高中物理阶段验收评估三交变电流鲁科版选修3_2

阶段验收评估（三） 交变电流(时间：50分钟满分：100分)一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分，第15题只有一项符合题目要求，第68题有多项符合题目要求，全都选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1小型手摇发电机线圈共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1所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()图1A峰值是e0B峰值是2e0C有效值是Ne0 D有效值是Ne0解析：选D发电机输出电压峰值是2Ne0，A、B错误；有效值是2Ne0Ne0，C错误，D正确。2在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图2甲所示，产生的交变电动势的图像如乙所示，则()图2At0.005 s时线框的磁通量变化率为零Bt0.01 s时线框平面与中性面重合C线框产生的交变电动势有效值为311 VD线框产生的交变电动势频率为100 Hz解析：选Bt 0.005 s 时感应电动势最大，线框的磁通量变化率也最大，A错误。t 0.01 s 时感应电动势为零，穿过线框磁通量最大，线框平面与中性面重合，B正确。感应电动势的最大值为 311 V，有效值则为 V，C 错误。所产生电动势的周期为 0.02 s，频率等于周期的倒数，为50 Hz，D错误。3三个相同的电阻，分别通过如图3甲、乙、丙所示的交变电流，三个图中的I0和周期T相同。下列说法中正确的是()图3A在相同时间内三个电阻发热量相等B在相同时间内，甲、乙发热量相等，是丙发热量的2倍C在相同时间内，甲、丙发热量相等，是乙发热量的D在相同时间内，乙发热量最大，甲次之，丙的发热量最小解析：选C甲图像电流的有效值为I0，乙图像电流的有效值为I0，丙图像根据电流有效值的定义有：I02RI2RT，解得电流有效值II0，根据焦耳定律相同时间内产生的热量之比等于电流有效值的平方比，Q1Q2Q3121，C对。4在匀强磁场中，一电阻为R的单匝矩形金属线框绕与磁感线垂直的轴匀速转动，如图4所示，某时刻线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量为。当线框再转过60时，回路电流瞬时值为I，则线框转动的周期是()图4A. B.C. D.解析：选D由题意可知Em，瞬时值eEmsint，故isin t，当t60时，iI，解得T，选项D正确。5一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图像如图5所示，由图可以知道()图5A0.01 s时刻线圈处于中性面位置B该交变电流有效值为0.2 AC0.01 s时刻穿过线圈的磁通量为零D将该交变电流频率增大时，则接入电路中的电感线圈的感抗和电容器的容抗都增大解析：选C由题图可知0.01 s时刻，感应电流最大，线圈产生的感应电动势最大，线圈与磁感线平行，即与中性面垂直，穿过线圈的磁通量为零，A错，C对。由正弦交变电流有效值与最大值的关系得I A4.45 A，B错。该交变电流频率增大时，电感线圈的感抗增大，电容器的容抗减小，D错。6矩形线圈的匝数为50，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6所示，下列结论正确的是()图6A在t0.1 s和t0.3 s时，电动势最大B在t0.2 s和t0.4 s时，电动势改变方向C电动势的最大值是157 VD在t0.4 s时，磁通量的变化率最大，其值为3.14 Wb/s解析：选CD在t0.1 s和t0.3 s时，最大，但磁通量的变化率为0，故电动势为0，选项A错误；在t0.2 s和t0.4 s时，0，磁通量的变化率最大，电动势的方向不变，选项B错误；根据得5 rad/s，根据EmNm得Em157 V，选项C正确；在t0.4 s时，磁通量为0，磁通量的变化率最大，m m，其值为3.14 Wb/s，选项D正确。7.如图7所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1 A。