2019年高考物理一轮复习 第十三章 第1讲交变电流的产生和描述电感和电容对交变
电流的作用课时作业
一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。每小题至少一个答案正确,选不全得3分) 1.矩形线圈绕垂直匀强磁场磁感线的轴匀速转动,当线圈通过中性面时,下列说法正确的是 ( ) A.穿过线圈的磁通量最大,线圈中感应电动势最大 B.穿过线圈的磁通量最大,线圈中感应电动势等于零 C.线圈中感应电流最大,方向将改变 D.线圈中感应电流等于零,方向将改变
2.(xx·桂林模拟)交流发电机在工作时的电动势为e=E0sinωt,若将其电枢的转速提高1倍,其他条件不变,则其电动势变为 ( ) A.E0sin C.E0sin2ωt
B.2E0sin
D.2E0sin2ωt
3.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(如图),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 ( )
4.(xx·青岛模拟)一交流电压为u=100sin100πtV,由此表达式可知( ) A.用电压表测该电压,其示数为100V B.该交流电压的周期为0.02s
C.将该电压加在“100V 100 W”的灯泡两端,灯泡的实际功率小于100W D.t=s时,该交流电压的瞬时值为50V
5.如图所示的电路中,A是熔断电流I0=2A的保险丝,R是可变电阻,S是交流电源。交流电源的内阻不计,其电动势随时间变化的规律是
e=220sin314tV。为了不使保险丝熔断,可变电阻的阻值应该大于 ( ) A.110Ω B.110Ω
C.220Ω D.220Ω
6.(xx·太原模拟)如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像,当调整线圈转速后,所产生的正弦交流电的图像如图线b所示,以下关于这两个正弦交流电的说法错误的是 ( )
A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B.线圈先后两次转速之比为3∶2 C.交流电a的瞬时值为u=10sin5πt(V) D.交流电b的最大值为V
7.如图甲、乙分别表示两种电压的波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化。下列说法正确的是 ( ) A.图甲表示交流电,图乙表示直流电 B.两种电压的周期相等 C.两种电压的有效值相等
D.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=311sin100πtV
8.一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像如图甲所示,则下列说法正确的是 ( )
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.该线圈产生的交流电动势的图像如图乙所示
9.如图所示,在电路两端加上正弦交流电,保持电压有效值不变,使频率增大,发现各灯的亮暗情况是:灯1变亮,灯2变暗,灯3不变,则M、N、L中所接元件可能是 ( ) A.M为电阻,N为电容器,L为电感线圈
B.M为电感线圈,N为电容器,L为电阻 C.M为电容器,N为电感线圈,L为电阻 D.M为电阻,N为电感线圈,L为电容器
10.(xx·梧州模拟)实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型,正方形线圈在水平匀强磁场中,绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动。今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表,并让线圈每秒转25圈,读出电压表的示数为10V。已知R=10Ω,线圈电阻忽略不计,下列说法正确的是 ( ) A.线圈平面与磁场平行时,线圈中的瞬时电流为零
B.从线圈平面与磁场平行开始计时,线圈中感应电流瞬时值表达式为i= sin50πtA
C.流过电阻R的电流每秒钟方向改变25次 D.电阻R上的热功率等于10 W
二、计算题(本大题共2小题,共30分。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.(12分)一个交流发电机矩形线圈abcd共50匝,ab=0.2m,bc=0.1m,总电阻r=10Ω,它在B=0.5T的匀强磁场中从磁通量最大位置开始以100r/s的转速匀速转动。外电路接有R=40Ω的电阻。当线圈转过周期时,求外电阻R上产生的焦耳热Q。
12.(能力挑战题)(18分)如图所示,匀强磁场B=0.1T,所用矩形线圈的匝数N=100,边长ab=0.2m,bc=0.5m,以角速度ω=100πrad/s绕OO′轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时,试求: (1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式; (2)由t=0至t=过程中的平均电动势的大小; (3)该交变电流的电动势有效值是多少?
答案解析
1.【解析】选B、D。当线圈通过中性面时,垂直于磁场,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为零,线圈中感应电动势等于零,电流方向将改变,选项B、D正确。
2.【解析】选D。转速提高1倍,也就是角速度变为2ω,由e=nBSωsinωt得选项D对。
3.【解析】选C。分析交变电流的图像问题应注意图线上某一时刻对应的线圈在磁场中的位置,将图线描述的变化过程对应到线圈所处的具体位置是分析的关键,线圈在图示位置时磁通量为零,但感应电流为最大值;再由楞次定律可判断线圈在转过90°的过程中,感应电流为正,故选项C正确。 4.【解析】选A、B。电压有效值为100V,故用电压表测该电压,其示数为100V, A项正确;ω=100πrad/s,则周期T==0.02s,B项正确;该电压加在“100 V
100 W”的灯泡两端,灯泡恰好正常工作,C项错;t=s代入瞬时值表达式得电压的瞬时值为100 V,D项错。 5.【解析】选B。该交变电流电动势的有效值为U=V=220 V,故电阻的最小阻值Rmin==Ω=110Ω。 6.【解析】选A。由题图可知t=0时刻感应电动势为零,穿过线圈的磁通量最大,选项A错误;由题图可知Ta=0.4s,Tb=0.6s,线圈先后两次转速之比na∶nb=Tb∶Ta
=3∶2,选项B正确;交流电a的瞬时值为u=Umsin(t),得u=10sin5πt(V),选项C正确;感应电动势最大值Um=NBSω=NBS(),所以Uma∶Umb=Tb∶Ta,交流电b的最大值为V,选项D正确。 【总结提升】根据交变电流的图像可以确定的量 (1)电流最大值; (2)周期T和频率f;
(3)不同时刻交流电的瞬时值;
(4)线圈处于中性面和电流最大值对应的时刻; (5)任意时刻线圈的位置和磁场的夹角。
7.【解析】选B、D。因图像的纵坐标上电压的正负表示电压的方向,因此两图均为交流电,A错;两图像的周期都是2×10s,故B对;对于正弦交流电才有U有效=,虽然两图的峰值相同,但图乙非正弦(余弦)交流电,不适用上式有效值的求法,
故C错;正弦交流电电压瞬时值的表达式为u=Umsinωt,由图甲可知Um=311V,T= 2×10s,可得ω==100π,代入上式得u=311sin100πtV,故D对。
8.【解析】选B。由Φ-t图知,t=0时,Φ最大,即线圈处于中性面位置,此时e=0,故A、D两项错误;由图知T=0.04 s,在t=0.01 s时,Φ=0,最大,e最大,则B项正确;在t=0.02 s时,Φ最大,=0,e=0,则C项错误。 【变式备选】矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中,线框输出的交流电压随时间变化的图像如图所示,下列说法中正确的是 ( ) A.交流电压的有效值为36V
B.交流电压的最大值为36V,频率为0.25 Hz
C.2 s末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量最大 D.1 s末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量变化最快
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