人教版物理高二选修3-2第5章第1节交变电流同步检测卷

登陆21世纪教育 助您教考全无忧
人教版物理高二选修3-2第5章
第1节交变电流同步检测卷
一、选择题
1．我国家庭照明电路的电压随时间变化的规律为u＝311sin100πt(V)。下列说法中正确的是( )
A．标有“输入电压100V~240V、50Hz”旅行充电器接在该交流电上可以正常工作
B．标有“输入电压100V~240V、100Hz”旅行充电器接在该交流电上可以正常工作
C．该交流电只能给标有311V的用电器供电
D．该交流电给用某电器供电与用311V的稳恒直流电给该用电器供电，效果相同
答案：A
解析：解答：由u＝311sin100πt(V)可知，该交流电的最大值为311V，有效值为，，故选项A正确，选项B错误；该交流电给用某电器供电与用220V的稳恒直流电给该用电器供电，效果相同，故选项D错误。
故选A
分析：本题考查描述交变电流的物理量，比较简单。
2．理想变压器原、副线圈的匝数比为4：1,原线圈接在的交流电源上,副线圈所接的负载电阻是11Ω,则副线圈中电流大小是（ ）
A．5A B．11A C．20A D．55A
答案：A
解析：解答： 原线圈电压有效值为，由得变压器次级电压,则副线圈电流，选项A正确。
故选A
分析：本题考查描述交变电流的物理量，比较简单。
3．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是（ ）
A．线圈每经过中性面一次,感应电流方向改变一次，感应电动势方向不变
B．线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次
C．线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次
D．线圈转动一周,感应电流和感应电动势方向都只改变一次
答案：B
解析：解答：线圈每经过中性面一次，感应电动势和电流方向都改变一次，选项A错误，B正确；
线圈转动一周，感应电流和感应电动势方向都改变两次，选项CD错误；
故选B
分析：线圈每经过中性面一次，感应电动势和电流方向都改变一次；线圈转动一周，感应电流和感应电动势方向都改变两次。
4．关于交变电流和直流电的说法中，正确的是( )
A．如果电流大小随时间做周期性变化，则一定是交变电流
B．直流电的大小和方向一定不变
C．交变电流一定是按正弦规律变化的
D．交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化
答案：D
解析：解答：直流电的特征是电流的方向不变，电流的大小可以改变．交变电流的特征是电流的方向随时间改变．交变电流有多种形式，正弦式交流电只是交变电流中最基本、最简单的一种。
故选D
分析：直流电的特征是电流的方向不变，电流的大小可以改变．交变电流的特征是电流的方向随时间改变。
5．如图所示为演示交变电流的装置图，关于这个实验，正确的说法是( )
A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次
B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C．图示位置，ab边的感应电流方向为由a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
答案：C
解析：解答：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错；
线圈平面垂直于磁感线的位置称为中性面，显然图示位置不是中性面，所以B错；
线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为由a→b；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，所以C对D错。
故选C
分析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次；线圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大。
6．如图所示，属于交流电的是( )
A.
B.
C.
D.
答案：C
解析：解答：方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征．A、B、D三项所示的电流大小随时间做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们所表示的是直流电．C选项中电流的方向随时间做周期性变化。
故选C
分析：方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征。
7．下列线圈中不能产生交变电流的是( )
A.
B.
C.
D.
答案：A
解析：解答：由正弦式交流电的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状没有特别要求。
故选A
分析：正弦式交流电的轴必须垂直于磁感线。
8.如图所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连．M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连．在线圈转动过程中，通过电阻R的电流( )
A．大小和方向都随时间做周期性变化
B．大小和方向都不随时间做周期性变化
C．大小不断变化，方向总是P→R→Q
D．大小不断变化，方向总是Q→R→P
答案：C
解析：解答：由于MN换向器的作用，由右手定则可知通过R的电流方向不变，总是由P→R→Q.故C选项正确.
