2019沪科版高中物理选修3-2第1章《研究交变电流》测试题含答案

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2019沪科版高中物理选修3-2第1章《研究交变电流》测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题，每小题3.0分,共60分)


1.正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图甲所示的方式连接，R＝10 Ω，交流电压表的示数是10 V．图乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则(　　)


A． 通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝cos(100πt) A
B． 通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝cos(50πt) A
C．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR＝5cos(100πt) V
D．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR＝5cos(50πt) V
2.一个小型电热器若接在输出电压为10 V的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦式交流电源上，其消耗的电功率为.如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为(　　)
A． 5 V
B． 5V
C． 10 V
D． 10V
3.在图中L为电感线圈，C为电容，A、B为两只相同的灯泡，将它们接在电压为u的交流电源上，两只灯泡的亮度一样．若保持电源电压不变，而将电源频率增大，下列说法中正确的是(　　)

A． 两灯泡的亮度不变
B． A灯泡亮度不变，B灯泡变亮
C． A灯泡变暗，B灯泡变亮
D． A灯泡变亮，B灯泡变暗
4.线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，t＝0时感应电动势为零，在t＝0.3 s时感应电动势达到最大值6 V，已知线圈转动周期大于0.5 s，则t＝0.4 s时感应电动势的可能值是(　　)
A． 0
B． 6 V
C． 3V
D． 3 V
5.如图一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图，下列说法中正确的是(　　)

A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻线圈位于中性面
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D． 每当e变化方向时，通过线圈的磁通量最大
6.如图所示，一圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线圈，铁芯与磁极的缝隙间形成了辐向均匀磁场，磁场的中心与铁芯的轴线重合．当铁芯绕轴线以角速度ω沿顺时针方向匀速转动时，下列线圈中电流随时间变化的图象，正确的是(从图位置开始计时，N、S极间缝隙的宽度不计，以a边的电流进入纸面，b边的电流出纸面为正方向)(　　)

A．B．C．D．
7.某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流．现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图象是(　　)



A．B．



C．D．
8.频率为50 Hz的交变电流，其电压u＝120sinωtV，把它加在激发电压、熄灭电压均为85 V的霓虹灯的两端，则在半个周期内霓虹灯点亮的时间是(　　)
A．s
B．s
C．s
D．s
9.如图所示图象中不属于交流电的有(　　)



A．B．C．D．
10.一矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交变电动势e随时间t变化的情况如图所示，下列说法中正确的是(　　)

A． 此交流电的频率为0.2 Hz
B． 此交变电动势的有效值为1 V
C．t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行
D． 在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为Wb
11.如图所示，是一多匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电动势的图象，根据图象可知(　　)

A． 此交变电动势的瞬时表达式为e＝200sin 0.02tV
B． 此交变电动势的瞬时表达式为e＝200sin 100πtV
C．t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零
D．t＝0.02 s时，穿过线圈的磁通量的变化率最大
12.如图所示是磁电式电流表的结构图和磁场分布图，若磁极与圆柱间的磁场都是沿半径方向，且磁场有理想的边界，线圈经过有磁场的位置处磁感应强度大小相等．某同学用此种电流表中的线圈和磁体做成发电机使用，让线圈匀速转动，若从图中水平位置开始计时，取起始电流方向为正方向，表示产生的电流随时间变化关系的下列图象中正确的是(　　)




A．B．C．D．
13.线圈在匀强磁场中转动时产生交流电，则下列说法中正确的是(　　)
A． 当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势最大
B． 当穿过线圈的磁通量为零时，线圈中感应电动势也是零
C． 线圈在磁场中每转一周，产生的感应电动势和感应电流的方向改变一次
D． 每当线圈越过中性面时，感应电动势和感应电流的方向就改变一次
14.某交变电压为u＝8sin(157t) V，则(　　)
A． 用此交变电流作打点计时器的电源时，打点周期为0.02 s
B． 此交变电流可作为电磁打点计时器的工作电源
C． 把额定电压为8 V的小灯泡接在此电源上，小灯泡正常发光
D． 把击穿电压为6 V的电容器接在此电源上，电容器正常工作
15.判断图中哪个是正弦式交变电流(　　)



A．B．C．D．
16.在如图所示的交流电路中，保持电源电压一定，当交变电流的频率增大时，各交流电压表的示数将(　　)

A． V1、V3增大，V2减小
B． V1不变，V2减小，V3增大
C． V1不变，V2增大，V3减小
D． V1、V2、V3都不变
17.图为电流i随时间t变化的图线，则其中不属于交变电流的是(　　)
A．B．C．D．
18.两只相同的白炽灯L1、L2接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感器串联，当a，b处接电压最大值为Um，频率为f的正弦式交流电源时，两灯都发光，且亮度相同，更换一个新的正弦式交流电源后灯L1的亮度大于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是(　　)

A． 最大值仍为Um，而频率大于f
B． 最大值仍为Um，而频率小于f
C． 最大值小于Um，而频率仍为f
D． 最大值大于Um，而频率仍为f
19.如图所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略．单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那么S接B时(　　)

