2020屆高三物理練習(xí) 交變電流的產(chǎn)生及描述 新人教版

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1、 必考部分 選修3-2 第十章 第1單元 交變電流的產(chǎn)生及描述 [課時(shí)作業(yè)] 命 題 設(shè) 計(jì) 　　　　　難度 題號(hào)　　 目標(biāo)　　　　　　 較易 中等 稍難 單一目標(biāo) 交變電流的產(chǎn)生 2、4、7 9、10 描述交變電流的物理量 1、3、5 6、8 綜合目標(biāo) 交變電流的產(chǎn)生和描述 11 12 一、選擇題(本大題共10個(gè)小題，共70分，每小題至少有一個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的 得7分，選對(duì)但不全的得4分，有選錯(cuò)的得0分) 1．一正弦式電流的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖1所示．由圖可知 (　　) 圖1 A．該交變電流的電壓瞬

2、時(shí)值的表達(dá)式為u＝100sin(25t)V B．該交變電流的頻率為25 Hz C．該交變電流的電壓的有效值為100 V D．若將該交流電壓加在阻值為R＝100 Ω的電阻兩端，則電阻消耗的功率是50 W 解析：從圖中可知，交變電流周期T＝4×10－2 s，峰值電壓Um＝100 V，故交變電流 的頻率f＝＝25 Hz，有效值U＝＝50 V．加在R＝100 Ω的電阻上時(shí)的熱功 率P＝＝50 W，瞬時(shí)值表達(dá)式u＝Umsint＝100sin(50πt) V，故正確選項(xiàng)為 B、D. 答案：BD 2．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)的最大 值為Em.設(shè)t

3、＝0時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)平行，當(dāng)線圈的匝數(shù)增加一倍，轉(zhuǎn)速也增大一倍， 其他條件不變時(shí)，交變電流的電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為 (　　) A．e＝2Emsin2ωt　　　　　　 B．e＝4Emsin2ωt C．e＝Emcos2ωt D．e＝4Emcos2ωt 解析：產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝NBSω ω＝2nπ；n為轉(zhuǎn)速 當(dāng)N′＝2N，n′＝2n時(shí)，ω′＝2ω，Em′＝4Em， 所以交變電流的電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e＝4Emcos2ωt.D項(xiàng)正確． 答案：D 3．(2020·山東高考)圖2甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示電壓按正弦規(guī) 律變化．下列說法正確的是

4、 (　　) 圖2 A．圖甲表示交變電流，圖乙表示直流電 B．兩種電壓的有效值相等 C．圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為U＝311sin100πt V D．圖甲所示電壓經(jīng)匝數(shù)比為10∶1的變壓器變壓后，頻率變?yōu)樵瓉淼? 解析：由圖象的縱坐標(biāo)知，電壓的正、負(fù)分別表示電壓的方向，因此兩圖均為交變 電流，A錯(cuò)；對(duì)于正弦式電流才有U有效＝，雖然兩圖的最大值相同，但圖乙所示 的非正弦(余弦)式電流不適用上式，故B錯(cuò)；正弦式電流瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝Umsinωt， 由圖象可知Um＝311 V，T＝2×10－2 s，可得ω＝＝100π，代入上式得u＝ 311sin100πt V

5、，故C對(duì)；由變壓器原理可知變壓器只能根據(jù)匝數(shù)比改變電壓和電流， 它不會(huì)改變交變電流的周期和頻率，故D錯(cuò)． 答案：C 4．如圖3所示，單匝矩形線圈的一半放在具有理想邊界的勻 強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈軸線OO′與磁場(chǎng)邊界重合，線圈按圖示方 向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，t＝0時(shí)刻線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，規(guī)定電流 方向沿abcda為正方向，則線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖 象是圖4中的 (　　) 圖4 解析：由楞次定律可知前半個(gè)周期感應(yīng)電流沿adcba方向，后半個(gè)周期沿abcda的方 向，因線圈繞垂直磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以產(chǎn)生正弦式電流，A正確． 答案：A 5．(2020·皖南模擬)如

6、圖5所示，圖甲和圖乙分別表示正弦脈沖波和方波的交變電流與 時(shí)間的變化關(guān)系．若使這兩種電流分別通過兩個(gè)完全相同的電阻，則經(jīng)過1 min的 時(shí)間，兩電阻消耗的電功之比W甲∶W乙為 (　　) 圖5 A．1∶ B．1∶2 C．1∶3 D．1∶6 解析：電功的計(jì)算，I要用有效值計(jì)算，圖甲中，由有效值的定義得()2R×2× 10－2＋0＋()2R×2×10－2＝I12R×6×10－2，得I1＝ A；圖乙中，I的值不變I2 ＝1 A，由W＝UIt＝I2Rt可以得到W甲∶W乙＝1∶3.C正確． 答案：C 6．在兩塊金屬板上加上交變電壓u＝Umsint

