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 版权申诉  doc 2019-2020年高中物理阶段验收评估三交变电流鲁科版 一、选择题(共8小题,每小题6分,共48分,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求,全都选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 1.小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO′,线圈绕OO′匀速转动,如图1所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压(  ) 图1 A.峰值是e0       B.峰值是2e0 C.有效值是Ne0 D.有效值是Ne0 解析:选D 发电机输出电压峰值是2Ne0,A、B错误;有效值是·2Ne0=Ne0,C错误,D正确。 2.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2甲所示,产生的交变电动势的图像如乙所示,则(  ) 图2 A.t=0.005 s时线框的磁通量变化率为零 B.t=0.01 s时线框平面与中性面重合 C.线框产生的交变电动势有效值为311 V D.线框产生的交变电动势频率为100 Hz 解析:选B t =0.005 s 时感应电动势最大,线框的磁通量变化率也最大,A错误。t =0.01 s 时感应电动势为零,穿过线框磁通量最大,线框平面与中性面重合,B正确。感应电动势的最大值为 311 V,有效值则为 V,C 错误。所产生电动势的周期为 0.02 s,频率等于周期的倒数,为50 Hz,D错误。 3.三个相同的电阻,分别通过如图3甲、乙、丙所示的交变电流,三个图中的I0和周期T相同。下列说法中正确的是(  ) 图3 A.在相同时间内三个电阻发热量相等 B.在相同时间内,甲、乙发热量相等,是丙发热量的2倍 C.在相同时间内,甲、丙发热量相等,是乙发热量的 D.在相同时间内,乙发热量最大,甲次之,丙的发热量最小 解析:选C 甲图像电流的有效值为I0,乙图像电流的有效值为I0,丙图像根据电流有效值的定义有:I02R=I2RT,解得电流有效值I=I0,根据焦耳定律相同时间内产生的热量之比等于电流有效值的平方比,Q1∶Q2∶Q3=1∶2∶1,C对。 4.在匀强磁场中,一电阻为R的单匝矩形金属线框绕与磁感线垂直的轴匀速转动,如图4所示,某时刻线框平面与磁感线垂直,穿过线框的磁通量为Φ。当线框再转过60°时,回路电流瞬时值为I,则线框转动的周期是(  ) 图4 A. B. C. D. 解析:选D 由题意可知Em=Ф,瞬时值e=Emsinωt,故i=sin ωt,当ωt=60°时,i=I,解得T=,选项D正确。 5.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生交流电的图像如图5所示,由图可以知道(  ) 图5 A.0.01 s时刻线圈处于中性面位置 B.该交变电流有效值为0.2 A C.0.01 s时刻穿过线圈的磁通量为零 D.将该交变电流频率增大时,则接入电路中的电感线圈的感抗和电容器的容抗都 增大 解析:选C 由题图可知0.01 s时刻,感应电流最大,线圈产生的感应电动势最大,线圈与磁感线平行,即与中性面垂直,穿过线圈的磁通量为零,A错,C对。由正弦交变电流有效值与最大值的关系得I== A=4.45 A,B错。该交变电流频率增大时,电感线圈的感抗增大,电容器的容抗减小,D错。 6.矩形线圈的匝数为50,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图6所示,下列结论正确的是(  ) 图6 A.在t=0.1 s和t=0.3 s时,电动势最大 B.在t=0.2 s和t=0.4 s时,电动势改变方向 C.电动势的最大值是157 V D.在t=0.4 s时,磁通量的变化率最大,其值为3.14 Wb/s 解析:选CD 在t=0.1 s和t=0.3 s时,Φ最大,但磁通量的变化率为0,故电动势为0,选项A错误;在t=0.2 s和t=0.4 s时,Φ=0,磁通量的变化率最大,电动势的方向不变,选项B错误;根据ω=得ω=5π rad/s,根据Em=NΦmω得Em=157 V,选项C正确;在t=0.4 s时,磁通量为0,磁通量的变化率最大,m=Φ mω,其值为3.14 Wb/s,选项D正确。 7.如图7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,线圈电阻为2 Ω。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1 A。那么(  ) 图7 A.线圈消耗的电功率为4 W B.线圈中感应电流的有效值为2 A C.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4cost D.