【三維設(shè)計】2014屆高三物理一輪 課時跟蹤檢測37 交變電流的產(chǎn)生及描述

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1、 課時跟蹤檢測(三十七) 交變電流的產(chǎn)生及描述 高考??碱}型:選擇題+計算題 1.(2012·北京高考)一個小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直流電源上,消耗電功率為P;若把它接在某個正弦交流電源上,其消耗的電功率為。如果電熱器電阻不變,則此交流電源輸出電壓的最大值為(  ) A.5 V         B.5 V C.10 V D.10 V 2.(2012·廣東高考)某小型發(fā)電機產(chǎn)生的交變電動勢為e=50 sin 100πt(V)。對此電動勢,下列表述正確的有(  ) A.最大值是50 V B.頻率是100 Hz C.有效值是25 V D.周期是0.02 s

2、3.(2012·寧波聯(lián)考)如圖1所示電路,電阻R1與電阻R2阻值相同,都為R,和R1并聯(lián)的D為理想二極管(正向電阻可看作零,反向電阻可看作無窮大),在A、B間加一正弦交流電u=20sin(100πt) V,則加在R2上的電壓有效值為(  ) A.10 V B.20 V 圖1 C.15 V D.5 V 4.(2012·全國高考)一臺電風扇的額定電壓為交流220 V。在其正常工作過程中,用交流電流表測得某一段時間內(nèi)的工作電流I隨時間t的變化如圖2所示。這段時間內(nèi)電風扇的用電量為(  ) 圖2 A.3.9×10-2度 B.5.5

3、×10-2度 C.7.8×10-2度 D.11.0×10-2度 5.(2012·福州質(zhì)檢)有一不動的矩形線圈abcd,處于范圍足夠大的可轉(zhuǎn)動的勻強磁場中,如圖3所示。該勻強磁場是由一對磁極N、S產(chǎn)生,磁極以O(shè)O′為軸勻速轉(zhuǎn)動。在t=0時刻,磁場的方向與線圈平行,磁極N開始離開紙面向外轉(zhuǎn)動,規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正,則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時間t變化的圖線是(  ) 圖3 圖4 6.(2012·合肥模擬)一臺發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示,其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極,它們的表面呈半圓柱面形狀。M是圓柱形鐵芯,鐵芯外套有一矩形線圈,線圈繞鐵芯M中心的固定

4、轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場。若從圖示位置開始計時電動勢為正值,圖6中能正確反映線圈中感應(yīng)電動勢e隨時間t變化規(guī)律的是(  ) 圖5 圖6 7.(2012·河南聯(lián)考)一個100匝的矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的電動勢e隨時間t變化的關(guān)系如圖7所示,圖線為正弦曲線,那么(  ) 圖7 A.該交流電的電動勢有效值為220 V B.該交流電的電動勢有效值為110 V C.t=1.5π s時,穿過線圈的磁通量變化率最大 D.穿過線圈的磁通量最大值為2.2 Wb 8.在垂直紙面向里的有界勻強磁場中放置了矩形線圈a

5、bcd。線圈cd邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合。線圈平面與磁場方向垂直。從t=0時刻起,線圈以恒定角速度ω=繞cd邊沿如圖8所示方向轉(zhuǎn)動,規(guī)定線圈中電流沿abcda方向為正方向,則從t=0到t=T時間內(nèi),線圈中的電流i隨時間t變化關(guān)系圖象為(  ) 圖8 圖9 9.(2012·廣東調(diào)研)如圖10所示,圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦交流電的圖象,當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后,所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示,以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法正確的是(  ) A.在圖中t=0時刻穿過線圈的磁

6、通量均為零 圖10 B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2 C.交流電a的瞬時值為u=10 sin(5πt) V D.交流電b的最大值為 V 10.如圖11所示,在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的矩形線圈的周期為T,轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場方向,線圈電阻為2 Ω。從線圈平面與磁場方向平行時開始計時,線圈轉(zhuǎn)過60°時的感應(yīng)電流為1 A。那么(  ) A.線圈消耗的電功率為4 W B.線圈中感應(yīng)電流的有效值為2 A 圖11 C.任意時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為e=4cost D.任意時刻穿過線

7、圈的磁通量為Φ=sint 11.(2013·鄭州模擬)如圖12甲所示,一固定的矩形導體線圈水平放置,線圈的兩端接一只小燈泡,在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場。已知線圈的匝數(shù)n=100 匝,總電阻r=1.0 Ω,所圍成矩形的面積S=0.040 m2,小燈泡的電阻R=9.0 Ω,磁感應(yīng)強度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達式為e=nBmScos t,其中Bm為磁感應(yīng)強度的最大值,T為磁場變化的周期,不計燈絲電阻隨溫度的變化,求: 圖12 (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值; (2)小燈泡消耗的電功率; (3)在磁感應(yīng)強度變化的0~時間

