人教版高三物理总复习一轮课时作业10-33 5页

第十章　交变电流　传感器 课时作业33　交变电流的产生及描述 时间：45分钟　　满分：100分 一、选择题(8×8′＝64′)‎ ‎1．下图中不属于交变电流的是 ‎(　　)‎ 图1‎ 解析：根据交变电流的定义，大小和方向都随时间做周期性变化的电流是交变电流，A、B、C图中电流的大小、方向均随时间做周期性变化，是交变电流，D图中电流的方向不变，为直流电．‎ 答案：D ‎2．一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变化的图象如图2甲所示，则下列说法正确的是 ‎(　　)‎ 图2‎ A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大 C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大 D．该线圈相应产生的交流电动势的图象如图2乙所示 答案：B ‎3．一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动．在转动过程中，线框中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是 ‎(　　)‎ A．当磁通量为零时，感应电动势也为零 B．当磁通量减小时，感应电动势也减小 C．当磁通量等于0.5 Φm时，感应电动势等于0.5 Em D．角速度ω等于Em/Φm 答案：D ‎4．如图3所示，处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直．在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合，线圈的cd边离开纸面向外运动．若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是 ‎(　　)‎ 图3‎ 答案：C ‎5．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流电动势e＝220sinωt，则 ‎(　　)‎ A．交流的频率是50 Hz B．交流的有效值是220 V C．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面重合 D．当t＝ s时，e有最大值220 V 答案：BC ‎6．一个边长为‎6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36 Ω.磁感应强度B随时间t的变化关系如图4所示，则线框中感应电流的有效值为 ‎(　　)‎ A.×10－‎5 A　　　　　　 B.×10－‎‎5 A C.×10－‎5 A D.×10－‎‎5 A 图4‎ 解析：由法拉第电磁感应定律和欧姆定律E＝＝S·，I＝＝· 可得0～3 s内，‎ I1＝× A＝2×10－‎‎5 A ‎3 s～5 s内，‎ I2＝× A＝－3×10－‎5 A.‎ 于是可作出i随时间变化的图象如图5所示．‎ 图5‎ 由有效值的定义Q直＝Q交，‎ IRt1＋IRt2＝I2Rt ‎12×10－10 R＋18×10－10R＝5RI2‎ I＝×10－‎5 A，故B选项正确．‎ 答案：B ‎7．正弦交变电源与电阻R、交流电压表、交流电流表按照图6甲所示的方式连接，R＝200 Ω.图乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象，则 ‎(　　)‎ 图6‎ A．交流电压表的读数是311 V B．交流电流表的读数是‎1.1 A C．R两端电压随时间变化的规律是uR＝311cosπt V D．R两端电压随时间变化的规律是uR＝311cos100πt V 解析：由图乙可知，电源输出电压峰值为311 V，有效值为220 V，所以电压表示数为有效值220 V，电流表读数为电流的有效值I＝＝‎1.1 A，A错B对，由图乙可知T＝2×10－2 s，ω＝＝100π，所以R两端电压随时间变化的规律为UR＝311cos100πt V，C错，D对．‎ 答案：BD ‎8．如图7所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，当两板间加上交变电压后，能使电子有可能做往返运动的电压是 ‎(　　)‎ 图7‎ 答案：ABC 二、计算题(3×12′＝36′)‎ ‎9．用均匀导线弯成正方形闭合线框abcd，线框每边长‎10 cm，每边的电阻值为0.1 Ω.把线框放在磁感应强度为B＝0.1 T的匀强磁场中，并使它绕轴O1O2以ω＝100 rad/s的角速度旋转，旋转方向如图9所示(沿O2O1由O2向O1看为顺时针方向)．