高中物理鲁科版2第三章交变电流单元测试 2023版章末综合测评3

章末综合测评(三)(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本大题共10个小题，每小题6分，共60分．在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)1．下列说法中不正确的是()A．交流发电机是把其他形式的能转变为电能的装置B．交流发电机是把电能转变为其他形式能的装置C．交流发电机中电枢和磁极中不动的叫定子，转动的叫转子D．交流发电机利用的是电磁感应原理【解析】发电机显然是利用了磁场和导体相对运动产生感应电流，即应用了电磁感应原理，把其他形式的能转化为电能，电枢和磁极中转动部分叫转子，固定不动的部分叫定子，A、C、D对，B错．【答案】B2．如图1是交流发电机的示意图，图甲到图丁分别表示线圈转动过程中的四个位置，其中甲、丙中的线圈与磁场方向垂直，乙、丁中线圈与磁场方向平行，则在线圈转动的过程中直流电流表有示数的位置是()【导学号：05002083】图1A．甲、丙 B．乙、丁C．甲、乙 D．丙、丁【解析】线圈转动中感应电流时刻在变化，位于中性面位置时磁通量最大，但感应电流最小，等于零．位于与中性面垂直位置时，磁通量最小，但感应电流最大，故选B.【答案】B3．下列关于交流电的说法中正确的是()A．交流电气设备上所标的电压和电流值是交流电的峰值B．用交流电流表和电压表测定的读数值是交流电的瞬时值C．给定的交流数值，在没有特别说明的情况下是指有效值D．跟交变电流有相同的热效应的直流电的数值是交流电的平均值【解析】对于交变电流，在没有特别说明的情况下是指有效值，交流电流表和电压表的读数值是交流电的有效值，交流电气设备的铭牌上所标的电压和电流也是有效值，与交变电流有相同热效应的直流电的数值是交流电的有效值，所以A、B、D错误，C正确．【答案】C4．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的波形如图2所示，由图可以知道()【导学号：05002084】图2A．s时刻线圈处于中性面位置B．s时刻穿过线圈的磁通量为零C．该交流电流有效值为2AD．该交流电流频率为50Hz【解析】s时刻电流最大，电动势最大，处于与磁感线平行的位置，故A错，B对；Im＝6.28A，所以有效值I＝eq\f,\r(2))A≈4.44A，故C错；由题图知T＝s，f＝eq\f(1,Hz＝25Hz，故D错．【答案】B5．三个相同的电阻，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eq\f(1,2)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】甲图象电流的有效值为eq\f(1,\r(2))I0，乙图象电流的有效值为I0，丙图象根据电流有效值的定义有：Ieq\o\al(2,0)Req\f(T,2)＝I2RT，解得电流有效值I＝eq\f(1,\r(2))I0，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，Q1∶Q2∶Q3＝1∶2∶1，C对．【答案】C6．在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分，又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输送到再下一级，可以采用如图4所示电路，其中a、b应选择的元件是()图4A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈C．a是电容较小的电容器，b是低频扼流圈D．a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈【解析】电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以a处放电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频，阻高频的作用，b处接一个高频扼流圈，D对．【答案】D7．一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的交变电流电动势e＝220eq\r(2)sin(100πt)V，那么()A．该交变电流的频率是100HzB．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面垂直C．当t＝eq\f(1,200)s时，e有最大值D．该交变电流电动势的有效值为220eq\r(2)V【解析】该交变电流的频率是50Hz，A错误；t＝0时线圈平面恰好与中性面重合，B错误；当t＝eq\f(1,200)s时，e＝220eq\r(2)V为最大值，C正确；该交变电流电动势的有效值为220V，D错误．【答案】C8．如图5所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框以竖直边cd为转动轴、以角速度ω匀速转动，从图示时刻开始计时，则下列说法中错误的是()【导学号：05002085】图5A．线框中感应电流的有效值为eq\f(BSω,R)B．感应电动势的瞬时值表达式为e＝BSωsinωtC．感应电流的瞬时值表达式为i＝eq\f(BSω,\r(2)R)sinωtD．从图示时刻到t＝eq\f(π,ω)过程中，线框中的平均感应电动势为0【解析】最大感应电流Im＝eq\f(Em,R)＝eq\f(BSω,R)，其有效值I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\f(BSω,\r(2)R)，A错误．图示位置为中性面位置，所以感应电动势的瞬时值表达式e＝BSωsinωt，B正确．感应电流的瞬时值表达式i＝eq\f(BSω,R)sinωt，C错误.0～eq\f(π,ω)过程中eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(2BSω,π)，D错误．