8、內(nèi),通過小燈泡的電荷量。 12.如圖13所示,勻強磁場B=0.1 T,所用矩形線圈的匝數(shù)N=100匝,邊長ab=0.2 m,bc=0.5 m,以角速度ω=100π rad/s繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動。當線圈平面通過中性面時開始計時,試求: (1)線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式。 (2)由t=0至t=過程中的平均電動勢的大小。 圖13 (3)該交變電流的電動勢有效值是多少? 答 案 課時跟蹤檢測(三十七) 交變電流的產(chǎn)生及描述 1.選C 設(shè)該電熱器的電阻為R,題中正弦交流電源輸出電壓的有效值為U,則P/2=U2/R;加直流電時

9、,P=(10 V)2/R;又由最大值Um=U,可解出Um=10 V。故只有選項C正確。 2.選CD 最大值Em=50 V,有效值為E==25 V,頻率為50 Hz,周期為T==0.02 s,所以C、D正確。 3.選D 由二極管的單項導電性可知,若二極管導通,加在R2上的電壓波形為半個周期最大值為20 V,若二極管截止,R1、R2串聯(lián),則R2上的電壓半個周期最大值為10 V。由有效值的定義可得加在R2上的電壓有效值為5 V,選項D正確。 4.選B 根據(jù)電流的變化情況,分段計算求電功,W1=I1Ut1=0.3×220×10×60 J=3.96×104 J,W2=I2Ut2=0.4×220×

10、10×60 J=5.28×104 J,W3=I3Ut3=0.2×220×40×60 J=1.056×105 J,則總功W=W1+W2+W3=1.98×105 J=5.5×10-2度,選項B正確。 5.選C 磁極以O(shè)O′為軸勻速轉(zhuǎn)動可等效為磁場不動線圈向相反方向轉(zhuǎn)動,由右手定則可知,產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為a→b→c→d→a;在t=0時刻,磁場的方向與線圈平行,感應(yīng)電流最大,故選項C正確。 6.選D 由于磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場,線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動過程中,都垂直切割磁感線,所以能正確反映線圈中感應(yīng)電動勢e隨時間t變化規(guī)律的是圖D。 7.選BCD 該交流電的

11、電動勢最大值為220 V,有效值為110 V,選項A錯誤,B正確;由圖線可知,t=1.5π s時,感應(yīng)電動勢最大,由法拉第電磁感應(yīng)定律,穿過線圈的磁通量變化率最大,選項C正確;由圖線可知ω=1 rad/s,由Em=NBSω=220 V可知,穿過線圈的磁通量最大值為Φm=BS=Em/Nω=2.2 Wb,選項D正確。 8.選B 在0~內(nèi),線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,故產(chǎn)生正弦式交流電,由楞次定律知,電流方向為負值;在~T內(nèi),線圈中無感應(yīng)電流;在T時,ab邊垂直切割磁感線,感應(yīng)電流最大,且電流方向為正值,故只有B項正確。 9.選BCD t=0時刻線圈處于中性面位置,穿過線圈的磁通量最大,A錯誤;由

12、題中圖象可知交流電a、b周期之比是2∶3,所以線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2,B正確;交流電a的瞬時值為u=Umsin ωt=10sin(t) V=10sin (5πt) V,C正確;又由Um=nBSω可知Ubm= Uam=×10 V= V,D正確。 10.選AC 線圈轉(zhuǎn)動角速度ω=,線圈平面從與磁場方向平行開始計時,當轉(zhuǎn)過60°時,電流的瞬時值表達式為i=Im cos 60°=1 A?Im=2 A,正弦交變電流有效值I== A,B項錯;線圈消耗的功率P=I2R=4 W,A項正確;由歐姆定律可知,感應(yīng)電動勢最大值Em=ImR=4 V,所以瞬時值表達式為e=4 cost,C項正確;通過線圈的磁通

13、量Φ=Φmsin ωt=Φmsint,由感應(yīng)電動勢的最大值Em=BSω=Φm×?Φm=,解兩式得:Φ=sint=sint,D項錯。 11.解析:(1)由圖象知,線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T=3.14×10-2 s,所以Em=nBmSω==8.0 V。 (2)電流的最大值Im==0.80 A,有效值I== A,小燈泡消耗的電功率P=I2R=2.88 W。 (3)在0~時間內(nèi),電動勢的平均值=, 平均電流==, 流過燈泡的電荷量Q=Δt==4.0×10-3 C。 答案:(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10-3 C 12.解析:(1)感應(yīng)電動勢的瞬時值e=NBSωsin ωt,由題可知: S=a·b= 0.2×0.5 m2=0.1 m2 Em=NBSω=100×0.1×0.1×100π V=314 V, 所以e=314sin 100πt V。 (2)用E=N計算, t=0至t=過程中的平均電動勢 E=N=N= 即 E=NBSω。 代入數(shù)值得E=200 V。 (3)電動勢有效值E= 又Em=NBSω 代入數(shù)據(jù)得E=222 V。 答案:(1)e=314sin 100πt V (2)200 V (3)222 V 6

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