2019-2020年高三物理一輪總復習第10章《交變電流傳感器》1交變電流的產生和描述課時作業(yè)新人教版.doc

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2019-2020年高三物理一輪總復習第10章《交變電流傳感器》1交變電流的產生和描述課時作業(yè)新人教版 一、選擇題 1. (多選)(xx廣東聯(lián)考)某正弦交流電的i－t圖象如圖所示，則該電流的(　　) A．頻率f＝0.02 Hz B．有效值I＝10 A C．峰值Im＝10 A D．瞬時值表達式i＝20sin 100πt(A) 【解析】　由題圖可知，該交流電的周期為0.02 s，則頻率為50 Hz，角速度為100π，最大值為20 A，則有效值為10 A，瞬時值表達式為：i＝20sin100πt(A)，即BD正確． 【答案】　BD 2．(xx廣東聯(lián)考) 將正弦交流電經(jīng)過整流器處理后，得到的電流波形剛好去掉了半周，如圖所示，它的有效值是(　　) A．2 A B. A C. A D．1 A 【解析】　該交變電流通過定值電阻R后，在一個周期內產生的熱量為Q＝2RT＝I2RT，解得I＝1 A，選項D正確． 【答案】　D 3．在勻強磁場中，一矩形金屬線圈繞與磁感線垂直的轉軸勻速轉動，如圖甲所示，產生的交變電動勢的圖象如圖乙所示，則(　　) A．t＝0.005 s時線圈平面與磁場方向平行 B．t＝0.010 s時線圈的磁通量變化率最大 C．線圈產生的交變電動勢頻率為100 Hz D．線圈產生的交變電動勢有效值為311 V 【解析】　t＝0.005 s時線圈平面與磁場方向平行，感應電動勢最大，選項A正確；t＝0.010 s時線圈的磁通量最大，變化率最小，選項B錯誤；線圈產生的交變電動勢周期0.02 s，頻率為50 Hz，選項C錯誤；線圈產生的交變電動勢最大值為311 V，選項D錯誤． 【答案】　A 4．交流發(fā)電機在工作時產生的電壓的表達式為u＝Umsinωt，保持其他條件不變，使該線圈的轉速和匝數(shù)同時增加一倍，則此時電壓的變化規(guī)律變?yōu)?　　) A．4Umsinωt B．4Umsin2ωt C．2Umsinωt D．Umsinωt 【解析】　線圈的轉速和匝數(shù)同時增加一倍，則Um增加到原來的4倍，線圈的轉速增加一倍，則ω為原來的2倍，故電壓的變化規(guī)律變?yōu)?Umsin2ωt，選項B正確． 【答案】　B 5．(多選)如圖所示，發(fā)電機內部線圈處于磁鐵和圓柱形鐵芯之間的徑向磁場中，兩半邊間的過渡區(qū)域寬度很小，可忽略不計．線圈的總匝數(shù)為N、總電阻為r，每匝線圈的面積為S，線圈所在位置的磁感應強度大小為B.當線圈以角速度ω勻速轉動時，額定電壓為U、電阻為R的小燈泡在電路中恰能正常發(fā)光，則發(fā)電機產生的感應電動勢的有效值是(　　) A．NBSω B.NBSω C．U D.U 【解析】　根據(jù)題述線圈處于磁鐵和圓柱形鐵芯之間的徑向磁場中，當線圈以角速度ω勻速轉動時，產生的交變電流為矩形波，發(fā)電機產生的感應電動勢的有效值為NBSω，故選項A正確，B錯誤；由閉合電路的歐姆定律可得E＝U＋r＝U，故選項C錯誤，D正確． 【答案】　AD 6. 如圖所示電路，電阻R1與電阻R2阻值相同，都為R，和R1并聯(lián)的D為理想二極管(正向電阻可看作零，反向電阻可看作無窮大)，在A、B間加一正弦交流電u＝20sin(100πt) V，則加在R2上的電壓有效值為(　　) A．10 V B．20 V C．15 V D．5 V 【解析】　由二極管的單項導電性可知，若二極管導通，加在R2上的電壓波形為半個周期最大值為20 V，若二極管截止，R1、R2串聯(lián)，則R2上的電壓半個周期最大值為10 V．