高中物理(滬科)選修32：章末綜合測評2交變電流與發(fā)電機

1、1 / 9 章末綜合測評( 二 ) 交變電流與發(fā)電機(時間： 90分鐘分值： 100 分) 一、選擇題(本大題共 12個小題，共 48分，在每小題給出的四個選項中，第17題只有一項符合題目要求，第812題有多項符合題目要求，全部選對的得4分，選對但不全的得 2分，有選錯的得0分) 1下列說法中正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號： 53932076】a使用交流電的電器設(shè)備所標示的額定電壓、額定電流的數(shù)值均為最大值b用交流電流表和電壓表測得的數(shù)值是有效值c照明電路電壓為220 v 指的是最大值d所有交變電流的有效值和最大值之間均存在uum2和iim2的關(guān)系b 各種使用交變電流的用電器銘牌上所標的數(shù)值均為有效

2、值，故a 錯誤；交流電表測量值為有效值，故b 正確；照明電路電壓為220 v ，是有效值，故c錯誤； uum2，iim2是正弦式交變電壓及交變電流有效值和最大值的關(guān)系，故d 錯誤 2電阻為 10 的單匝矩形線圈繞垂直于勻強磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律為5sin 10t(wb) ，線圈中產(chǎn)生的電流隨時間的變化規(guī)律為( ) ai 50sin 10t(a) bi50cos 10t(a) ci5sin 10t(a) di5cos 10t(a) d 由磁通量的表達式可知，磁通量的最大值mbs5 wb ，10 rad/s 則由感應(yīng)電動勢的最大值embs可知：em510 v50 v 2

3、 / 9 則電流的最大值：i5010a5 a 磁通量的表達式5sin 10t(wb) 為正弦規(guī)律變化，則其電流的表達式應(yīng)為余弦規(guī)律變化電流的瞬時表達式：i5cos 10t(a) 3某臺家用柴油發(fā)電機正常工作時能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相同的交變電流現(xiàn)在該發(fā)電機出現(xiàn)了故障，轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速只能達到正常工作時的一半，則它產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖像是( ) b 線圈轉(zhuǎn)速為正常時的一半，據(jù)2 n2t知，周期變?yōu)檎r的2倍，又據(jù) emnbs知，最大值變?yōu)檎r的一半，結(jié)合我國電網(wǎng)交流電實際情況，知正確選項為b. 4如圖 1所示為經(jīng)一雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓，即在正弦式交變電流的每個二分之

4、一周期內(nèi)，前14周期被截去，調(diào)節(jié)臺燈上的旋鈕可以控制截去的多少，從而改變電燈兩端的電壓，那么現(xiàn)在電燈兩端的電壓有效值為( ) 【導(dǎo)學(xué)號： 53932077】圖 1 a.um2b.um2c.um2 2d.2uma 每個二分之一周期被截去14周期，原電源為正弦交流電，一個周期可以看成只剩半個周期的電壓，利用有效值的定義，得(um2)21r12tu2rt，所以uum2，故 a 正確 5.阻值為 10 3 / 9 的電阻接到電壓波形如圖2所示的正弦交流電源上以下說法中正確的是( ) 圖2 a電壓的有效值為10 v b通過電阻的電流的有效值為22a c電阻消耗電功率為10 w d電阻每秒鐘產(chǎn)生的熱量為1

5、0 j b 根據(jù)題給圖像可知電壓最大值為umax 10 v ，有效值為u102v，電流有效值為iur22a，電阻消耗的電功率為pi2r(22)210 w 5 w，每秒產(chǎn)生的熱量qi2rt5 j，故 b 正確 6某興趣小組在課下用同一小燈泡和電容器、電感器及直流電源和有效值與直流電源相同的交流電源，先后完成了如圖3 a、b、c、d所示實驗，關(guān)于s閉合后現(xiàn)象的說法中正確的是( ) 圖 3 aa、b中小燈泡都不會發(fā)光ba中小燈泡不發(fā)光，b中小燈泡會發(fā)光cc、d中小燈泡都發(fā)光，且明亮程度相同dc中小燈泡發(fā)光，d中小燈泡一定不發(fā)光b 直流不能通過電容器，交流可以通過電容器，a 錯， b 對；電感對直流沒

