高中物理人教版2本册总复习总复习 公开课奖

重点强化卷(三)交变电流的产生及描述(建议用时：45分钟)一、选择题1．一矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的规律如图1所示，下列说法中正确的是()图1A．此交流电的频率为HzB．此感应电动势的有效值为1VC．t＝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eq\f(1,100π)Wb【解析】由题图可知，此交流电的周期T＝s，频率f＝eq\f(1,T)＝5Hz，A错；E＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(\r(2),2)V，B错．t＝s时，电动势为0，线圈平面与磁感线垂直，C错．因Em＝nBSω，其中n＝10，ω＝eq\f(2π,T)＝10πrad/s，故Φm＝BS＝eq\f(1,100π)Wb，D正确．【答案】D2．风速仪的简易装置如图2甲所示．在风力作用下，风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动，线圈中的感应电流随风速的变化而变化．风速为v1时，测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示；若风速变为v2，且v2>v1，则感应电流的峰值Im、周期T和电动势E的变化情况是()【导学号：05002100】甲乙图2A．Im变大，T变小 B．Im变大，T不变C．Im变小，T变小 D．Im不变，E变大【解析】风速增大，周期T变小，电动势E变大，感应电流的峰值Im变大，选项A正确．【答案】A3．(多选)已知某交变电流的瞬时表达式为i＝10sin10πtA，则()A．交流电的频率为5HzB．交流发电机线圈转动的角速度为10rad/sC．交变电流的峰值为10AD．若线圈的匝数N＝10，则穿过线圈的磁通量的最大值为Wb【解析】根据ω＝2πf得f＝5Hz，选项A正确；由表达式i＝10sin10πtA可知发电机线圈转动的角速度为10πrad/s，选项B错误；交变电流的峰值为10A，选项C正确；因电动势的峰值未知，故无法求出磁通量的最大值，选项D错误．【答案】AC4．某正弦式交流电的电流i随时间t变化的图象如图3所示．由图可知()【导学号：050020231】图3A．电流的最大值为10AB．电流的有效值为10AC．该交流电的周期为sD．该交流电的频率为Hz【解析】由题图知此交流电的电流的最大值为10eq\r(2)A，则有效值为I＝eq\f(10\r(2),\r(2))A＝10A；周期为s，则频率为f＝eq\f(1,T)＝50Hz.【答案】B5．如图4所示，单匝矩形闭合导线框abcd一半处于磁感应强度为B的水平有界匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与其中心线重合的竖直固定转轴OO′以角速度ω匀速转动，固定转轴恰好位于匀强磁场的右边界，则线框中感应电流的有效值为()图4\f(\r(2)BSω,4R) \f(\r(2)BSω,2R)\f(BSω,4R) \f(BSω,2R)【解析】线框中产生感应电动势最大值Em＝eq\f(1,2)BSω，则感应电流的有效值为I＝eq\f(Em,\r(2)R)＝eq\f(\r(2)BSω,4R)，A正确．【答案】A6．如图5所示，为一正弦交流电通过一电子元件后的波形图，则下列说法正确的是()图5A．这也是一种交流电B．电流的变化周期是sC．电流的有效值是1AD．电流通过100Ω的电阻时，1s内产生的热量为200J【解析】因电流方向不变，故不是交流电，A错；其周期为s，B错；由电流的热效应可知eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,\r(2))A))2Req\f(T,2)＝I2RT，解得I＝1A，故C对；由Q＝I2Rt可知Q＝1×100×1J＝100J，D错．【答案】C7．交流发电机线圈电阻r＝1Ω，用电器电阻R＝9Ω，电压表示数为9V，如图6所示，那么该交流发电机()【导学号：05002102】图6A．电动势的峰值为10VB．电动势的有效值为9VC．交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10eq\r(2)VD．交流发电机线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为eq\f(20\r(2),π)V【解析】电压表示数等于路端电压，电路中的电流为I＝eq\f(U,R)＝eq\f(9,9)A＝1A，所以电动势的有效值为：E＝I(R＋r)＝1×(1＋9)V＝10V，所以电动势的最大值为Em＝eq\r(2)E＝10eq\r(2)V，故选项A、B错；线圈通过中性面时Φ最大，但eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，故e＝0，选项C错；线圈从中性面转过90°的过程中，ΔΦ＝BS，Δt＝eq\f(T,4)＝eq\f(π,2ω)，所以eq\o(E,\s\up6(－))＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(2nBSω,π)，由于Em＝nBSω，所以eq\o(E,\s\up6(－))＝eq\f(2Em,π)＝eq\f(20\r(2),π)V，选项D对．