由有效值的定義可得加在R2上的電壓有效值為5 V，選項D正確． 【答案】　D 7. 如圖所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉動，當線圈平面轉到與磁場方向平行時，下列說法正確的是(　　) A．線圈繞P1轉動時的電流等于繞P2轉動時的電流 B．線圈繞P1轉動時的電動勢小于繞P2轉動時的電動勢 C．線圈繞P1和P2轉動時電流的方向相同，都是a→b→c→d D．線圈繞P1轉動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉動時dc邊受到的安培力 【解析】　由法拉第電磁感應定律知，線圈繞軸P1、P2轉動到題述位置時的電動勢均為E＝BSω，電流均為I＝＝，故A正確，B錯誤；由右手定則知，此時感應電流的方向為a→d→c→b→a，故C錯誤；由F＝BIL，可知兩種情況下dc邊所受安培力相等，所以D錯誤． 【答案】　A 8．風速儀的簡易裝置如圖甲所示．在風力作用下，風杯帶動與其固定在一起的永磁鐵轉動，線圈中的感應電流隨風速的變化而變化．風速為v1時，測得線圈中的感應電流隨時間變化的關系如圖乙所示；若風速變?yōu)関2，且v2>v1，則感應電流的峰值Im和周期T的變化情況是(　　) A．Im變大，T變小 B．Im變大，T不變 C．Im變小，T變小 D．Im不變，T變大 【解析】　由于線圈和永磁鐵不變，風速增大時，轉速增大，磁感應強度的變化率增大，故感應電動勢增大，感應電流增大；轉速增大，周期變小，故A正確． 【答案】　A 9. 如圖所示為發(fā)電機結構示意圖，其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極，其表面呈半圓柱面狀．M是圓柱形鐵芯，它與磁極柱面共軸，鐵芯上繞有矩形線框，可繞與鐵芯共軸的固定軸轉動．磁極與鐵芯間的磁場均勻輻射分布．從圖示位置開始計時，當線框勻速轉動時，圖中能正確反映線框感應電動勢e隨時間t的變化規(guī)律的是(　　) 【解析】　矩形線框在均勻輻向磁場中轉動，v始終與B垂直，由E＝BLv知E大小不變，方向周期性變化． 【答案】　D 10．傳統(tǒng)的自行車發(fā)電機內部電路如圖甲所示，驅動軸一端與自行車車輪相連，另一端連接條形永久磁鐵，車輪轉動過程中，驅動軸帶動磁鐵在C形軟鐵芯之間勻速轉動，發(fā)電機線圈兩端產生的交變電壓波形如圖乙所示．已知波形圖中正負尖峰電壓分別為Um和－Um，兩個相鄰正負尖峰電壓所對應的時間差為Δt，發(fā)電機線圈匝數(shù)為n.下列判斷正確的是(　　) A．驅動軸轉動的角速度ω＝2π/Δt B．線圈電壓的有效值U＝Um/2 C．穿過線圈磁通量變化率的最大值km＝Um/n D．相鄰兩個向上尖峰時間內，線圈電壓的平均值U＝Um/2 【解析】　已知兩相鄰正負尖峰電壓對應時間差為Δt，可得交變電流的周期T＝2Δt，驅動軸轉動的角速度ω＝2π/(2Δt)＝π/Δt，A錯誤；交變電流不是按正弦規(guī)律變化的，電壓最大值與有效值的關系不是Um＝U，B錯誤；由法拉第電磁感應定律得，感應電動勢與磁通量變化率成正比，Um＝nkm，穿過線圈磁通量變化率的最大值km＝Um/n，C正確；相鄰兩個向上尖峰時間內，線圈電壓的平均值為U＝nΔΦ/2Δt，線圈轉過一個完整周期，磁通量變化量為0，電壓平均值為0，D錯誤． 【答案】　C 11. 在垂直紙面向里的有界勻強磁場中放置了矩形線圈abcd.線圈cd邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合．線圈平面與磁場方向垂直．