高中同步测试卷·人教物理选修3－2：高中同步测试卷（四） Word版含解析

高中同步测试卷(四)

第四单元　交变电流的产生、描述和电感、电容

(时间：90分钟，满分：100分)

一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确．)

1．如图所示，图象中不属于交流电的是(　　)

2．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(如图所示)，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(　　)

3．线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流的图象如图所示，由图象可知(　　)

A．在t1、t3时刻线圈处于中性面位置

B．在t2、t4时刻穿过线圈的磁通量为零

C．从t1时刻到t4时刻线圈转过的角度为π

D．若从0时刻到t4时刻经过0.02 s，则在1 s内交流电的方向改变100次

4．如图甲所示，调光台灯是通过双向可控硅原子器件来实现无级调节灯的亮度的．现将某无级调光台灯接在220 V的正弦交变电流上，经过可控硅调节后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时电压表的示数是(　　)

A．220 V  B．156  V

C．110 V  D．78 V

5．三个相同的电阻，分别通过如图a、b、c所示的变化电流，三个图中的I0和周期T相同．下列说法中正确的是(　　)

A．在相同时间内三个电阻发热量相等

B．在相同时间内，a、b发热量相等，是c发热量的2倍

C．在相同时间内，a、c发热量相等，是b发热量的1/2

D．在相同时间内，b发热量最大，a次之，c的发热量最小

6．如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电的频率增加时(　　)

A．电容器电容增加  B．电容器电容减小

C．电灯变暗  D．电灯变亮

7．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，若外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则 (　　)

A．电压表V的示数为220 V

B．电路中的电流方向每秒钟改变50 次

C．灯泡实际消耗的功率为484 W

D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J

二、多项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题意．)

8．如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～这段时间内(　　)

A．线圈中的感应电流一直在减小  B．线圈中的感应电流先增大后减小

C．穿过线圈的磁通量一直在减小  D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小

9．在如图所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡的电阻，交流电流表内阻为零，交流电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220sin 100πt V．若保持电源电压有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的有(　　)

A．交流电流表示数增大  B．交流电压表示数增大

C．灯泡变暗  D．灯泡变亮

10．阻值为10 Ω的电阻接到电压波形如图所示的交流电源上，以下说法正确的是(　　)

A．电压的有效值为10 V

B．通过电阻的电流有效值为 A

C．电阻消耗的电功率为5 W

D．电阻每秒钟产生的热量为10 J

11．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象，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是(　　)

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的瞬时值表达式为u＝10sin 5πt V

D．交流电b的最大值为 V

12．如图所示，在频率为f的交变电流电路中，当开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等．若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种情况正确的是(　　)

A．通过R的电流有效值不变  B．通过C的电流有效值最大

C．通过L的电流有效值最小  D．通过R、C、L的电流有效值都不变

三、计算题(本题共4小题，共42分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)

13．(8分)如图所示，矩形线圈边长为ab＝20 cm，ad＝10 cm，匝数N＝100，磁场的磁感应强度B＝0.01 T．当线圈以50 r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动，求：

(1)线圈中交变电动势瞬时值表达式；

(2)从线圈开始转动起，经0.01 s时感应电动势的瞬时值．

14．(10分)10匝线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电动势e＝10sin 20πt(V)．求：

(1)t＝0时，线圈内磁通量Φ和磁通量变化率；

(2)线圈从中性面开始转动180°过程中，感应电动势的平均值和最大值之比．

15．(10分)小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动．线圈匝数n＝100匝．穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图所示．发电机内阻r＝5.0 Ω，外电路电阻R＝95 Ω，已知感应电动势的最大值Em＝nωΦm，其中Φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值．求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数．

16．(14分)如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图．其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n＝100，电阻r＝10 Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R＝90 Ω，与R并联的交流电压表为理想电表．在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化．求：

(1)交流发电机产生的电动势最大值；

(2)电路中电压表的示数；

(3)R上的热功率．

参考答案与解析

1．[导学号26020049]　【解析】选D.A、B、C中e的方向均发生了周期性的变化，故它们属于交流电；D中e的方向未发生变化，仅仅是e的大小发生了周期性的变化，不属于交流电，故正确答案是D.