6、有感抗，但對交流有明顯感抗，c、d 均錯誤 7.如圖 4所示，將硬導(dǎo)線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長為l，它在磁感應(yīng)強度為 b、方向如圖所示的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，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，燈泡的電阻應(yīng)為( ) 【導(dǎo)學(xué)號： 53932078】圖4 a.錯誤 !b.錯誤 !c.錯誤 !d.錯誤 !4 / 9 b 硬導(dǎo)線轉(zhuǎn)速為n，角速度為2 n，電壓的最大值為umbl22n2 nbl2，小燈泡的功率pum221r錯誤 !，所以燈泡的電阻為錯誤 !. 8如圖 5所示，交流電壓u311sin(314t

7、6)v加在阻值為220 的電阻兩端，則( ) 圖 5 a電壓表的讀數(shù)為311 v b電流表的讀數(shù)為1.414 a c電流表的讀數(shù)為1 a d電壓表的讀數(shù)為220 v cd 電壓表測的是有效值，故讀數(shù)為3112v220 v ，電流表讀數(shù)應(yīng)為1 a ，故 c、d 正確 9一正弦交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖6所示由圖可知( ) 圖 6 a該交流電的電壓瞬時值表達式為u100sin(25t)v b該交流電的頻率為25 hz c該交流電的電壓有效值為1002 v d若將該交流電壓加在阻值為r100 的電阻兩端，則電阻消耗的功率是50 w bd 從題圖中可知，交流電周期t4102 s，峰值電壓um10

8、0 v ，故交流電的頻率f1t25 hz，有效值 uum250 2 v，加在 r100 的電阻上時的熱功率pu2r50 w，瞬時值表達式uumsin2tt100sin(50t)v.故正確答案為 b、d. 10如圖 7甲所示是一臺交流發(fā)電機構(gòu)造示意圖，產(chǎn)生交變電流的感應(yīng)電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律如圖乙發(fā)電機線圈電阻為1 外接電阻為4 ，則 ( )甲乙5 / 9 圖 7 a該交變電流的頻率為25 hz b電壓表的示數(shù)為4 v c在 t0.01 s時刻，電路中電流的瞬時值為1 a d若線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍，耐壓值為5 v的電容器與外接電阻并聯(lián)而不會被燒壞ac 由題圖知，周期是0.04 s，頻率為

9、25 hz，a 正確；電源的有效值e522v，電壓表示數(shù)urr re22 v， b 錯誤；由ierr得， i1 a ，c 正確；由 emnbs 得轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼? 倍，電動勢最大值也變?yōu)樵瓉淼?倍， um8 v，電容器燒壞，d 錯誤 11如圖 8，m為半圓形導(dǎo)線框，圓心為om；n是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框，圓心為 on；兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面 )內(nèi)；兩圓弧半徑相等；過直線omon的水平面上方有一勻強磁場，磁場方向垂直于紙面現(xiàn)使線框m、 n在t0時從圖示位置開始，分別繞直于紙面、且過om和on的軸，以相同的周期t逆時針勻速轉(zhuǎn)動，則( ) 圖 8 a兩導(dǎo)線框中均會產(chǎn)生正弦交流電b兩導(dǎo)線框中感應(yīng)

10、電流的周期都等于tc在t8時，兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等d兩導(dǎo)線框的電阻相等時，兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等bc 當線圈進入磁場時，根據(jù)楞次定律可得，兩導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流的方向為逆時針，根據(jù)e12br2可得感應(yīng)電動勢恒定，即電流恒定， 不是正弦交流電，a 錯誤；當線圈穿出磁場時，根據(jù)楞次定律可得，兩導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流的方向為順時針，所以感應(yīng)電流的周期和其運動周期相等，為 t， b 正確；根據(jù) e12br26 / 9 可得線框在運動過程中感應(yīng)電動勢相等，c 正確；線圈 n 在完全進入磁場后有t4時間內(nèi)線圈的磁通量不變化，過程中沒有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，即線圈在0t4和t23t4內(nèi)有感應(yīng)電動勢，