已知O1、O2两点分别在ad和bc上，轴O1O2在线框平面内，并且垂直于B，O1d＝3O‎1a，O‎2c＝3O2b.‎ ‎ (1)当线框平面转至和B平行的瞬时(如图8所示位置)‎ ‎①每个边产生的感应电动势的大小各是多少？‎ ‎②线框内感应电流的大小是多少？方向如何？‎ 图8‎ ‎(2)求线框由图所示位置旋转的过程中产生的平均电动势的大小；‎ ‎(3)线框旋转一周内产生的热量为多少？‎ 解析：(1)①令L表示正方形线框的边长，R表示其每边的电阻值，则L＝‎0.1 m，R＝0.1 Ω，设此时cd段感应电动势的大小为E1，ab段感应电动势的大小为E2，则 E1＝BLv1＝3BL2ω/4＝0.075 V E2＝BLv2＝BL2ω/4＝0.025 V da段和bc段不切割磁感线，所以它们的电动势都是零 ‎②线框中的感应电动势E＝E1＋E2＝0.1 V线框中的感应电流为I＝E/(4R)＝‎‎0.25 A 根据楞次定律或右手定则，可判断电流方向沿dcbad ‎(2)根据法拉第电磁感应定律，线框由图所示位置旋转的过程中产生的平均电动势的大小，E＝＝＝＝ V＝0.083 V ‎(3)线框旋转一周产生的热量为Q＝()2R总T＝()24R＝2.5π×10－4 J＝7.85×10－4 J 答案：(1)①Ecd＝0.075 V　Eab＝0.025 V　Eda＝Ebc＝0‎ ‎②I＝‎0.25 A　方向沿dcbad　(2)0.083 V　(3)7.85×10－4 J ‎10．如图9所示，矩形线圈abcd在磁感应强度B＝2 T的匀强磁场中绕轴OO′以角速度ω＝10π rad/s匀速转动，线圈共10匝，每匝线圈的电阻值为0.5 Ω，ab＝‎0.3 m，bc＝‎0.6 m，负载电阻R＝45 Ω.求 图9‎ ‎(1)电阻R在0.05 s内发出的热量；‎ ‎(2)电阻R在0.05 s内流过的电荷量(设线圈从垂直中性面开始转动)．‎ 解析：(1)矩形线圈abcd在匀强磁场中旋转产生正弦交变电流，电动势的峰值为Em＝nBSω＝10×2×0.3×0.6×10π＝113.04 V，电流的有效值I＝＝＝‎‎1.60 A Q＝I2Rt＝5.76 J ‎(2)矩形线圈旋转过程中产生的感应电动势的平均值E＝n＝＝＝＝72 V，电流的平均值I＝＝‎1.44 A；0.05 s内电路流过的电荷量q＝It＝‎0.072 C.‎ 答案：(1)5.76 J　(2)‎‎0.072 C ‎11．曾经流行过一种自行车车头灯供电的小型交流发电机，图10甲为其结构示意图．图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点，与ab边平行，它的一端有一半径r0＝‎1.0 cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图10乙所示．当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动．设线框由N＝800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S＝‎20 cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感强度B＝0.010 T，自行车车轮的半径R1＝‎35 cm，小齿轮的半径R2＝‎4.0 cm，大齿轮的半径R3＝‎10.0 cm.现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U＝3.2 V？(假设摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动)‎ 图10‎ 解析：当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交流电动势，旋转线框与摩擦小轮角速度相等，而摩擦小轮又与车轮线速度相等(自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动)，车轮又与小齿轮角速度相等，最终小齿轮与大齿轮边缘的线速度相等，由此得解．‎ 答案：旋转线框产生感应电动势的峰值Em＝NBSω0‎ 式中ω0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度．‎ 发电机两端电压的有效值U＝Em/2‎ 设自行车车轮转动的角速度为ω1，有R1ω1＝r0ω0‎ 小齿轮转动的角速度与自行车车轮转动的角速度相同，均为ω1，设大齿轮转动的角速度为ω，有R3ω＝R2ω1‎ 由以上各式解得ω＝(UR2r0)/(NBSR3R1)‎ 代入数据得ω＝3.2 rad/s.‎