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课时限时检测29

时间:2014-09-29


2015 新课标高考总复习

物理

课时限时检测(二十九)

交变电流的产生和描述

(时间:45 分钟 满分:100 分) 题号 知识点 易 中 难 10 交变电流的产生和变化规律 1、2 4、7 3 6 交变电流的有效值和应用 5、9 8 交变电流的“四值” 交流发电机综合问题 11、12 一、选择题(本题共 10 小题,每小题 7 分,共 70 分.在每小题给出的四个选项中,1~ 6 题只有一个选项正确,7~10 题有多个选项正确,全部选对的得 7 分,选对但不全的得 4 分,有选错或不选的得 0 分.) 1.(2014· 贵阳一中检测)一只标有“220 V 110 W”的灯泡,接在 u=311sin 314t V 的 电源上,则下列说法中正确的是( ) A.灯泡不能正常发光 B.通过灯泡的电流为 i=0.45sin 314t A C.与灯泡并联的交流电压表的示数为 220 V D.与灯泡串联的交流电流表的示数为 0.03 A 【解析】 由 u=311sin 314t V,可知电压峰值 Umax=311 V,有效值 U=220 V,灯泡 能正常发光,故 A 错;电流的瞬时值表达式为 i=0.71sin 314t A,故 B 错;交流电压表的示 数为电压有效值 220 V,故 C 正确;交流电流表的示数为电流有效值 0.5 A,故 D 错. 【答案】 C 2.(2014· 曲阜一中模拟)一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流 e=220 2sin 100πt(V),那么( ) A.该交变电流的频率是 100 Hz B.当 t=0 时,线圈平面恰好与中性面垂直 1 C.当 t= s 时,e 最大 200 D.该交变电流电动势的有效值为 220 2 V ω 【解析】 根据交变电流的表达式可知该交变电流的频率 f= =50 Hz,有效值为 220 2π 1 V,A、D 错;当 t=0 时,e=0,所以线圈平面恰好处于中性面,B 错;当 t= s 时,e 200 有最大值 220 2 V,C 正确. 【答案】 C 3. (2013· 北京市海淀区期末)将定值电阻 R1=10 Ω、 R2=20 Ω 串联接在正弦交流电路中, 通过电阻 R2 的电流 i 随时间 t 变化的情况如图 10-1-16 所示.则( )

图 10-1-16 A.通过 R1 的电流有效值是 1.2 A B.R1 两端的电压有效值是 6 V C.通过 R2 的电流有效值是 1.2 2 A D.R2 两端的电压有效值是 6 2 V 【解析】 通过 R1 的电流有效值是 0.6 A,R1 两端的电压有效值是 6 V,选项 A 错误,
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物理
B 正确;通过 R2 的电流有效值是 0.6 A,R2 两端的电压有效值是 12 V,选项 C、D 错误. 【答案】 B 4.(2014· 山东泰安质检)电阻 R1、R2 与交流电源按照图 10-1-17 甲所示方式连接,R1 =10 Ω,R2=20 Ω.合上开关 S 后,通过电阻 R2 的正弦交变电流 i 随时间 t 变化的情况如图 乙所示.则( )

3 为 2 A,由正弦交变电流最大值与有效值的关系 Im= 2 I,可知其有效值为 0.6 A,由于 5 R1 与 R2 串联,所以通过 R1 的电流的有效值也是 0.6 A,A、C 错误;R1 两端电压的有效值为 3 U1=IR1=6 V,B 正确;R2 两端电压的最大值为 Um2=ImR2= 2×20 V=12 2V,D 错误. 5 【答案】 B 5.将阻值为 5 Ω 的电阻接到内阻不计的交流电源上,电源电动势随时间变化的规律如 图 10-1-18 所示.下列说法正确的是( )

图 10-1-17 6 A.通过 R1 的电流有效值是 A 5 B.R1 两端的电压有效值是 6 V 6 C.通过 R2 的电流最大值是 2 A 5 D.R2 两端的电压最大值是 6 2 V 【解析】 首先从交变电流图象中找出交变电流的最大值即为通过 R2 的电流的最大值,