故选C
分析：本题利用右手定则分析即可。
9．一台旋转电枢式交流发电机，在正常工作时的正弦电动势，由于超负荷使电枢转速降低了，这时的电动势是( )
A． B．
C． D．
答案：D
解析：解答：由于超负荷，使电枢转速降低了，即转速变为原来的，n′＝0.9n，所以电动势的最大值，角速度ω′＝2πn′＝2π×0.9n＝0.9ω＝0.9×100π rad/s＝90π rad/s ，所以电动势为。
故选D
分析：本题考查描述交变电流的物理量，比较简单。
10．矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示．下列结论不正确的是( )
A．在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，电动势为零
B．在t＝0.2 s和t＝0.4 s时，电动势改变方向
C．电动势的最大值是157 V
D．在t＝0.4 s时，磁通量变化率最大，其值为3.14 Wb/s
答案：B
解析：解答：在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，矩形线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为0，电动势为0，此时电动势改变方向，故A正确、B错误；
由图象可知，周期为0.4 s，故角速度，而最大电动势为Em＝nBSω＝157 V，C正确；
在t＝0.4 s时，磁通量为0，磁通量变化率最大，其值为3.14 Wb/s，故D正确 。
故选B
分析：本题考查描述交变电流的物理量，比较简单。
11．线圈在匀强磁场中转动产生电动势e＝10sin 20πt V，则下列说法正确的是( )
A．t＝0时，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大
C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速率最大
D．t＝0.4 s时，e有最大值
答案：B
解析：解答： 由电动势的瞬时值表达式知，计时从线圈位于中性面时开始，所以t＝0时，线圈平面位于中性面，磁通量为最大，但此时导线线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速率为零，B正确，A、C错误；
当t＝0.4 s时，e＝10sin 20πt V＝10×sin(20π×0.4) V＝0，D错误。
故选B
分析：t＝0时，线圈平面位于中性面，磁通量为最大，感应电动势为0.
12．如图所示，甲、乙两个并排放置的共轴线圈，甲中通有如图所示的电流，则( )
A．在t1到t2时间内，甲乙相斥
B．在t2到t3时间内，甲乙相吸
C．t1时刻两线圈间作用力为零
D．t2时刻两线圈间吸引力最大
答案：CA
解析：解答： 甲回路电流的磁场减弱时，由楞次定律知，乙回路将产生与甲同向环绕的感应电流．甲、乙电流之间通过磁场发生相互作用，甲、乙相吸．同理，当甲中电流增强时，甲、乙互相排斥，故A、B选项都错误；
t1时刻，甲中电流产生的磁场变化率为零，则乙线圈感生电流瞬时值为零，而t2时刻，甲中的电流变化最快，乙中感生电流最强，但此时甲中电流瞬时值为零，所以t1、t2时刻，甲、乙电流间相互作用力为零，C正确，D错误。
故选C
分析：本题考查对楞次定律的理解以及对图像的分析能力。
13．如图甲所示，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．当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在时刻( )
A．线圈中的电流最大
B．穿过线圈的磁通量为零
C．线圈所受的安培力最大
D．线圈中的电流为零
答案：D
解析：解答： 时，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B错误；
由于此时感应电动势为零，所以线圈中电流为零．线圈所受的安培力为零，A、C错误，D正确 。
故选D
分析：线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零，线圈所受的安培力为零。
14．如图所示，在水平匀强磁场中一矩形闭合线圈绕OO′轴匀速转动，若要使线圈中的电流峰值减半，不可行的方法是( )
A．只将线圈的转速减半
B．只将线圈的匝数减半
C．只将匀强磁场的磁感应强度减半
D．只将线圈的边长减半
答案：B
解析：解答：由，，ω＝2πn，得，故A、C正确；又电阻R与匝数有关，当匝数减半时电阻R也随之减半，则Im不变，故B错误；
当边长减半时，面积S减为原来的，而电阻减为原来的，故D正确 。
故选B
分析：本题考查描述交变电流的物理量的相关计算。
15．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，由图可知( )
A．在A、C时刻线圈处于中性面位置
B．在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．从A时刻到D时刻线圈转过的角度为π
D．若从O时刻到D时刻经过0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次
答案：D
解析：解答：A、C时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直，A错；
B、D时刻感应电流为零，线圈在中性面，此时磁通量最大，B错；
从A时刻到D时刻线圈转过角度为，C错；
若从O时刻到D时刻经过0.02 s，即线圈转动一周用时0.02 s，且在这个时间内电流方向改变2次，则在1 s内交变电流的方向改变100次 ，D对。
故选D
分析：线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零；线圈转动一周用时0.02 s
则在1 s内交变电流的方向改变100次 。
16.如图所示，一矩形线圈abcd，已知ab边长为l1，bc边长为l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图示位置开始匀速转动，则t时刻线圈中的感应电动势为( )
A．0.5Bl1l2ωsin ωt B．0.5Bl1l2ωcos ωt
C．Bl1l2ωsin ωt D．Bl1l2ωcos ωt
答案：D
解析：解答： 因为开始时刻线圈平面与磁感线平行，即从垂直于中性面开始运动，所以开始时刻线圈中感应电动势最大为Em＝Bl1l2ω，感应电动势的表达形式应为余弦形式，因此在t时刻线圈中的感应电动势为Bl1l2ωcos ωt。
故选D
分析：本题考查描述交变电流的物理量的计算，比较简单。
17．如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则图丙中正确的是( )
A.
