物理选择性必修 第二册1 交变电流当堂达标检测题

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阶段回顾(第1～2节)　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　易错点一　交变电流与直流电的区分1．在下列几种电流的波形图中，不能表示交变电流的是(　　)答案　A解析　A图中电流恒为正值，说明电流的方向不随时间变化，则此电流不是交变电流，故A符合题意；B、C、D图中三种电流的大小和方向都随时间做周期性变化，都是交变电流，故B、C、D不符合题意。易错点二　交变电流产生过程的分析2．(多选)关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是(　　)A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化B．线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流一直增大C．线圈平面与中性面垂直时开始计时，2个周期内电流方向改变4次D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置答案　BC解析　线圈转动过程中，在中性面位置，磁通量最大，电流等于零，电流方向改变，A、D错误；经中性面时开始计时，周期内线圈转到与中性面垂直的位置，电流逐渐增大到最大，故B正确；线圈平面与中性面垂直时开始计时，2个周期内电流方向改变4次，C正确。易错点三　交变电流的表达式和图像的分析3. 如图所示为交流发电机的示意图，从线圈通过如图所示的位置开始计时。如果发电机产生的交变电流的频率为50 Hz，电动势的最大值为400 V，则发电机产生的电动势瞬时值表达式为(　　)A．e＝400sin50t(V)   B．e＝400cos50t(V) C．e＝400sin100πt(V)   D．e＝400cos100πt(V)答案　D解析　由题可知，感应电动势的最大值为400 V，角速度为ω＝2πf＝100π rad/s，从与中性面垂直的位置开始计时，发电机产生的交变电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝400cos100πt(V)，D正确，A、B、C错误。4. 有一个小型发电机，机内的矩形线圈匝数为50匝，电阻为5 Ω，线圈在匀强磁场中，以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动。穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间的变化规律如图所示。由此可知该发电机的电动势瞬时值表达式为(　　)A．e＝31.4sin50πt(V)   B．e＝31.4cos50πt(V) C．e＝157cos100πt(V)   D．e＝157sin100πt(V)答案　C解析　由图像可知，T＝2×10－2 s，所以ω＝＝100π rad/s，Φm＝1.0×10－2 Wb，感应电动势的最大值Em＝NωΦm＝157 V，t＝0时，磁通量为0，感应电动势最大，所以该发电机的电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝157cos100πt(V)，C正确。5．(多选)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，其两端电压的最大值是10 V。图乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图像。则(　　)A．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝cos100πt(A)B．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝cos50πt(A)C．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR＝5cos100πt(V)D．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR＝10cos100πt(V)答案　AD解析　由图乙得该正弦式交流电的周期为0.02 s，所以ω＝＝100π rad/s，R两端电压的最大值为10 V则，流过电阻R的最大电流为Im＝ A＝ A，结合图乙可知通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝cos100πt(A)，A正确，B错误；R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR＝10cos100πt(V)，C错误，D正确。易错点四　有效值的计算6．已知某电阻元件在正常工作时，通过它的电流按如图所示的规律变化，其中0～为正弦交流电一部分，将一个多用电表(已调至交变电流挡)与这个电阻元件串联，则多用电表的读数为(　　)A．4 A   B. AC. A   D．5 A答案　B解析　根据有效值的定义可得2R＋(3)2R·＝IRT，解得I有效＝ A，B正确。7．在如图a所示的电路中，电阻R2＝6R1，D1、D2为理想二极管，当在A、B间输入如图b所示的正弦交流电时，电压表的示数为(　　)A.  B.  C.  D．U0答案　C解析　由题意可知，一个周期T内，有的时间两电阻串联，电路总电阻R＝R1＋R2，根据欧姆定律得出R1两端电压的有效值为U1＝R1＝，剩下的时间电压反向，回路中只有电阻R1，则R1两端电压的有效值为U2＝U0＝U0，根据交流电的有效值定义得·＋·＝·T，解得U＝，C正确。8. 在如图所示的直角坐标系中，第一象限内有垂直坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一长为2l、总电阻为2r的均匀导体棒，以角速度ω在以O为圆心、半径为l的圆环上做匀速转动。由圆心和圆周上各引一导线与阻值为r的电阻组成如图所示电路。已知由圆心引出的导线与圆环绝缘，与导体棒接触良好，导体棒与圆环充分接触，且不计圆环电阻，则通过外电路定值电阻r上的电流的有效值是(　　)A.  B.C.  D.答案　A解析　导体棒转动切割磁感线时，产生的感应电动势E＝Bl2ω，通过外电阻r的电流I＝×＝，在导体棒转动一圈的过程中，有半个周期产生感应电流，根据I2r＝IrT，可得通过定值电阻r上的电流的有效值I有效＝，A正确，B、C、D错误。 重难点一　交流电的产生与图像的综合分析1. 矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图像如图所示，下列说法中正确的是(　　)A．交流电压的有效值为36 VB．交流电压的最大值为36 V，频率为50 HzC．2 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大 D．