图 10-1-18 A.电路中交变电流的频率为 0.25 Hz B.通过电阻的电流为 2 A C.电阻消耗的电功率为 2.5 W D.用交流电压表测得电阻两端的电压是 5 V 1 【解析】 电路中交变电流的频率 f= =25 Hz,A 错;通过电阻的电流应为有效值 I T U 5 2 5 2 = = A= A,用交流电压表测得电阻两端的电压是 V,B、D 错;电阻消耗的 R 5 2 2 2 电功率 P=I2R=2.5 W,C 对. 【答案】 C ☆6.(2011· 安徽高考)如图 10-1-19 所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强 度为 B.电阻为 R、半径为 L、圆心角为 45° 的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的 O 轴以角速度 ω 匀速转动(O 轴位于磁场边界).则线框内产生的感应电流的有效值为( )

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物理
图 10-1-19 BL ω 2BL2ω A. B. 2R 2R 2BL2ω BL2ω C. D. 4R 4R 【解析】 扇形闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径 L,各点的平均速度 v=
2

Lω ,导线框进磁场和出磁场时有感应电流产生,由法拉第电磁感应定律和有效值的定义有: 2 BL2ω E2 T 2 BL2ω E= , × =I RT,可得 I= ,故 D 正确,A、B、C 错误. 2 R 4 4R 【答案】 D 7.(2013· 广东茂名期末)交流发电机电枢中产生的交变电动势为 e=Emsin ωt,如果要将 交变电动势的有效值提高一倍,而交流电的周期不变,可采取的方法是( ) A.将电枢转速提高一倍,其他条件不变 B.将磁感应强度增加一倍,其他条件不变 C.将线圈的面积增加一倍,其他条件不变 D.将磁感应强度增加一倍,线圈的面积缩小一半,其它条件不变 【解析】 将磁感应强度增加一倍,其他条件不变,或将线圈的面积增加一倍,其他条 件不变,选项 B、C 正确. 【答案】 BC 8.

图 10-1-20 (2014· 山东青岛二中测试)一交变电流的图象如图 10-1-20 所示,由图可知( ) A.用电流表测该电流其示数为 14.1 A B.该交流电流的频率为 50 Hz C.该交流电流通过 10 Ω 电阻时,电阻消耗的电功率为 1 000 W D.该交流电流瞬时值表达式为 i=14.1sin 628t A 【解析】 根据图象知交流电的有效值为 10 A,则电流表示数为有效值 10 A,A 项错; 周期 T=0.01 s,频率为 100 Hz,B 项错;通过 10 Ω 的电阻,电功率 P=I2R=1 000 W,C 项正确;瞬时值表达式为 i=Imsin ωt=14.1sin 200πt A=14.1sin 628t A,D 项正确. 【答案】 CD 9.(2013· 山东青岛二中测试)一矩形线圈,在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动, 形成如图 10-1-21 所示的交变电动势图象, 根据图象提供的信息, 以下说法正确的是( )

图 10-1-21 100π A.线圈转动的角速度为 rad/s 3 B.电动势的有效值为 14.1 V - C.t=1.0×10 2 s 时,线圈平面和磁场方向的夹角为 30° - D.t=1.5×10 2 s 时,穿过线圈平面的磁通量最大

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物理
2π 100π Em 【解析】 角速度 ω= = rad/s,A 项正确;电动势的有效值 E= =14.1 V,B T 3 2 100π π - 项正确;电动势的瞬时值 e=20sin t (V),将 t=1.0×10 2 s 代入该式,解得 θ= ,这是 3 3 线圈从中性面开始转过的夹角,故线圈平面和磁场方向的夹角为 30° ,C 项正确;t=1.5×10 -2 s 时,线圈平面与磁场平行,磁通量最小,D 项错. 【答案】 ABC ☆10.(2013· 山东高考)图 10-1-22 甲是小型交流发电机的示意图,两磁极 N、 S 间的磁 场可视为水平方向的匀强磁场,○ A 为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴 OO′沿逆 时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示, 以下判断正确的是( )

