3.2.1交流电的描述 限时练-2023-2024学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册(含解析)

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名称 3.2.1交流电的描述 限时练-2023-2024学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册(含解析)
格式 docx
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2024-03-18 15:34:24

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3.2.1交流电的描述
时间:40分钟 分值:100分
班级:_____ _____组_____号 姓名:__________ 分数:________ 卷面
选择题(每小题6分,共12小题,总计72分)
1.一矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的电动势,下列说法正确的是(  )
A.该交流电的频率为
B.该交流电的电动势有效值为
C.该交流电的电动势有效值比交流电的小
D.时,穿过矩形线圈的磁通量最小
2.如图1为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.线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向以角速度匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图2所示,下列结论正确的是( )
A.线圈从图1所示位置转过90°时是图2的计时起点
B.每经过图1所示位置1次,电流方向改变1次
C.若线圈的匝数为20,则电动势的最大值是20 V
D.若增大线圈转动的角速度,则磁通量变化率的最大值增大
3.如图甲所示,100匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴匀速转动,产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示,若外接电阻的阻值,线圈的电阻,则下列说法正确的是(  )
A.时通过线圈的磁通量为零
B.时线圈恰好垂直中性面
C.电压表的示数为
D.线圈中产生的感应电动势表达式
4.一正弦式交变电流的i - t图像如图所示。下列说法正确的是(  )
A.在t0.4 s时电流改变方向
B.该交变电流的周期为0.5 s
C.该交变电流的表达式为
D.该交变电流的有效值为
5.一只低压教学电源输出的交变电压瞬时值,关于该电源的规格和使用,以下说法正确的是( )
A.这只电源的交变电压的周期是0.01s
B.这只电源在t=0.01s时电压达到最大值
C.这只电源可以使“10V,2W”的灯泡正常发光
D.“8V、”电容器能接在该电源上
6.一个电热器接在10V的直流电源上,在秒内产生的焦耳热为Q,今将该电热器接在一交流电源上,它在秒内产生的焦耳热为Q,则这一交流电源的交流电压的有效值是(  )
A.5V B. C.10V D.
7.如图甲所示,在匀强磁场中,一巨型金属线圈两次不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势随时间变化的图像分别如图乙中曲线a、b所示,则(  )
A.两次时刻穿过线圈的磁通量均为零
B.曲线a表示的交变电动势的最大值为
C.曲线b表示的交变电动势有效值为
D.曲线a、b对应的线圈转速之比为3:2
8.如图甲所示为一台小型发电机构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势随时间按正弦规律变化,图象如图乙所示。发电机线圈内电阻为,外接灯泡的电阻为。则(  )
A.在的时刻,穿过线圈磁通量最大
B.通过灯泡的电流为
C.电压表的示数为5V
D.前内灯泡消耗的电能为
9.三峡大坝是目前世界上最大的水力发电站,装机容量达2250万千瓦,年发电量1000亿千瓦时。发电机发电的原理可作如图简化:KLMN是一个放在匀强磁场中的矩形导线框,线框绕垂直于磁场的固定轴以角速度沿逆时针方向(俯视)匀速转动。当MN边与磁场方向的夹角为时开始计时(图示位置),此时导线框中产生的电动势为E。下列说法正确的是(  )
