dá)式為 e＝Emsin ωt＝311sin 100πt V. (2)根據(jù)歐姆定律可得，在t＝ s時的電流為 i＝＝ A＝1.56 A. (3)由法拉第電磁感應(yīng)定律e＝n可得磁通量變化率的最大值()m＝＝3.11 V. 【答案】　(1)e＝311sin 100πt　(2)1.56 A (3)3.11 V 11．(14分)交流發(fā)電機(jī)模型的矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞與磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動．線圈共有n匝，邊長ab＝L1，bc＝L2，線圈的內(nèi)電阻為r，外電阻為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，線圈轉(zhuǎn)動的角速度是ω，如圖7所示．求： 圖7 (1)感應(yīng)電動勢的最大值； (2)轉(zhuǎn)動過程中電流表的讀數(shù)； (3)線圈轉(zhuǎn)動一周，外力做了多少功？ 【解析】　(1)感應(yīng)電動勢的最大值Em＝nBL1L2ω； (2)根據(jù)有效值與最大值的關(guān)系E＝ 得電壓有效值E＝nBL1L2ω 根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝＝； (3)線圈勻速轉(zhuǎn)動，外力做的功等于電路所產(chǎn)生的電能W＝I2(R＋r)T＝. 【答案】　(1)nBL1L2ω　(2)　(3) 12．(18分)(xx南京高二檢測)一個電阻為r、邊長為L的正方形線圈abcd共N匝，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸OO′以如圖8所示的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，外電路電阻為R. 圖8 (1)在圖中標(biāo)出此刻線圈感應(yīng)電流的方向． (2)線圈轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值有多大？ (3)線圈平面與磁感線夾角為60時的感應(yīng)電動勢為多大？ (4)設(shè)發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)帶動，其他能量損失不計(jì)，線圈轉(zhuǎn)一周，柴油機(jī)做多少功？ (5)從圖示位置開始，線圈轉(zhuǎn)過60的過程中通過R的電量是多少？ (6)圖中電流表和電壓表的示數(shù)各是多少？ 【解析】　(1)由右手定則可判定電流的方向沿dcba. (2)Em＝NBSω＝NBωL2. (3)線圈平面與B成60角時的瞬時感應(yīng)電動勢 e＝Emcos60＝NBωL2. (4)電動勢的有效值E＝ 電流的有效值I＝，柴油機(jī)做的功轉(zhuǎn)化為電能，線圈轉(zhuǎn)一周柴油機(jī)做的功 W＝EIt＝t＝＝. (5)因?yàn)镮平均＝＝， 故電量q＝I平均Δt＝＝. (6)電流表顯示干路電流的有效值，則讀數(shù)為I＝＝. 電壓表顯示路端電壓的有效值，則讀數(shù)為U＝IR＝. 【答案】　(1)電流方向沿dcba　(2)Em＝NBωL2 (3)e＝NBωL2　(4)W＝　(5)q＝　(6)I＝　U＝