图 10-1-22 A.电流表的示数为 10 A B.线圈转动的角速度为 50π rad/s C.0.01 s 时线圈平面与磁场方向平行 D.0.02 s 时电阻 R 中电流的方向自右向左 【解析】 电流表示数显示的是交流电的有效值, 正弦交流电的电流有效值等于最大值 2 的 倍,电流表的示数为 10 A,选项 A 正确;因为交流电的瞬时值为 i=10 2cos ωt,根据 2 2π - 图乙可知,交流电的周期为 T=2×10 2 s,则线圈转动的角速度为 ω= =100π rad/s,选项 T T B 错误;0 时刻线圈平面与磁场平行,t=0.01 s= ,t 时间内线圈转过 π 弧度,线圈平面与 2 磁场方向平行, 选项 C 正确; 0.02 s 时的情况与 0 时刻的情况相同, 根据右手定则可以判定, 此时通过电阻 R 的电流方向自左向右,选项 D 错误. 【答案】 AC 二、非选择题(本题共 2 小题,共 30 分.计算题要有必要的文字说明和解题步骤,有数 值计算的要注明单位.) 11.(14 分)如图 10-1-23 所示,线圈 abcd 的面积是 0.05 m2,共 100 匝,线圈电阻为 1 1 Ω,外接电阻 R=9 Ω,匀强磁场的磁感应强度为 B= T,当线圈以 300 r/min 的转速匀速 π 转动时,求:

图 10-1-23 (1)转动中感应电动势的最大值和有效值; (2)电路中交流电压表和电流表的示数; (3)线圈从图示位置转过 90° 的过程中通过电阻 R 的电量. 1 300 【解析】 (1)Emax=NBSω=100× ×0.05×2π× V=50 V π 60 Emax E= =25 2 V=35.4 V. 2
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物理
E (2)电流表示数:I= =3.54 A R+r 电压表示数:U=IR=3.54×9 V=31.86 V. E ΔΦ NΔΦ (3)从图示位置转过 90° 的过程中, E =N , 又因为 I = , 所以 q= I Δt= = Δt R+r R +r NBS =0.16 C. R+r 【答案】 (1)50 V 35.4 V (2)31.86 V 3.54 A (3)0.16 C 12.(16 分)如图 10-1-24 所示为交流发电机示意图,矩形线圈的匝数 N=50 匝,每 匝线圈的边长 lab=0.4 m,lbc=0.2 m,矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度 B=0.2 T, 100 线圈总电阻 r=1 Ω,外接电阻 R=9 Ω,线圈以 n= r/s 的转速在磁场中匀速转动.求: π

图 10-1-24 (1)线圈中产生的感应电动势的最大值; (2)若线圈从通过中性面时开始计时,写出回路中电流随时间变化的关系式; (3)交流电压表和电流表的读数; (4)此交流发电机的总功率和输出功率. 【解析】 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,线圈中产生的是交变电流.从线圈通过中 性面时开始计时, 交变电流的表达式为正弦函数. 电压表和电流表的读数为交变电流的有效 值. 100 (1)Emax=NBSω=NBlablbcω=50×0.2×0.4×0.2× ×2π V=160 V. π (2)ω=2πn=200 rad/s Emax Imax= =16 A r+R i=16sin 200t A. 1 (3)电压表的读数 U=IR,I= Imax=8 2A. 2 所以 U=72 2V 电流表的读数 I=8 2A. 1 (4)发电机的总功率 P=IE,E= Emax 2 1 所以 P=8 2× ×160 W=1 280 W 2 发电机的输出功率等于外电路电阻消耗的电功率,即 PR=IU=8 2×72 2 W=1 152 W. 【答案】 (1)160 V (2)i=16sin 200t A (3)72 2 V 8 2 A (4)1 280 W 1 152 W

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