7、，當(dāng)t＝0時(shí)，板間有一個(gè)電子正好處于 靜止?fàn)顟B(tài)，下面關(guān)于電子以后的運(yùn)動(dòng)情況的判斷正確的是 (　　) A．t＝T時(shí)，電子回到原出發(fā)點(diǎn) B．電子始終向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng) C．t＝時(shí)，電子將有最大速度 D．t＝時(shí)，電子的位移最大 解析：t＝0時(shí)，電子不受力，此時(shí)兩極板間電壓為零，此后電壓開始增大，t＝時(shí) 達(dá)到最大，此過程中電子沿電場(chǎng)方向做加速度增大的加速運(yùn)動(dòng)，速度增大，～這 段時(shí)間內(nèi)，兩極板間電壓減小，但電場(chǎng)方向不變，所以電子在這段時(shí)間內(nèi)仍沿原方 向做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，速度繼續(xù)增大.后電場(chǎng)變向，電子開始減速，但運(yùn)動(dòng)方 向不變，直至T時(shí)刻速度減為零．故在時(shí)電子有最大速度．因電

8、子的速度方向不變， 即隨時(shí)間的增長(zhǎng)，位移增大．綜上所述，B、C正確，A、D錯(cuò)誤． 答案：BC 7．如圖6甲所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒 定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的交變電 流按照?qǐng)D乙所示的余弦規(guī)律變化，在t＝時(shí)刻 (　　) 圖6 A．線圈中的電流最大 B．穿過線圈的磁通量最大 C．線圈所受的安培力為零 D．穿過線圈磁通量的變化率最大 解析：注意線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中通過兩個(gè)特殊位置(平行于磁感線和垂直于磁感線)時(shí)的特 點(diǎn)；磁通量、磁通量的變化、磁通量的變化率不同；t＝＝，線圈轉(zhuǎn)過90°

9、，本題 應(yīng)選B、C. 答案：BC 8．通有電流i＝Imsinωt的長(zhǎng)直導(dǎo)線OO′與斷開的圓形導(dǎo)線圈在同一平面內(nèi)，如圖7 所示(設(shè)電流由O至O′為正)，為使A端的電勢(shì)高于B端的電勢(shì)且UAB減小，交變 電流必須處于每個(gè)周期的 (　　) 圖7 A．第一個(gè)周期 B．第二個(gè)周期 C．第三個(gè)周期 D．第四個(gè)周期 解析：由E∝∝可知，要E減小，即要減小，題中要求φA＞φB，由楞次定律 知，只有在第一個(gè)周期才符合要求，A項(xiàng)正確． 答案：A 9．如圖8所示，單匝矩形線圈放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻 強(qiáng)磁場(chǎng)中，以恒定的角速度ω繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方

10、向垂 直于紙面向里，線圈所圍面積為S，線圈導(dǎo)線的總電阻 為R.t＝0時(shí)刻線圈平面與紙面重合，且cd邊正在向紙面 外轉(zhuǎn)動(dòng)．則 (　　) A．線圈中電流t時(shí)刻瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝cosωt B．線圈中電流的有效值為I＝ C．線圈中電流的有效值為I＝ D．線圈消耗的電功率為P＝ 解析：回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝BSω，電流最大值Im＝＝，t＝0時(shí)為中 性面，故瞬時(shí)值表達(dá)式i＝sinωt.電流有效值I＝＝，P＝I2R＝， 故A、B錯(cuò)誤，C、D正確． 答案：CD 10．將硬導(dǎo)線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長(zhǎng)為 l，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向如圖9所示的勻強(qiáng)磁

11、 場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)線在a、b兩處通過電 刷與外電路連接，外電路接有額定功率為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)，燈泡的電阻應(yīng)為 (　　) A.　　　　　　 B. C. D. 解析：?jiǎn)卧颜叫尉€圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，將產(chǎn)生正弦式電流，則電 動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝Bl2ω＝2πnBl2，其有效值E＝＝，計(jì)算小燈泡的額定功 率P要用其有效值，即P＝. R＝＝，故只有B選項(xiàng)正確． 答案：B 二、非選擇題(本大題共2個(gè)小題，共30分，解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和 演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明

12、單位) 11．(15分)圖10甲所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在勻強(qiáng)磁 場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的匝數(shù)n＝100匝、電阻r＝10 Ω，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R＝90 Ω，與R并聯(lián)的交流電壓表為 理想電表．在t＝0時(shí)刻，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時(shí) 間t按圖10乙所示正弦規(guī)律變化．求： 圖10 (1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值； (2)電路中交流電壓表的示數(shù)． 解析：(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值 Em＝nBSω 而Φm＝BS，ω＝，所以Em＝ 由Φ－t圖線可知：Φm＝2.0×1

13、0－2 Wb， T＝6.28×10－2 s 所以Em＝200 V. (2)電動(dòng)勢(shì)的有效值E＝Em＝100 V 由閉合電路的歐姆定律，電路中電流的有效值為 I＝＝ A 交流電壓表的示數(shù)為 U＝IR＝90 V≈127 V. 答案：(1)200 V　(2)127 V 12．(15分)(2020·鄭州模擬)如圖11甲所示，一固定的矩形導(dǎo)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(chǎng)．已 知線圈的匝數(shù)n＝100匝，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，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按如圖11乙所示

14、的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝nBmScos(t)，其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T 為磁場(chǎng)變化的周期．不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變化，求： 圖11 (1)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的0～的時(shí)間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量． 解析：(1)由圖象知，線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T＝3.14×10－2s，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(shí)間內(nèi)，電動(dòng)勢(shì)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