2019年高中物理阶段质量检测（三）交变电流（含解析）鲁科版 8页

交变电流一、单项选择题(本大题共6小题，每小题6分，共36分。在四个选项中，只有一个选项符合题目要求)1．矩形线圈绕垂直于匀强磁场的对称轴做匀速转动，当线圈通过中性面时，则下列判断不正确的是(　　)A．线圈平面与磁场方向垂直B．线圈中的感应电动势的方向将发生变化C．通过线圈的磁通量达到最大值D．通过线圈的磁通量的变化率达到最大值2．某个正弦式交变电流的瞬时值表达式是i＝44sin20tA，与这个表达式相符的交流电的图象是图中的(　　)3．交变电压的瞬时值u＝Umsin100πtV，当t＝s时，u＝5V，则用电压表测电压，电压表上看到的读数为(　　)A．5V　　　　　　　　　B．5VC．10VD．10V4．一正弦式交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知(　　)A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin25tVB．该交流电的频率为50HzC．该交流电的电压的有效值为100VD．若将该交流电压加在阻值为R＝100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50W5.某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图所示的电路，其中A1、A2是两个完全相同的灯泡。已知把开关置于3、4时，电路与交流电源相通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则对该同学所做的操作描述正确的是(　　)nA．当开关置于1、2时，稳定后A1、A2两个灯泡均发光且亮度也相同B．当开关置于1、2时，稳定后A1、A2两个灯泡均发光，但A1比A2亮C．当开关置于3、4时，稳定后若只增加交流电的频率，两个灯泡的亮度将同时变暗D．在开关置于3、4瞬间，A2立即发光，而A1亮度慢慢增大6.如图所示，面积为S的矩形线圈共有N匝，内阻为r，绕OO′轴以角速度ω匀速转动，当从图示位置转过90°的过程中，下列说法正确的是(　　)A．电压表的读数是B．通过电阻R的电荷量是C．外力做功是D．电阻R上产生的焦耳热是二、多项选择题(本大题共3小题，每小题6分，共18分，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)7.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化的图象如图所示，则下列说法正确的是(　　)A．t＝0时刻线圈平面与中性面平行B．t＝0.1s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大C．t＝0.2s时刻，线圈中有最大感应电动势D．t＝0.3s时刻，线圈中有最大感应电流8.如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，n线圈电阻为2Ω。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1A。那么(　　)A．线圈消耗的电功率为4WB．线圈中感应电流的有效值为2AC．任意时刻线圈中的感应电动势为e＝4costD．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝sint9．有一个交变电流，其电压u＝311sin314tV，则(　　)A．用此交变电流作打点计时器的电源，打点周期为0.02sB．可使“220V,100W”的灯泡正常发光，也可使耐压值为220V的电容器正常工作C．用交流电压表测该电压，读数为311VD．使用这个交变电流的用电器，每通过1C电量时，电流做功220J三、非选择题(本大题共3小题，共46分。解答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)10．(14分)一矩形线圈有100匝，面积为50cm2，线圈内阻r＝2Ω，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从线圈平面与磁场平行时开始计时，已知磁感应强度B＝0.5T，线圈的转速n＝1200r/min，外接一用电器，电阻为R＝18Ω，试写出R两端电压瞬时值的表达式。n11．(15分)如图甲所示，AB间为交流电源，电压u＝311·sin100πtV，经过某“过滤”装置P后将图乙所示正弦交流电滤去一半，得到如图丙所示的交流电，求：(1)CD间接打点计时器时打点周期为多大？(2)CD间接有“220V,40W”灯泡时其发光功率为多大？(3)CD间能否连接“220V,20μF”的电容器？n12．(17分)如图甲所示，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＝1.0Ω，所围成矩形的面积S＝0.040m2，小灯泡的电阻R＝9.0Ω，磁场的磁感应强度按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmScost，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期。