那么()图7A线圈消耗的电功率为4 WB线圈中感应电流的有效值为2 AC任意时刻线圈中的感应电动势为e4costD任意时刻穿过线圈的磁通量为sint解析：选AC线圈转动角速度，从线圈平面与磁场方向平行开始计时，当转过60时，电流的瞬时值表达式为iIm cos 601 AIm2 A，正弦式交变电流有效值I A，B项错；线圈消耗的电功率PI2R4 W，A项正确；由欧姆定律可知，感应电动势最大值EmImR4 V，所以瞬时值表达式为e4 cost，C项正确；通过线圈的磁通量msin tmsint，由感应电动势的最大值EmBSmm，解两式得：sintsint，D项错。8.如图8所示，边长为L0.2 m的正方形线圈abcd，其匝数为n10匝，总电阻为r2 ，外电路的电阻为R8 ，ab的中点和cd的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度B1 T，若线圈从图示位置开始，以角速度2 rad/s绕OO轴匀速转动，则以下判断中正确的是()图8A在ts时刻，磁场穿过线圈的磁通量为零，但此时磁通量随时间变化最快B闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式e0.8sin 2t VC从t0时刻到ts时刻，电阻R上产生的热量为Q3.2104 JD从t0时刻到ts时刻，通过R的电荷量q0.02 C解析：选AD线圈在磁场中转动，EmnBS0.4 V，选项B错误；当ts时，线圈平面与磁场方向平行，穿过线圈的磁通量为零，磁通量随时间变化最快，选项A正确；QRI2Rt2Rt1.6103 J，选项C错误；qn0.02 C，选项D正确。二、计算题(共3小题，共52分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)9(16分)如图9甲所示，AB间为交流电源，电压u311sin 100t V，经过某“过滤”装置P后将图乙所示正弦交流电滤去一半，得到如图丙所示的交流电，求：图9(1)CD间接打点计时器时打点周期为多大？(2)CD间接有“220 V,40 W”灯泡时其发光功率为多大？(3)CD间能否连接“220 V,20 F”的电容器？解析：(1)过滤前交流电的周期T0.02 s。过滤前打点计时器每经0.02 s打一次点。过滤后电流变化周期还是0.02 s。所以打点计时器的打点周期不变，仍为0.02 s。(2)设题图丙所示交流电的有效值为U，有TUUm V。由P知，得此时小灯泡的功率P20 W。(3)过滤后，电压的最大值不变，大小为311 V，电容器的电压“220 V”是击穿电压，所以不能直接连接在CD间。答案：(1)0.02 s(2)20 W(3)不能10(16分)如图10所示，一个矩形线圈abcd放置在磁感应强度为B的有界匀强磁场中，磁场只分布在bc的左侧，线圈以bc为轴旋转，转动的角速度为，图中ad边正垂直于纸面向外转动，外部电路中有一个负载电阻，阻值为R，A是一个理想电流表，电路中其他电阻不计，已知abL1，bcL2。求：图10(1)以abcd为电流的正方向，从图示位置开始计时，画出线圈中产生的电流随时间变化的图像。(2)从图示位置(此时线圈平面与磁感线垂直)起转过转的时间内，负载电阻R上产生的热量。(3)从图示位置起转过转的时间内，通过负载电阻R上的电荷量。解析：(1)如图所示(2)线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流，线圈中产生的电动势的最大值为EmBL1L2，所以电流的最大值为Im。负载电阻R上产生的热量QI2Rt(Im)2Rt。(3)通过负载电阻R上的电荷量qtt。答案：(1)见解析图(2)(3)11(20分)如图11所示，N50匝的矩形线圈abcd，边长ab20 cm，ad25 cm，放在磁感应强度B0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴以n3 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r1 ，外电路电阻R9 ，t0时，线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里。图11(1)求t0时感应电流的方向；(2)写出线圈感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做功多大？(4)从图示位置转过90过程中流过电阻R的电荷量是多少？解析：(1)线圈感应电流方向为adcb。(2)线圈的角速度2n100 rad/s。设ab边在t0时刻速度为vab，此时感应电动势最大，其大小为Em2NB vabNB500.40.200.25100 V314 V，电动势的瞬时值表达式为e314cos 100t V。(3)电动势的有效值E线圈匀速转动的周期T s0.02 s线圈匀速转动一