1 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化得最快答案　C解析　根据图像可知，该交流电压的最大值为36 V，有效值为 V＝36 V，A错误；根据图像可知，该交流电压的周期为4 s，故频率为f＝＝0.25 Hz，B错误；由图像可知，2 s末该交变电流的电压为零，线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大，C正确；由图像可知，在1 s末，该交变电流的电压最大，此时线框平面与磁场平行，通过线框的磁通量变化得最快，D错误。2．如图甲所示，一矩形金属线圈在匀强磁场中绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的感应电动势e随时间t的变化图像如图乙所示，则(　　)A．线圈转动的频率为4 HzB．t＝0时，穿过线圈的磁通量为零C．t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量的变化率为零D．该线圈产生的感应电动势表达式为e＝15sin50πt(V)答案　D解析　由图乙可得该交流电的周期为0.04 s，故频率f＝＝25 Hz，A错误；t＝0时，感应电动势为零，说明线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，B错误；t＝0.01 s时，感应电动势最大，根据法拉第电磁感应定律，可知穿过线圈的磁通量的变化率最大，C错误；该交流电的感应电动势最大值Em＝15 V，角速度ω＝＝50π rad/s，所以该线圈产生的感应电动势表达式为e＝15sin50πt(V)，D正确。3．(多选)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是(　　)A．通过电阻R的电流的最大值为10 AB．线圈转动的角速度为50π rad/sC．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左答案　AC解析　由题图乙可知Im＝10 A，A正确；T＝2×10－2 s，则线圈转动的角速度ω＝＝100π rad/s，B错误；t＝0.01 s时，I＝Im，此时线圈平面与磁场方向平行，C正确；由右手定则可判定0.02 s时电阻R中的电流方向自左向右，D错误。4. 如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦式交变电流的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦式交变电流的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦式交变电流的说法中正确的是(　　)A．线圈先后两次转速之比为1∶2B．交变电流a的电压瞬时值u＝100sin0.4πt(V)C．交变电流b的电压最大值为 V D．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量为零答案　C解析　由图可知，周期Ta＝0.4 s，Tb＝0.6 s，则线圈先后两次转速之比na∶nb＝Tb∶Ta＝3∶2，A错误；交流电a的电压最大值为10 V，角速度为ωa＝＝5π rad/s，故电压的瞬时值表达式为u＝10sin5πt(V)，B错误；电动势的最大值为Em＝NBSω，则所形成交变电流a和b的电压的最大值之比Uma∶Umb＝ωa∶ωb＝∶＝3∶2，则交流电b的电压最大值为 V，C正确；t＝0时刻u＝0，根据法拉第电磁感应定律，可知此时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零，而磁通量最大，D错误。重难点二　交流电的最大值、有效值、平均值的应用5. 如图所示，矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表A组成闭合电路。线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，转动的角速度ω＝100π rad/s。线圈的匝数N＝100，边长ab＝0.2 m、ad＝0.4 m，电阻不计。磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小B＝ T。电容器放电时间不计。下列说法正确的是(　　)A．该线圈产生的交流电动势峰值为50 VB．该线圈产生的交流电动势有效值为25 VC．电容器的耐压值至少为50 VD．以上说法均错误 答案　B解析　线圈产生的交流电动势峰值为Em＝NBSω＝100××(0.2×0.4)×100π V＝50 V，A错误；线圈中产生正弦式交变电流，但只有半个周期有电流，根据电流的热效应有2×R×＝T，解得交流电动势的有效值E＝25 V，B正确；电容器的耐压值至少为电动势的最大值，即至少为50 V，C、D错误。6. (多选)如图所示，如果交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈总电阻为r，外电路电阻为R。在线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，下列说法正确的是(　　)A．通过R的电荷量q＝B．通过R的电荷量q＝C．电阻R上产生的热量QR＝D．电阻R上产生的热量QR＝答案　BC解析　线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，所产生感应电流的平均值＝＝＝，故通过R的电荷量q＝·t＝，B正确，A错误；求电热应该用有效值，先求总电热Q，再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR，总电热Q＝I2(R＋r)t＝·＝＝，电阻R上产生的电热QR＝Q＝，C正确，D错误。7．如图所示电路中，电源电压u＝311sin100πt(V)，A、B间接有“220 V　440 W”的电暖宝、“220 V　220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是(　　)A．交流电压表的示数为311 VB．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3 AC．电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍D．1 min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104 J 答案　D解析　交流电压表的示数为其两端电压的有效值，即220 V，A错误；由公式P＝UI知电路要正常工作，干路中电流的有效值为I＝＝＝3 A，所以保险丝的额定电流不能小于3 A，B错误；电暖宝是纯电阻元件，发热功率等于其电功率，而抽油烟机是非纯电阻元件，发热功率小于其电功率，C错误；1 min内抽油烟机消耗的电能为W＝Pt＝1.32×104 J，D正确。