【答案】ACD9.如图6所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为l1，ad边的边长为l2，线圈电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时()图6【导学号：05002086】A．线圈中感应电流的方向为abcdaB．线圈中的感应电动势为2nBl2ωC．穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大D．线圈ad边所受安培力的大小为eq\f(n2B2l1l\o\al(2,2)ω,R)【解析】根据右手定则，线圈中感应电流的方向为adcba，A错；当线圈转至图示位置时，线圈中感应电动势应为最大值Em＝nBl1l2ω，此时，穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大，B错，C对；线圈ad边所受安培力的大小F＝nBIl2＝nBeq\f(nBl1l2ω,R)l2＝eq\f(n2B2l1l\o\al(2,2)ω,R)，D对．【答案】CD10．如图7甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R＝10Ω连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10V．图7乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间t变化的图象．则()甲乙图7A．电阻R上的电功率为10WB．t＝s时R两端的电压瞬时值为零C．R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝10eq\r(2)cos100πtVD．通过R的电流i随时间t变化的规律是i＝eq\r(2)cos50πtA【解析】电阻R上的电功率为P＝eq\f(U2,R)＝10W，选项A正确；由题图乙知t＝s时磁通量变化率最大，R两端的电压瞬时值最大，选项B错误；R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝10eq\r(2)cos100πtV，通过R的电流i随时间t的变化规律是i＝eq\f(u,R)＝eq\r(2)cos100πtA，选项C正确，D错误．【答案】AC二、非选择题(本题共3小题，共40分．计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位．)11．(10分)一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动，形成如图8所示的交变电流的电动势图象，试根据图象求出：图8(1)线圈转动的角速度；(2)该交变电流电动势的有效值；(3)电动势瞬时值表达式．【解析】(1)由图象可得线圈转动的周期T＝6s则角速度ω＝eq\f(2π,T)＝eq\f(2π,6)rad/s＝eq\f(π,3)rad/s.(2)电动势最大值Em＝20V则有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(20,\r(2))V＝10eq\r(2)V.(3)电动势瞬时值表达式e＝Emsinωt＝20sineq\f(π,3)t(V)．【答案】(1)eq\f(π,3)rad/s(2)10eq\r(2)V(3)e＝20sineq\f(π,3)t(V)12．(14分)将交变电压u＝220eq\r(2)sin(100πt)V接到“220V100W”的灯泡两端，若灯泡灯丝电阻保持不变，求：(1)通过灯泡的电流的最大值；(2)灯泡的实际功率；(3)每秒钟电流方向改变的次数；(4)通过灯泡的电流i的瞬时值表达式.【导学号：05002087】【解析】(1)交变电压的有效值U＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，灯泡的额定电压为U＝220V，因此灯泡恰好正常发光．由“220V100W”知该灯泡电阻为R＝eq\f(U2,P)＝484Ω.通过灯泡的电流的最大值为Im＝eq\f(Um,R)＝eq\f(220\r(2),484)A＝0.64A.(2)灯泡的实际功率与额定功率相同，P＝100W.(3)周期T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,100π)＝s，每秒钟电流方向改变的次数n＝eq\f(t,T)×2＝eq\f(1,×2＝100(次)．(4)通过灯泡的电流的瞬时值表达式为i＝Imsinωt＝sin(100πt)A.【答案】(1)0.64A(2)100W(3)100次(4)i＝sin(100πt)A13．(16分)如图9(甲)所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n＝100匝，电阻r＝Ω，所围成矩形的面积S＝0.040m2，小灯泡的电阻R＝Ω，磁场的磁感应强度按如图9(乙)所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期．不计灯丝电阻随温度的变化，求：图9(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感强度变化的0～eq\f(T,4)的时间内，通过小灯泡的电荷量．【解析】(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，线圈中产生交变电流的周期为T＝×10－2s所以线圈中感应电动势的最大值为Em＝2πnBmS/T＝V.(2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为Im＝eq\f(Em,R＋r)＝0.80A通过小灯泡电