A． 三个灯亮度相同
B． 甲灯最亮，丙灯不亮
C． 甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮
D． 只有丙灯不亮，乙灯最亮
20.如图甲所示电路中，、、为相同的电流表，C为电容器，电阻R1、R2、R3的阻值相同，线圈L1的电阻不计，在某段时间内通过闭合线圈L内的磁场变化如图乙所示，则在t1～t2时间内(　　)

A．的示数比的小
B．的示数比的小
C．和的示数相同
D． 电流表的示数都不为零


第II卷
二、计算题(共4小题，每小题10.0分,共40分)


21.如图乙一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，如图甲所示．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．

22.闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r/min，若线圈平面转至与磁场平行时的电动势为2 V，求从中性面开始计时．
(1)产生的交流电动势的表达式；
(2)电动势的峰值；
(3)从中性面起经过s，交流电动势的大小．
23.如图所示，两根不计电阻的倾斜平行导轨与水平面的夹角θ＝37°，底端接电阻R＝1.5 Ω.金属棒ab的质量为m＝0.2 kg、电阻r＝0.5 Ω，垂直搁在导轨上由静止开始下滑，金属棒ab与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.25，虚线为一曲线方程y＝0.8sin (x) m、与x轴所围空间区域存在着匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T、方向垂直于导轨平面向上(取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)．求：
(1)当金属棒ab下滑的速度为m/s 时，电阻R上消耗的电功率是多少？
(2)若金属棒ab从静止开始运动到x0＝6 m处，电路中消耗的电功率为0.8 W，在这一过程中，安培力对金属棒ab做了多少功？

24.磁感应强度为0.8 T的匀强磁场中， 有一边长为20 cm的10匝正方形线圈， 线圈的总电阻为1 Ω， 线圈外接一阻值为9 Ω的电阻R,若以某一边长为轴在磁场中匀速转动， 现测得电阻R上的电功率为4.5 W．求：
(1)线圈产生的感应电动势的最大值．
(2)线圈在磁场中匀速转动的转速．




答案
1.【答案】A
【解析】由题图可知：u＝Umcosωt，ω＝＝100π，而交流电压表的示数是有效值，故Um＝10V，uR＝10cos(100πt) V．据欧姆定律iR＝＝cos(100πt) A.
2.【答案】C
【解析】根据P＝，对直流电有P＝，对正弦式交流电有＝，所以正弦式交流电的有效值为U′＝＝V，故交流电源输出电压的最大值Um′＝U′＝10 V，故选项C正确，选项A、B、D错误．
3.【答案】C
【解析】频率越大，电感线圈的感抗越大，电容器的容抗越小，所以，将电源的频率增大时，A灯变暗，B灯变亮．
4.【答案】C
【解析】由题意可知，最大值为6 V，周期为T＝0.3×4 s＝1.2 s；
则其瞬时值表达式e＝6sint＝6sin；
故0.4 s时的感应电动势为e＝6sin＝3V.
故选C.
5.【答案】D
【解析】t1、t3时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，A、C错误；t2时刻感应电动势最大，线圈位于中性面的垂直位置，穿过线圈的磁通量为零，B错误；由于线圈每经过一次中性面时，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，e变换方向，所以D正确．
6.【答案】D
【解析】由于磁场是均匀的辐向分布，因此a、b边切割磁感线的有效长度不变，产生的是直流电，A、B错；a边向右切割磁感线，由右手定则可知感应电流垂直纸面向外，为负方向，b边产生的感应电流垂直纸面向外，为负方向，D对；C错；故选D.
7.【答案】B
【解析】转子转速为正常时的一半，据ω＝2πn＝知，周期变为正常时的2倍，又据Em＝NBSω知，最大值变为正常时的一半，结合我国电网交流电实际情况，知正确选项为B.
8.【答案】C
【解析】该交变电压的周期T＝s＝0.02 s，电压的最大值Um＝120V≈170 V＝2×85 V.