B.
C.
D.
答案：D
解析：解答：矩形线圈绕垂直于匀强磁场的转轴匀速转动产生正弦式交变电流，在开始计时(t＝0)时线圈达到图乙所示的位置，据右手定则判断电流为负方向，首先排除A、B选项；
若到达图甲所示的位置，感应电流为负向的峰值，可见t＝0的时刻交变电流处于负半周且再经到达中性面位置，即φ0＝，瞬时表达式i＝Imsin(ωt－φ0)，所以，t＝，所以D符合要求。
故选D
分析：关于图像问题要学会用排除法求解。
二、填空题
18．有一正弦交流电，它的电压随时间变化的情况如图所示，则电压的峰值为 V；有效值为 V；交流电的；频率为 Hz.
答案：10V |V或7.07V|2.5Hz
解析：解答： 由图可知，该交流电的电压最大值为：，所以有效值为：，。
分析：本题考查对正弦式电流的图象和三角函数表达式的分析以及正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率的计算。
19．一台发电机产生的电动势的瞬时值表达式为：，则此发电机产生的电动势的最大值为 V，有效值为 V，发电机转子的转速为 转/秒。
答案：311|220|100
解析：解答：电动势的瞬时值表达式为，可知电动势的最大值为，有效值为，角速度ω=314 rad/s,根据ω＝2πn可得转速为n=100转/秒。
分析：本题考查描述交变电流的物理量的计算，比较简单。
20．交流发电机工作时，电动势瞬时值表达式为e=Emsinωt,若将电枢的转速提高1倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变。则其电动势瞬时值的表达式为 .
答案：
解析：解答：
解：交流发电机工作时的电动势最大值表达式，将发电机电枢的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，电动势最大值表达式，角速度为ω′=2ω，则其电动势变为．
分析：根据交流发电机工作时的电动势最大值表达式，求出电枢的转速提高一倍，电枢所围面积减小一半时感应电动势最大值，再写出电动势的表达式。
21．在匀强磁场中有一线圈，磁感应强度与线圈平面的夹角为α，已知穿过这个线圈的磁通量为Φ，线圈的面积为S，这个磁场的磁感应强度为 。
答案：
解析：解答：穿过线圈的磁通量，所以这个磁场的磁感应强度为 。
分析：磁通量中B、S应该垂直。
三、综合题
22．如图所示，匀强磁场B＝0.50 T，矩形线圈的匝数N＝100 匝，边长Lab＝0.20 m，Lbc＝0.10 m，以3 000 r/min的转速匀速转动，若线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
(1)交变电动势的瞬时值表达式；
答案：线圈的角速度ω＝2πn＝314 rad/s
线圈电动势的最大值Em＝NBSω＝314 V
故交变电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt＝314sin 314t V
(2)若线圈总电阻为2 Ω，线圈外接电阻为8 Ω，写出交变电流的瞬时值表达式；
答案：所以交变电流的瞬时值表达式为i＝31.4sin 314t A
(3)线圈由图示位置转过π/2的过程中，交变电动势的平均值．
答案：
解析：解答： (1)线圈的角速度ω＝2πn＝314 rad/s线圈电动势的最大值Em＝NBSω＝314 V
故交变电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt＝314sin 314t V.(2) 所以交变电流的瞬时值表达式为i＝31.4sin 314t A(3)
分析：本题考查描述交变电流的物理量的相关计算，比较简单；同时平均感应电动势应该用来计算。
23．如图甲所示，矩形线圈匝数N＝100匝，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场磁感应强度B＝0.8 T，绕轴OO′从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100π rad/s，试求：
(1)穿过线圈的磁通量最大值Φm为多大？线圈转到什么位置时取得此值？
答案：当线圈转至与磁场垂直时，磁通量有最大值;
所以Φm＝BS＝0.8×0.3×0.2 Wb＝0.048 Wb
(2)线圈产生的感应电动势最大值Em为多大？线圈转到什么位置时取得此值？
答案：线圈与磁场平行时，感应电动势有最大值Em＝NBSω＝480π V
(3)写出感应电动势e随时间变化的表达式.