從t＝0時刻起，線圈以恒定角速度ω＝繞cd邊沿如圖所示方向轉動，規(guī)定線圈中電流沿abcda方向為正方向，則從t＝0到t＝T時間內，線圈中的電流i隨時間t變化關系圖象為(　　) 【解析】　在0～內，線圈在勻強磁場中勻速轉動，故產生正弦式交流電，由楞次定律知，電流方向為負值，在～T內，線圈中無感應電流；在T時，ab邊垂直切割磁感線，感應電流最大，且電流方向為正值，故只有B項正確． 【答案】　B 二、非選擇題 12. 如圖所示，n＝50匝的矩形線圈abcd，邊長ab＝20 cm，bc＝25 cm，放在磁感應強度B＝0.4 T的勻強磁場中，繞垂直于磁感線且通過線圈的中軸線OO′勻速轉動，轉動角速度ω＝50 rad/s，線圈的總電阻r＝1 Ω，外電路電阻R＝9 Ω.試求： (1)線圈在圖示位置(線圈平面與磁感線平行)時感應電動勢的大??； (2)1 min時間內電阻R上產生的熱量Q. 【解析】　(1)線圈在圖示位置產生的感應電動勢最大， Em＝nBωS＝nBωabbc， 代入數(shù)值得Em＝50 V. (2)線圈中產生正弦式電流， 有效值I＝. 在1 min內R上產生的電熱 Q＝I2Rt＝Rt＝6.75103 J. 【答案】　(1)50 V　(2)6.75103 J 13．電壓u＝120sinωtV，頻率為50 Hz的交變電流，把它加在激發(fā)電壓和熄滅電壓均為u0＝60 V的霓虹燈的兩端． (1)求在一個小時內，霓虹燈發(fā)光時間有多長？ (2)試分析為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？(已知人眼的視覺暫留時間約為 s) 【解析】　(1)如圖所示，畫出一個周期內交變電流的u－t圖象，其中陰影部分對應的時間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時間，根據(jù)對稱性，一個周期內霓虹燈不能發(fā)光的時間為4t1. 當u＝u0＝60 V時， 由u＝120sinωtV求得：t1＝ s 再由對稱性知一個周期內能發(fā)光的時間： t＝T－4t1＝ s－4 s＝ s 再由比例關系求得一個小時內霓虹燈發(fā)光的時間為： t＝ s＝2 400 s. (2)很明顯霓虹燈在工作過程中是忽明忽暗的，而熄滅的時間間隔只有 s(如圖中t2＋t3那段時間)，由于人的眼睛具有視覺暫留現(xiàn)象，而這個視覺暫留時間約為 s遠大于 s，因此經(jīng)過燈光刺激的人眼不會因為短暫的熄滅而有所感覺． 【答案】　(1)2 400 s (2)見解析 14. (xx江蘇調研)如圖所示，面積S＝0.5 m2，匝數(shù)n＝100匝，內阻r＝2.0 Ω的矩形線圈放在磁感應強度B＝0.02 T的勻強磁場中，使它繞垂直于磁場的OO′軸以角速度ω＝100π rad/s勻速轉動，線圈通過電刷與一個阻值R＝20 Ω的電阻連接，為交流電壓表．求： (1)電阻R上的發(fā)熱功率； (2)線圈從圖示位置轉過90的過程中，電阻R中通過的電荷量； (3)線圈從圖示位置轉過60時，交流電壓表V的讀數(shù)． 【解析】　(1)由題意知，交變電流電動勢的最大值為 Em＝nBSω＝1000.020.5100π V≈314 V 有效值E＝＝ V≈222 V 電阻R上的發(fā)熱功率 P＝I2R＝2R＝220 W≈2103 W. (2)線圈從圖示位置轉過90的過程中，感應電動勢的平均值為＝n，平均電流＝ 通過電阻R的電荷量q＝Δt 聯(lián)立解得q＝n＝n 代入數(shù)據(jù)，得 q＝100C≈0.045 C. (3)交流電壓表的示數(shù)為有效值，且為外電阻R的分壓，U＝E，代入數(shù)據(jù)得U≈202 V. 【答案】　(1)2103 W (2)0.045 C (3)202 V