A.时刻,电流沿KLMNK方向
B.时刻,穿过线框的磁通量变化率最大
C.该交流电动势的有效值为
D.该交流电动势瞬时值表达式为
10.如图甲所示,标有“,”的电灯和标有“,”的电容器并联接到交流电源上,电压表为交流电压表。交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关,下列判断正确的是(  )
A.时刻,交流电压表V的示数为零
B.电灯会烧坏
C.电容器有可能被击穿
D.交流电压表V的示数保持不变
11.(多选)如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与阻值为R=10 Ω的电阻连接,与电阻R并联的交流电压表为理想电表,示数是10 V。图乙是穿过矩形线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像,线圈电阻忽略不计,则下列说法正确的是(  )
A.电阻R上的电功率为10 W
B.0.02s时R两端的电压瞬时值为零
C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u=10cos100πt(V)
D.通过R的电流i随时间t变化的规律是i=cos100πt(A)
12.(多选)小型发电机线圈共n匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO',线圈绕OO'匀速转动,如图所示(图示位置线圈平面与磁场垂直)。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为E0,则下列说法正确的有( )
A.图示位置线圈内的磁通量变化率为2E0
B.图示位置线圈内的感应电流方向即将发生改变
C.线圈产生的交流电的电动势的有效值是
D.线圈从图示位置转动90°的时间内,感应电动势的平均值是
二、解答题(每题14分,共28分)
13.如图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO'按如图所示方向匀速转动,线圈的匝数n=50、电阻r=5Ω,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R=45Ω,与电阻R串联的交流电流表为理想电表。在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,交流发电机产生的电动势的瞬时值e随时间t按图乙所示余弦规律变化。求:
(1)电路中交流电流表的示数I;
(2)通过线圈的磁通量的最大值;
(3)线圈由图甲所示位置转过90°的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q。
14.如图所示,匀强磁场的磁感应强度,边长的正方形线圈abcd共100匝,线圈总电阻,线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动,角速度,外电路电阻。求:
(1)从图示位置开始感应电动势的瞬时值表达式?
(2)由图示位置转过过程中流过R的电荷量?
(3)不计一切摩擦,线框转动一周外力所做的功W
3.2.1交流电的描述(参考答案)
时间:40分钟 分值:100分
班级:_____ _____组_____号 姓名:__________ 分数:________ 卷面
选择题(每小题6分,共12小题,总计72分)
1.【答案】B【详解】A.由题意可知,该交流电的角速度为:,而,解得该交流电的频率为A错误;B.由题意可知该交流电的电动势的最大值为:,由最大值与有效值的关系可得该交流电的电动势有效值为,B正确;C.由于两交流电的最大值相同,故有效值相同,C错误;D.由于该交流电的周期为故时刻该线圈正处于中性面位置,故穿过其中的磁通量最大,D错误.故选B。
2.【答案】D【详解】A.图2是从磁通量为零的位置开始计时的,则线圈从图1所示位置是图2的计时起点,选项A错误;B.每经过中性面一次电流方向改变1次,即每经过与图1位置垂直的位置时电流方向改变1次,则选项B错误;C.若线圈的匝数为20,则电动势的最大值是选项C错误;D.根据则若增大线圈转动的角速度,则磁通量变化率的最大值增大,选项D正确。故选D。3.【答案】C【详解】AB.根据乙图可知时感应电动势为0,故此时线圈处于中性面位置,通过线圈的磁通量最大,AB错误;C.感应电动势的有效值为 电压表测的是电阻R两端电压,有C正确;D.根据乙图可知,线圈的转动周期为可得线圈中产生的感应电动势表达式为D错误。故选C。