不计灯丝电阻随温度的变化，求：(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感强度变化的0～的时间内，通过小灯泡的电荷量。n参考答案1．D　2.C　3.C　4.D　5.D　6.C7．BCD　8.AC　9.AD1．解析：选D　知道线圈通过中性面这个特殊位置时各物理量及它们的变化情况：①线圈各边都不切割磁感线，即感应电流等于零；②磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零；③交变电流的方向在中性面的两侧是相反的，每当线框转过中性面时，感应电动势和感应电流方向就改变一次，A、B、C正确，D错误。2．解析：选C　由瞬时值表达式i＝44sin20tA知，Im＝44A，T＝≈0.314s，C正确。3．解析：选C　把时间和相应的电压值代入瞬时值表达式得到最大值Um＝10V，再求出有效值U＝＝10V，电压表测量的是有效值，所以读数为10V，C正确。4．解析：选D　从图中可知，交流电周期T＝4×10－2s，峰值电压Um＝100V，故交流电的频率f＝＝25Hz，有效值U＝＝50V，加在R＝100Ω的电阻上时的热功率P＝＝50W，瞬时值表达式u＝Umsint＝100sin50πtV，A、B、C错误，D正确。5．解析：选D　当开关置于1、2时，电源为直流电，电容器隔直流，A2不亮，A、B错误；当开关置于3、4时，交变电源相连达稳定状态后，若只增加交流电的频率，则L的感抗增大，C的容抗减小，A1变暗，A2变亮，C错误；当开关置于3、4瞬间，由于L产生的自感电动势阻碍电流的变化，也就是只允许电流缓慢增大，故A1中电流逐渐增大，所以其亮度逐渐变亮，D正确。6．解析：选C　由题意可知，周期T＝，线圈转动过程中产生的最大电动势为Em＝NBSω，电动势的有效值为E＝＝NBSω，电压表的读数为UV＝R＝；从图示位置转过90°的过程中，通过电阻的电荷量为q＝·Δt＝·Δt＝Δt＝＝；依据能量守恒，外力做功W为W＝Q＝·＝；电阻R上产生的焦耳热为QR＝2R·＝。综上可知，A、B、D错误，C正确。7．解析：选BCD　矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，若以线圈通过中性面为计时起点，n感应电动势瞬时表达式为e＝Emsinωt，计时开始时，穿过线圈的磁通量为最大值Φm＝BS，e＝0。而图示开始时Φ＝0，但最大，则此时e＝Em，可见磁通量的变化与感应电动势的变化规律存在“互余”关系，A错误，B、C、D正确。8．解析：选AC　从线圈平面平行于磁感线开始计时，正弦式交变电流的感应电动势的一般表达式为e＝Emcosθ，且该式的成立与转轴的位置无关(转轴平行于磁感线的情况除外)，则感应电流i＝＝cosθ，由题给条件有1＝×，Em＝4V，则Im＝2A，I有效＝A，电功率P＝IR＝4W，A正确，B错误；e＝4cosωt＝4cost，C正确；由Em＝BSω＝Φm·得Φm＝，故Φ＝sint，D错误。9．解析：选AD　由电压的表达式u＝311sin314tV知ω＝314rad/s≈100πrad/s,100πrad/s＝2πf，f＝50Hz，所以T＝0.02s，A正确；电压的最大值为311V，有效值为220V，可使“220V,100W”的灯泡正常发光，电容器的耐压220V小于311V，故电容器不能正常工作，B错误；电压表的示数应为有效值220V，C错误；每通过1C电量时，电功W＝IUt＝qU＝220J，D正确。10．解析：线圈转动的角速度ω＝2πn＝40πrad/s产生感应电动势的最大值Em＝NBSω＝10πV线圈感应电动势e＝Emcosωt＝10πcos40πtV故R两端电压u＝e×＝9πcos40πtV答案：u＝9πcos40πtV11．解析：(1)过滤前交流电的周期T＝＝＝0.02s过滤前打点计时器每经0.02s打一次点。过滤后电流变化周期还是0.02s。所以打点计时器的打点周期不变，仍为0.02s。(2)设题图乙所示交流电的有效值为U，有·＝·Tn解得U＝um＝V由P＝知＝解得小灯泡的功率P＝20W(3)过滤后，电压的最大值不变，大小为311V，电容器的电压“220V”是击穿电压，所以不能直接连接在CD间。答案：(1)0.02s　(2)20W　(3)不能12．解析：(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，线圈中产生交变电流的周期为T＝3.14×10－2s，Bm＝1.0×10－2T所以线圈中感应电动势的最大值为Em＝＝8.0V(2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为Im＝＝0.80A通过小灯泡电流的有效值为I＝＝0.40A小灯泡消耗的电功率为P＝I2R＝2.88W(3)在磁感应强度变化的0～的时间内，线圈中感应电动势的平均值＝nS通过灯泡的平均电流＝＝通过灯泡的电荷量q＝Δt＝＝4.0×10－3C答案：(1)8.0V　(2)2.88W　(3)4×10－3C