2．[导学号26020050]　【解析】选C.线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电．对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同，所以C对．

3．[导学号26020051]　【解析】选D.t1、t3时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直，t2、t4时刻感应电流为零，线圈在中性面，磁通量最大．从t1时刻到t4时刻线圈转过的角度为3π/2.从0时刻到t4时刻经过0.02 s，则T＝0.02 s，在1 s内交流电的方向改变100次．

4．[导学号26020052]　【解析】选B.虽然图示电流不是正弦交变电流，根据正弦式交变电流的图象对称性可知，只要有T的图线就满足最大值是有效值的倍，根据交变电流有效值定义有：T＝·.解得U＝110 V＝156 V，故B对，A、C、D错．

5．[导学号26020053]　【解析】选C.交变电流的有效值是通过电流的热效应定义的，正弦交变电流的有效值I＝Im，即如图a中的电流有效值为I0，很显然对图b中的交变电流有效值Ib＝I0，图c中交变电流的有效值通过IRT＝IR×T可得知Ic＝I0，结合焦耳定律Q＝I2Rt可知，在相同时间内，三个电阻发热量之比等于1∶2∶1，故只有C选项正确．

6．[导学号26020054]　【解析】选D.由C＝可知，C与f无关，故C不变，A、B错误．交变电流的频率增加，容抗变小，故电流变大，故D正确．

7．[导学号26020055]　【解析】选D.电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由图象知电动势的最大值Em＝220  V，有效值E＝220 V，灯泡两端电压U＝＝209 V，A错；由图象知T＝0.02 s，一个周期内电流方向变化两次，可知1 s内电流方向变化100次，B错；灯泡的实际功率P＝＝ W＝459.8 W，C错；电流的有效值I＝＝2.2 A，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Qr＝I2rt＝2.22×5.0×1 J＝24.2 J，D对．

8．[导学号26020056]　【解析】选AD.在题图所示位置上，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，在0～时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量逐渐增大．

9．[导学号26020057]　【解析】选BC.由u＝220sin 100πt V可知交流电的频率为50 Hz，若将电源频率改为100 Hz，电感线圈的感抗变大，故交流电流表示数减小、灯泡变暗，选项A、D错误，选项C正确；线圈分到的电压将变大，故交流电压表示数增大，选项B正确．

10．[导学号26020058]　【解析】选BC.由u－t图象知，交流电压最大值为10 V，有效值为5 V，A错误．根据I＝＝ A，B正确．再根据P＝I2R＝5 W，C正确．电阻每秒产生的热量Q＝Pt＝5 J，故D错误．

11．[导学号26020059]　【解析】选BCD.由题图可知，t＝0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由题图可知Ta∶Tb＝2∶3，故na∶nb＝3∶2，B正确；由题图可知，C正确；交流电最大值Um＝NBSω，故Uma∶Umb＝3∶2，故Umb＝Uma＝ V，D正确．

12．[导学号26020060]　【解析】选ABC.交变电流的频率变大时，电阻R对交流的阻碍作用不变，电容C对交流的阻碍作用减小，电感L对交流的阻碍作用变大，故A、B、C说法正确，D说法错误．故选ABC.

13．[导学号26020061]　【解析】(1)欲写出交变电动势的瞬时值，先求出ω、Em、φ0三个要素．

线圈转动的角速度ω＝2πf＝100π rad/s (1分)

感应电动势的最大值为Em＝NSωB＝6.28 V (2分)

刚开始转动时线圈平面与中性面夹角φ0＝ rad. (1分)

线圈中交变电动势的瞬时值表达式为

e＝6.28sinV. (2分)

(2)把t＝0.01 s代入上式，

可知，此时感应电动势的瞬时值e′＝6.28sinV＝－3.14 V． (2分)

【答案】见解析

14．[导学号26020062]　【解析】(1)t＝0时，由交变电动势e＝10sin 20πt(V)可知线圈的感应电动势为零，即磁通量的变化率为零，所以线圈从中性面开始计时，通过线圈的磁通量最大

由于Em＝NBSω＝NωΦmax，

而Em＝10 V，ω＝20π rad/s (2分)

所以最大的磁通量

Φmax＝＝Wb＝2.25×10－2 Wb. (3分)

(2)线圈从中性面开始计时转过180°过程中，感应电动势的平均值

E＝N＝＝ (3分)

＝＝. (2分)

【答案】见解析

15．[导学号26020063]　【解析】从题中Φ－t图线看出

Φm＝1.0×10－2 Wb，T＝3.14×10－2 s (1分)

已知感应电动势的最大值Em＝nωΦm (1分)

又ω＝ (1分)

故电路中电流最大值Im＝＝＝ A＝2 A．(5分)

交流电流表的读数是交流电的有效值，

即I＝＝1.4 A． (2分)

【答案】1.4 A

16．[导学号26020064]　【解析】(1)交流发电机产生电动势的最大值

Em＝nBSω (1分)

而Φm＝BS，ω＝ (1分)

所以Em＝ (2分)

由Φ－t图线可知：Φm＝2.0×10－2 Wb，T＝6.28×10－2 s，所以Em＝200 V． (2分)

(2)电动势的有效值E＝＝100 V (1分)

U＝E＝×100 V＝90 V＝127.3  V (3分)

(3)R上的功率为：

PR＝＝ W＝180 W． (4分)

【答案】(1)200 V　(2)127.3 V　(3)180 W