高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3章 交变电流与远距离输电本章综合与测试课时作业

第3章　交变电流与远距离输电

专题强化练7　交变电流的产生、描述的综合应用

一、选择题

1.(2020福建泉州高二上月考,)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所示,由图可以知道              (　　)

A.0.01 s时刻线圈处于中性面位置

B.0.01 s时刻穿过线圈的磁通量最大

C.该交流电的有效值为2 A

D.一个周期内该交流电的平均值为零

2.(2020重庆巴蜀中学高三月考,)一个矩形线圈在匀强磁场中转动,产生交流电动势的瞬时值为e=220 sin 100πt(V),则下列说法中正确的是              (　　)

A.当t=0时,线圈平面与中性面垂直

B.当t= s时,穿过线圈的磁通量等于零

C.该交流电能让标注为“300 V,50 μF”的电容器正常工作

D.若转速n提高1倍,其他条件不变,则电动势的变化规律将变为e=440 sin 100πt(V)

3.(2020吉林吉化第一高级中学高二上期中,)如图甲所示为一台小型发电机构造示意图,线圈逆时针转动,从某时刻开始计时,发电机产生的电动势随时间按正弦规律变化,如图乙所示。发电机线圈内阻为1 Ω,外接灯泡的电阻为9 Ω恒定不变,则下列说法中正确的是              (　　)

甲

乙

A.电压表的示数为6 V

B.发电机的输出功率为4 W

C.在1×10-2 s时刻,穿过线圈的磁通量最大

D.在1×10-2 s时刻,穿过线圈的磁通量变化率最大

4.(2021云南昆明外国语学校高二月考,)如图所示,垂直纸面向里的匀强磁场B中,有一单匝等腰直角三角形导线框abc,直角边长为l,线框电阻为R。线框绕与bc边重合的竖直固定转轴以角速度ω从图示位置开始匀速转动,下列说法正确的是(　　)

A.电动势最大值为Blω

B.电流有效值为

C.转过角度为时,ac边所受安培力大小为

D.线框转一周的过程中,产生的热量为

5.(2020湖北葛洲坝中学高二上期中,)(多选)如图所示为交流发电机的示意图,n匝矩形线圈的面积为S,整个装置处在磁感应强度为B的竖直向下的匀强磁场中,已知线圈的电阻为r,通过电刷与定值电阻R相连接,与定值电阻并联一理想的交流电压表。现矩形线圈绕中心轴线OO'以恒定的角速度ω匀速转动,t=0时刻线圈处在中性面。下列说法正确的是              (　　)

A.t=0时刻流过定值电阻的电流方向向左

B.线圈中产生感应电动势的瞬时表达式为e=nBSω sin ωt

C.线圈转动的过程中,电压表的读数为nBSω

D.从t=0时刻起,线圈转过60°时流过定值电阻的瞬时电流为

二、非选择题

6.(2020江苏苏州震泽中学高二上月考,)如图是某学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”的示意图。他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动,铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流表相连。摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场(可视为匀强磁场)垂直。摇动时,铜芯线所围成半圆周的面积S=2 m2,转动角速度ω=10 rad/s,用电表测得电路中电流I=40 μA,电路总电阻R=10 Ω,取=2.25。

(1)求该处地磁场的磁感应强度B;

(2)从铜芯线所在平面与该处地磁场平行时开始计时,求其转过四分之一周的过程中,通过电流表的电荷量q;

(3)求铜芯线转动一周的过程中,电路产生的焦耳热Q。

7.(2020重庆高三月考,)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如下图甲所示。已知发电机线圈内阻为5 Ω,外接一只阻值为95 Ω的灯泡,如下图乙所示。(计算结果保留小数点后两位)

甲

乙

(1)求电压表的示数;

(2)求发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热;

(3)若发电机是单匝线圈,求通过线圈的最大磁通量。

答案全解全析

第3章　交变电流与远距离输电

专题强化练7　交变电流的产生、描述的综合应用

1.D　在0.01 s时产生的感应电流最大,故此时线圈与中性面垂直,磁通量为零,选项A、B错误;该交流电流的有效值为I==2 A,选项C错误;在一个周期内穿过线圈的总磁通量的变化为0,所以由法拉第电磁感应定律可知,一个周期内的平均电动势为0,则平均电流也等于0,选项D正确。

2.B　t=0时,电动势为零,线圈平面与磁感线垂直,线圈平面与中性面重合,选项A错误;当t= s时,e=220 sin 100π× V=220 V,电动势最大,线圈与中性面垂直,磁通量等于零,选项B正确;300 V是电容器允许的最高电压,而该交流电最大值是220 V≈311 V,所以此交流电不可以使“300 V,50 μF”的电容器正常工作,选项C错误;感应电动势的瞬时值表达式为e=220 sin 100πt(V),当将其转速n提高一倍时,由ω=2πn,Em=NBSω,可知ω和Em都增加一倍,则表达式为e'=440 sin 200πt(V),选项D错误。

3.C　由Em=6 V,则有效值E=6 V,电压表示数U=E=×6 V=5.4 V,选项A错误;灯泡实际消耗的功率即电源的输出功率,故由功率公式可知,P== W=3.24 W,故输出功率为3.24 W,选项B错误;在1×10-2 s时刻,感应电动势为零,故说明穿过线圈的磁通量最大,此时穿过线圈的磁通量变化率为零,选项C正确,D错误。

4.C　线框绕固定转轴匀速转动,产生正弦式交流电,感应电动势的最大值为Em=BSω=Bω·,故A错误;感应电动势的有效值为E==,所以电流的有效值为I==,故B错误;线框转过角度为时,线框中的感应电流达到最大值,有Im==,ac边所受安培力大小为F=BIml=,故C正确;线框转一周的过程中产生的热量为Q=t=,故D错误。故选C。

5.BD　t=0时刻线圈位于中性面位置,此时线圈平面与磁场垂直,没有任何一边切割磁感线,所以此时无电流,选项A错误;线圈中产生感应电动势的瞬时表达式为e=Em sin ωt=nBSω sin ωt,选项B正确;电压表的示数为有效值,所以电压表的示数为:×=,选项C错误;线圈转过60°时,线圈中的电动势为e'=nBSω sin 60°=nBSω,由闭合电路欧姆定律可得:I==,选项D正确。

6.答案　(1)2×10-5 T　(2)4×10-6 C　(3)7.2×10-9 J

解析　(1)铜芯线中产生的是正弦式交流电,则:

Im=I

由欧姆定律得Em=ImR

又Em=BSω

联立解得B=2×10-5 T。

(2)在由铜芯线与地面平行开始至铜芯线转动四分之一周的过程中,根据法拉第电磁感应定律得=

由欧姆定律得E=R

根据电流的定义得q=t

联立解得q=4×10-6 C。

(3)铜芯线转动一周,电路中产生的焦耳热为

Q=I2RT

代入数据解得Q=7.2×10-9 J。

7.答案　(1)147.79 V　(2)12.17 J　(3)0.70 Wb

解析　(1)电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由图像知电动势的最大值Em=220 V,有效值E=110 V,灯泡两端电压U=≈147.79 V。

(2)电路中的电流为I=≈1.56 A

发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q=I2rt=1.562×5×1 J≈12.17 J。

(3)Em=Φmω=220 V,由题图知T=0.02 s

则ω==100π rad/s

通过线圈的最大磁通量Φm≈0.70 Wb。