作出交变电压的u－t图象如图所示，由于加在霓虹灯两端电压大于85 V时灯管才发光，由图象可知在半个周期内灯管点亮的时间是Δt＝t2－t1，
u＝170sin(2πft) V＝85 V
则2πft1＝，t1＝s
2πft2＝，t2＝s
所以Δt＝t2－t1＝s
即霓虹灯在半个周期内被点亮的时间为s.
9.【答案】C
【解析】交流电是指电流的方向发生变化的电流，电流的大小是否变化对其没有影响，电流的方向变化的是A、B、C，故A、B、D是交流电，C是直流电．
10.【答案】D
【解析】由题图可知，此交流电的周期T＝0.2 s，频率f＝＝5 Hz，A错．E＝＝V，B错误．t＝0.1 s时，感应电动势为0，线圈平面与磁感线垂直，C错误．因Em＝NBSω，其中N＝10，ω＝＝10π rad/s，故Φm＝BmS＝Wb，D正确．
11.【答案】B
【解析】根据正弦式交变电流产生的规律得出e－t图象是正弦曲线，即e＝Emsinωt，其中ω是角速度，不是周期；感应电动势与磁通量的变化率同步变化．
12.【答案】C
【解析】由于线圈在磁场中切割磁感线，切割速度方向总是与磁场方向垂直，磁感应强度B、导线有效长度L和导线切割速率v等都不变化，由E＝BLv，可知产生的感应电动势大小不变，感应电流大小不变．根据右手定则，电流方向做周期性变化，C正确．
13.【答案】D
【解析】当线圈位于中性面时，线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零．故A错误．当穿过线圈的磁通量为零时，磁通量变化率最大，感应电动势最大．故B错误．线圈在磁场中每转一周，产生的感应电动势和感应电流的方向改变两次．经过中性面前后，磁通量变化情况相反，根据楞次定律，经过中性面时，感应电动势和感应电流的方向就改变一次．故D正确．故选D.
14.【答案】B
【解析】根据u＝8sin(157t) V可知＝157 rad/s，解得周期T＝0.04 s，选项A错误；电磁打点计时器所接交流电源的频率不一定是50 Hz，若用该交变电流作为电源，则打点时间间隔为0.04 s，选项B正确；额定电压8 V指的是有效值，选项C错误；电容器击穿电压为6 V，比最大值8 V要小，因此该电容器不能正常工作，选项D错误．
15.【答案】D
【解析】正弦式交变电流，首先应该是交变电流，C虽然形状符合，但不是交变电流，B虽然是交变电流，但不是正弦式交变电流．
16.【答案】C
【解析】电感线圈对交流电的阻碍作用随着频率的增大而增大，因此电压表V2示数增大，电容器对交流电的阻碍作用随着频率的增大而减小，电压表V3减小，电压表V1不变，故选C.
17.【答案】D
【解析】只要电流的大小和方向均随时间做周期性变化，则即为交流电，故A、B、C均为交流；D中电流大小虽然在周期性变化，但方向不变，故D不是交流电．
18.【答案】A
【解析】灯L1的亮度大于L2的亮度，这是因为交流电频率增大，容抗减小，L1变亮；又频率增大，感抗增大，L2变暗．
19.【答案】D
【解析】开关S接A时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过，开关S接B时，电路处于直流工作状态，电容C“隔直、通交”；电感L“阻交、通直”；R对交流、直流有相同的阻抗．可判断此时电路中I丙＝0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与功率(P＝I2R)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮．
20.【答案】C
【解析】本题考查电磁感应与电感、电容对电路的影响，意在考查考生对电磁感应原理及电感与电容在直流电路与交流电路中对电路的影响的理解．因为通过线圈中的磁感应强度随时间发生均匀变化，所以线圈将产生恒定电流，由于线圈L的内阻不计，所以与的示数相同，由于电容的“隔直流，通交流”作用，故的示数为零，C正确．
21.【答案】1.4 A
【解析】从题中Φ－t图线看出Φm＝1.0×10－2Wb，T＝3.14×10－2s．已知感应电动势的最大值Em＝nωΦm，又ω＝，故电路中电流最大值Im＝＝A＝2 A，交流电流表读数是交流电的有效值，即I＝＝1.4 A.
22.【答案】(1)e＝2sin 8πtV　(2)2 V　(3)1 V
【解析】(1)当线圈平面与磁场平行时，电动势最大值为Em＝2 V，又ω＝2πn＝2π×rad/s＝8π rad/s，瞬时值表达式为：e＝Emsinωt＝2sin 8πtV.
(2)电动势的峰值为Em＝2 V.
(3)当t＝s时，e＝2sin 8π×V＝1 V.
23.【答案】(1)0.06 W　(2)3.8 J
【解析】(1)金属棒作切割磁感线运动，产生感应电动势E
E＝Byv①
由曲线方程y＝0.8sin (x) m②
①②式联立解得E＝0.4sin (x) V，正弦交流电
电动势的最大值Em＝0.4V③
电动势的有效值E有＝④
电路的总电阻R总＝R＋r⑤
根据闭合电路欧姆定律I＝⑥
电阻R上消耗的电功率PR
PR＝I2R⑦
由① ～ ⑦ 式联立解得PR＝0.06 W
(2)金属棒ab从静止开始运动至x0＝6 m处，曲线方程
y′＝0.8sin (x0) m⑧
设金属棒在x0处的速度为v′，切割磁感线运动产生感应电动势为E′
E′＝By′v′⑨
此时电路中消耗的电功率为P′
P′＝⑩
此过程中安培力对金属棒做功为W安，根据动能定理　
mgsin 37°x0－μmgcos 37°x0－W安＝mv′2?
由⑧～?式联立解得W安＝3.8 J.
24.【答案】(1)10 V　(2)r/s
【解析】(1)电阻R上的电功率为4.5 W，根据公式P＝()2R＝4.5 W可得该交流电的有效值为U＝5V，故该交流电的最大值为Um＝5×＝10 V
(2)根据Um＝NBωS，ω＝2πn可得n＝r/s.