【答案】D8．(多选)如图7所示，交流电压u＝311sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(314t＋\f(π,6)))V加在阻值为220Ω的电阻两端，则()图7A．电压表的读数为311VB．电流表的读数为VC．电流表的读数为1AD．2s内电阻产生的电热是440J【解析】电压表测的是有效值，故读数为eq\f(311,\r(2))V≈220V，电流表示数应为1A，故C、D正确．【答案】CD9．如图8所示的电路中，A是熔断电流I0＝2A的保险丝，R是可变电阻，S是交流电源．交流电源的内阻不计，其电动势随时间变化的规律是e＝220eq\r(2)sin(314t)V．为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于()【导学号：05002103】图8A．110eq\r(2)Ω B．110ΩC．220Ω D．220eq\r(2)Ω【解析】E＝220V，Rmin＝eq\f(E,I0)＝eq\f(220,2)Ω＝110Ω.【答案】B10．(多选)如图9甲是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在如图乙所示的交变电源上，电热毯是由一理想二极管D(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)与电热丝串联组成的．若电热丝的电阻为110Ω，则下列说法正确的是()图9A．交变电流的周期为1×10－2sB．用交流电压表测得电热丝两端的电压为110VC．通过电热丝的电流为eq\r(2)AD．电热丝在1min内产生的热量为×104J【解析】根据题图乙可知，交变电流的周期为s，选项A错误；根据有效值的定义可得eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Um,\r(2))))\s\up12(2),R)·eq\f(T,2)＝eq\f(U2,R)T，解得U＝110eq\r(2)V，选项B错误；通过电热丝的电流I＝eq\f(U,R)＝eq\r(2)A，选项C正确；电热丝在1min内产生的热量Q＝I2Rt＝×104J，选项D正确．【答案】CD二、计算题11．发电机的转子是匝数为100匝、边长为20cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B＝T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴以ω＝100πrad/s的角速度转动，当线圈平面与磁场方向垂直时开始计时．线圈和外电路的总电阻R＝10Ω.【导学号：05002104】(1)写出交变电流的瞬时值表达式；(2)线圈从计时开始，转过eq\f(π,3)过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？【解析】(1)感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝100××××100πV＝20πV，Im＝eq\f(Em,R)＝2πA，所以i＝Imsinωt＝2πsin(100πt)A.(2)线圈从计时开始，转过eq\f(π,3)过程中通过线圈某一截面的电荷量q＝eq\o(I,\s\up6(－))t＝eq\f(nΔΦ,R).从中性面开始计时，转过eq\f(π,3)，如图所示．ΔΦ＝BΔS＝BS(1－sin30°)＝eq\f(1,2)BS，q＝eq\f(nBS,2R)＝eq\f(100×××,20)C＝1×10－2C.【答案】(1)i＝2πsin(100πt)A(2)1×10－2C12．如图10所示，在匀强磁场中有一个内阻r＝3Ω、面积S＝m2的半圆形导线框可绕OO′轴旋转．已知匀强磁场的磁感应强度B＝eq\f(5\r(2),π)T．若线框以ω＝100πrad/s的角速度匀速转动，且通过电刷给“6V,12W”的小灯泡供电，则：图10(1)若从图示位置开始计时，求线框中感应电动势的瞬时值表达式；(2)从图示位置开始，线框转过90°的过程中，通过导线横截面的电荷量是多少？该电荷量与线框转动的快慢是否有关？(3)由题目所给已知条件，外电路所接小灯泡能否正常发光？如不能，则小灯泡的实际功率为多大？【解析】(1)线框转动时产生感应电动势的最大值Em＝BSω＝eq\f(5\r(2),π)××100πV＝10eq\r(2)V因线框转动从平行于磁感线位置开始计时，则感应电动势的瞬时值表达式e＝Emcosωt＝10eq\r(2)cos(100πt)V.(2)线框转过90°过程中，产生的平均电动势eq\o(E,\s\up6(－))＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(2BSω,π)，流过的电荷量q＝eq\o(I,\s\up6(－))·eq\f(1,4)T＝eq\f(BS,R＋r)，灯泡电阻R＝eq\f(U\o\al(2,0),P0)＝eq\f(62,12)Ω＝3Ω.故q＝eq\f(BS,R＋r)＝eq\f(\f(5\r(2),π)×,3＋3)C＝eq\f(\r(2),60π)