4.【答案】C【详解】A.由图可知t0.4 s时电流为正方向最大,电流方向没有发生变化,故A错误;B.由图可知,该交变电流的周期为T=0.4s,故B错误;C.由图可知,电流的最大值为,角速度为故该交变电流的表达式为故C正确;D.该交变电流的有效值为故D错误。故选C。
5.【答案】C【详解】A.这只电源的交变电压的周期是故A错误;B.t=0.01s时电压值为这只电源在t=0.01s时电压最小,故B错误;C.这只电源的有效值为故这只电源可以使“10V,2W”的灯泡正常发光,故C正确;D.“8V、”电容器的耐压值为,小于这只电源的电动势峰值,电容器会被击穿,“8V、”电容器不能接在该电源上,故D错误。故选C。
6.【答案】B【详解】设直流电压为,交流电压的有效值为,,根据焦耳定律,有解得故选B。
7.【答案】D【详解】A.两次时刻线圈产生的感应电动势均为零,可知此时穿过线圈的磁通量变化量均为零,但穿过线圈的磁通量均最大,故A错误;B.由图乙可知,曲线a表示的交变电动势的最大值为30V,故B错误;C.根据图乙可知,曲线a、b对应的周期之比为则角速度之比为根据电动势最大值表达式可知曲线a、b对应的电动势最大值为可得曲线b表示的交变电动势最大值为曲线b表示的交变电动势有效值为故C错误;D.根据可知曲线a、b对应的线圈转速之比为故D正确。故选D。
8.【答案】D【详解】A.在t=0.005s的时刻,感应电动势最大,此时穿过线圈磁通量为零,故A错误;B.电动势有效值通过灯泡的电流为故B错误;C.电压表的示数为U=IR=4V故C错误;D.前内灯泡消耗的电能为故D正确。故选D。
9.【答案】D【详解】A.根据楞次定律,感应电流的方向总是阻碍线圈磁通量的变化,而时刻,MN边与磁场方向的夹角为,并且沿逆时针方向(俯视)匀速转动,向右的磁通量将要增大,所以感应电流产生的磁场方向向左,感应电流沿KNML方向,A错误;B.时刻,转过的角度为所以此时线圈平面与磁场方向垂直,穿过线框的磁通量最大,但是磁通量变化率最小,B错误;C.该交流电动势的有效值为峰值电动势除以根号二,当MN边与磁场方向的夹角为时的感应电动势为而峰值电动势为该交流电动势的有效值为C错误;D.该交流电动势瞬时值表达式为D正确;故选D。
10.【答案】C【详解】AD.交流电压表示数为有效值220V不变,故AD错误;B.电压有效值正好等于灯泡额定电压,不会烧坏,故B错误;C.电压峰值为约为311V,超过了电容器击穿电压,故C正确;故选C。
11.【答案】AC【详解】A.电阻R上的电功率故选项A正确;B.由题图乙可知,0.02 s时通过线圈的磁通量为零,电动势最大,R两端的电压瞬时值为10V,故选项B错误;C.由题图乙可知,T=0.02s,电动势的最大值为Em=U=10Vω==100π rad/s又因为此交变电流是从垂直于中性面开始计时的,所以R两端的电压u随时间t变化的规律是u=10cos(100πt)V故选项C正确;D.因为通过R的电流i随时间t变化的规律是故选项D错误。故选AC。
12.【答案】BD【详解】A.图示位置线圈磁通量最大,线圈的磁通量变化率为零,选项A错误;B.图示位置ab边和cd边切割磁感线的方向即将发生变化,则线圈内的感应电流方向即将发生改变,选项B正确;C.线圈产生的交流电的电动势的最大值为Em=2nE0则有效值是选项C错误;D.线圈从图示位置转动90°的时间内,感应电动势的平均值是选项D正确。故选BD。
二、解答题(每题14分,共28分)
13.【答案】(1)3A;(2);(3)4.05J
【详解】(1)由图可知感应电动势最大值为,则有效值为
电路中交流电流表的示数
(2)由图可知
根据
解得
(3)线圈由图甲所示位置转过90°的过程中,用时
电阻R上产生的焦耳热
14.【答案】(1);(2);(3)0.8J
【详解】(1)电动势的最大值为
所以电动势的瞬时表达式为
(2)由图示位置转过30°的过程中磁通量的变化量为
所以流过R的电荷量为
(3)线框转动一周外力所做的功为
代入数据解得
3.2.1交流电的描述(答题卡)
时间:40分钟 分值:100分
班级:_____ _____组_____号 姓名:__________ 分数:________ 卷面
二、解答题(每题14分,共28分)
13.
14.
3.2.1交流电的描述(答题卡)
时间:40分钟 分值:100分
班级:_____ _____组_____号 姓名:__________ 分数:________ 卷面
二、解答题(每题14分,共28分)
13.
14.