答案：表达式e＝Emcos ωt＝480πcos 100πt V
解析：解答： (1)当线圈转至与磁场垂直时，磁通量有最大值;所以Φm＝BS＝0.8×0.3×0.2 Wb＝0.048 Wb(2)线圈与磁场平行时，感应电动势有最大值Em＝NBSω＝480π V(3)表达式e＝Emcos ωt＝480πcos 100πt V
分析：写交变电流瞬时表达式要分清是正弦还是余弦，开始线框在中性面是为正弦，开始与中性面垂直时为余弦。
24．如图所示，一半径为r＝10 cm的圆形线圈共100匝 ，在磁感应强度B＝T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n＝600 r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时．
(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式；
答案：圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴线匀速转动时，线圈内产生正弦式交变电动势，当线圈平面在中性面时开始计时，其表达式为e＝Emsin ωt.
e＝Emsin ωt，Em＝NBSω，ω＝20π rad/s，故e＝100sin 20πt V.
(2)求线圈从图示位置开始在1/60 s时的电动势的瞬时值．
答案：当t＝s时，代入瞬时表达式得e＝86.6 V。
解析：解答： 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴线匀速转动时，线圈内产生正弦式交变电动势，当线圈平面在中性面时开始计时，其表达式为e＝Emsin ωt.(1)e＝Emsin ωt，Em＝NBSω，ω＝20π rad/s，故e＝100sin 20πt V.(2)当t＝s时，代入瞬时表达式得e＝86.6 V。
分析：写交变电流瞬时表达式要分清是正弦还是余弦，开始线框在中性面是为正弦，开始与中性面垂直时为余弦。
25.如图所示，一小型发电机内有n＝100匝矩形线圈，线圈面积S＝0.10 m2，线圈电阻可忽略不计．在外力作用下矩形线圈在B＝0.10 T匀强磁场中，以恒定的角速度ω＝100π rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，发电机线圈两端与R＝100 Ω的电阻构成闭合回路．求：
(1)线圈转动时产生感应电动势的最大值；
答案：线圈中感应电动势的最大值Em＝nBSω＝3.14×102 V.
(2)从线圈平面通过中性面时开始，线圈转过90°角的过程中，通过电阻R横截面的电荷量．
答案：设从线圈平面通过中性面时开始，线圈通过90°角所
用时间为Δt，线圈中的平均感应电动势
所以通过电阻R的平均电流
在Δt时间内通过电阻横截面的电荷量
解析：解答： (1)线圈中感应电动势的最大值Em＝nBSω＝3.14×102 V.(2)设从线圈平面通过中性面时开始，线圈通过90°角所
用时间为Δt，线圈中的平均感应电动势
所以通过电阻R的平均电流
在Δt时间内通过电阻横截面的电荷量
分析：本题主要是第（2）中通过电阻R横截面的电荷量的计算，电荷量中的I应该是平均电流，而不是有效值。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品资料·第 14 页 （共 17 页） 版权所有@21世纪教育网