11、其余時間內(nèi)沒有，而線圈m 在整個過程中都有感應(yīng)電動勢，故即便電阻相等，兩者的電流有效值也不會相同，d 錯誤故選bc. 12如圖 9所示，單匝矩形線圈放置在磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場中，以恒定的角速度 繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向垂直于紙面向里，線圈所圍面積為s，線圈導(dǎo)線的總電阻為r，t0時刻線圈平面與紙面重合則( ) 圖 9 a線圈中電流t時刻瞬時值表達式為ibsrcos b線圈中電流的有效值為ibs rc線圈中電流的有效值為i2bs2rd線圈消耗的電功率為p錯誤 !cd 回路中感應(yīng)電動勢最大值embs，電流最大值imemrbsr，t0時線圈在中性面，故電流瞬時值表達式ibsrsin ， 線圈中電流的

12、有效值iim22bs 2r，pi2rb22s22r，故 a、b 錯誤， c、d 正確 二、計算題(本大題共 4小題，共 52分，按題目要求作答) 13(12分 )如圖 10所示，匝數(shù)為100匝、邊長為 0.2 m的正方形線圈，在磁感應(yīng)強度為2 t的勻強磁場中，從中性面開始以10rad/s的角速度繞 oo軸勻速轉(zhuǎn)動若線圈自身電阻為2 ，負載電阻r6 ，取 210，則開始轉(zhuǎn)動120s內(nèi)在 r上產(chǎn)生的熱量為多少？【導(dǎo)學(xué)號： 53932079】圖 10 7 / 9 【解析】感應(yīng)電動勢的最大值為emnbs 10020.20.210 v 80 v有效值為eem2 402 v電流的有效值為ier r4026

13、2a52 a故產(chǎn)生的熱量為qi2rt150 j. 【答案】150 j 14(12分 )如圖 11所示為一周期性變化的電壓，求其電壓的有效值圖 11 【解析】 由題圖可知該電壓的變化周期t16102s.由于該電壓不是正弦交變電壓，所以其有效值要由定義來計算，即找與其相等熱效應(yīng)的直流電壓值：在一個周期內(nèi)經(jīng)過電阻r 的發(fā)熱量為：q1u2 1(t1t4)/ru2(t2t3)/r，式中 t1、t2、t3、t4分別為圖中一個周期內(nèi)對應(yīng)的電壓u1、u2的通電時間另一個直流電路通過電阻r 的發(fā)熱量為q2(u2/r)t，由定義可知q1 q2，得 u錯誤 !u2 1u2 22，則 u62.5 v7.91 v ，即

14、為所求電壓的有效值【答案】 7.91 v 15.(14分)交流發(fā)電機模型的矩形線圈abcd在勻強磁場中繞與磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動線圈共有n匝，邊長 abl1，bcl2，線圈的內(nèi)電阻為r，外電阻為 r，磁感應(yīng)強度是b，線圈轉(zhuǎn)動的角速度是 ，如圖 12所示求：圖12 (1)感應(yīng)電動勢的最大值；(2)轉(zhuǎn)動過程中電流表的讀數(shù)；(3)線圈轉(zhuǎn)動一周，外力做了多少功？【解析】 (1)感應(yīng)電動勢的最大值emnbl1l2 . 8 / 9 (2)根據(jù)有效值與最大值的關(guān)系eem2得電壓有效值e12nbl1l2根據(jù)閉合電路歐姆定律ierr錯誤 !. (3) 線圈勻速轉(zhuǎn)動，外力做的功等于電路所產(chǎn)生的電能wi2(r r)t n2b2l2 1l2 2rr. 【答案】 (1)nbl1l2(2)錯誤 !(3) n2b2l2 1l2 2rr16(14分 )將交變電壓 u2202sin(100t)v 接到“ 220 v 100 w”的燈泡兩端，若燈泡燈絲電阻保持不變，求：(1)通過燈泡的電流的最大值；(2)燈泡的實際功率；(3)每秒鐘電流方向改變的次數(shù)；(4)通過燈泡的電流i的瞬時值表達式【解析】(1)交變電壓的有效值u22022v220 v ，燈泡的額定電壓為u220 v， 因此燈泡恰好正常發(fā)光由“ 2