任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=sint 解析:选AC 线圈转动角速度ω=,从线圈平面与磁场方向平行开始计时,当转过60°时,电流的瞬时值表达式为i=Im cos 60°=1 A⇒Im=2 A,正弦式交变电流有效值I== A,B项错;线圈消耗的电功率P=I2R=4 W,A项正确;由欧姆定律可知,感应电动势最大值Em=ImR=4 V,所以瞬时值表达式为e=4 cost,C项正确;通过线圈的磁通量Φ=Φmsin ωt=Φmsint,由感应电动势的最大值Em=BSω=Φm×⇒Φm=,解两式得:Φ=sint=sint,D项错。 8.如图8所示,边长为L=0.2 m的正方形线圈abcd,其匝数为n=10匝,总电阻为r=2 Ω,外电路的电阻为R=8 Ω,ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上,磁场的磁感应强度B=1 T,若线圈从图示位置开始,以角速度ω=2 rad/s绕OO′轴匀速转动,则以下判断中正确的是(  ) 图8 A.在t=s时刻,磁场穿过线圈的磁通量为零,但此时磁通量随时间变化最快 B.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式e=0.8sin 2t V  C.从t=0时刻到t=s时刻,电阻R上产生的热量为Q=3.2π×10-4 J D.从t=0时刻到t=s时刻,通过R的电荷量q=0.02 C 解析:选AD 线圈在磁场中转动,Em=nBSω=0.4 V,选项B错误;当t=s时,线圈平面与磁场方向平行,穿过线圈的磁通量为零,磁通量随时间变化最快,选项A正确;QR=I2Rt=2Rt=1.6π×10-3 J,选项C错误;q=n=0.02 C,选项D正确。 二、计算题(共3小题,共52分。解答时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) 9.(16分)如图9甲所示,AB间为交流电源,电压u=311sin 100πt V,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: 图9 (1)CD间接打点计时器时打点周期为多大? (2)CD间接有“220 V,40 W”灯泡时其发光功率为多大? (3)CD间能否连接“220 V,20 μF”的电容器? 解析:(1)过滤前交流电的周期 T===0.02 s。 过滤前打点计时器每经0.02 s打一次点。 过滤后电流变化周期还是0.02 s。 所以打点计时器的打点周期不变,仍为0.02 s。 (2)设题图丙所示交流电的有效值为U,有 ·=·T U=Um= V。 由P=知=, 得此时小灯泡的功率P=20 W。 (3)过滤后,电压的最大值不变,大小为311 V,电容器的电压“220 V”是击穿电压,所以不能直接连接在CD间。 答案:(1)0.02 s (2)20 W (3)不能 10.(16分)如图10所示,一个矩形线圈abcd放置在磁感应强度为B的有界匀强磁场中,磁场只分布在bc的左侧,线圈以bc为轴旋转,转动的角速度为ω,图中ad边正垂直于纸面向外转动,外部电路中有一个负载电阻,阻值为R,A是一个理想电流表,电路中其他电阻不计,已知ab=L1,bc=L2。求: 图10 (1)以abcd为电流的正方向,从图示位置开始计时,画出线圈中产生的电流随时间变化的图像。 (2)从图示位置(此时线圈平面与磁感线垂直)起转过转的时间内,负载电阻R上产生的热量。 (3)从图示位置起转过转的时间内,通过负载电阻R上的电荷量。 解析:(1)如图所示 (2)线圈绕轴匀速转动时,在电路中产生如图所示的交变电流,线圈中产生的电动势的最大值为Em=BL1L2ω,所以电流的最大值为Im=。 负载电阻R上产生的热量 Q=I2RΔt=(Im)2RΔt=。 (3)通过负载电阻R上的电荷量 q=Δt=Δt==。 答案:(1)见解析图 (2) (3) 11.(20分)如图11所示,N=50匝的矩形线圈abcd,边长ab=20 cm,ad=25 cm,放在磁感应强度B=0.4 T的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n=3 000 r/min的转速匀速转动,线圈电阻r=1 Ω,外电路电阻R=9 Ω,t=0时,线圈平面与磁感线平行,ab边正转出纸外、cd边转入纸里。 图11 (1)求t=0时感应电流的方向; (2)写出线圈感应电动势的瞬时值表达式; (3)线圈转一圈外力做功多大? (4)从图示位置转过90°过程中流过电阻R的电荷量是多少? 解析:(1)线圈感应电流方向为a→d→c→b。 (2)线圈的角速度ω=2πn=100π rad/s。 设ab边在t=0时刻速度为vab,此时感应电动势最大,其大小为 Em=2NB· vab=NB··ω=50×0.4×0.20×0.25×100π V=314 V, 电动势的瞬时值表达式为e=314cos 100πt V。 (3)电动势的有效值E= 线圈匀速转动的周期T= s=0.02 s 线圈匀速转动一圈,外力做功大小等于电功的大小,即W外力=== J=98.6 J。 (4)Q=IΔt。 从图示位置转过90°的过程中,流过R的电荷量 Q=Δt==C=0.1 C。 答案:(1)a→d→c→b (2)e=314cos 100πt V (3)98.6 J (4)0.1 C














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