高中物理1 交变电流优秀当堂达标检测题

这是一份高中物理1 交变电流优秀当堂达标检测题，共18页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
3.1交变电流人教版（    2019）高中物理选择性必修二同步练习学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________第I卷（选择题） 一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）如图甲所示，在匀强磁场中有一个匝的闭合矩形线圈绕轴匀速转动，转轴垂直于磁场方向，线圈电阻为，从图甲所示位置开始计时，通过线圈平面的磁通量随时间变化的图象如图乙所示，则(    )
A. 线圈转动过程中消耗的电功率为
B. 在时，线圈中的感应电动势为零，且电流改变一次方向
C. 所产生的交变电流感应电动势的瞬时表达式为
D. 线圈从图示位置转过时穿过线圈的磁通量变化最快如图甲所示，甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示，发电机线圈内阻为，外接灯泡的电阻为恒定不变，则下列说法中正确的为(    )
A. 电压表的示数为
B. 通过电阻的电流方向秒钟改变次
C. 在时刻，穿过线圈的磁通量最大
D. 产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为 如图所示为一台教学用手摇式交流发电机，当缓慢摇动大皮带轮手柄时，连接在发电机上的小灯泡就会一闪一闪地发光。已知大皮带轮半径为，小皮带轮半径为，摇动手柄的角速度为，且摇动过程中皮带不打滑，以下判断正确的是(    )
 A. 发电机产生的交变电流频率为
B. 小灯泡闪烁的频率为
C. 小灯泡的瞬时功率等于通过小灯泡的电流、电压二者有效值的乘积
D. 发电机启动阶段，当手摇转速加倍后，小灯泡的功率变为倍如图甲所示，矩形线圈的一部分处在有界匀强磁场中，并绕处于磁场边界的轴匀速转动，产生的感应电动势随时间的变化图线如图乙所示，下列说法正确的是(    )
A. 时刻线圈处于与中性面垂直的位置
B. 时刻线圈位于磁场内、外的面积比为：
C. 每秒钟电流方向改变次
D. 该交流电的有效值为图甲为交流发电机的示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，电阻，线圈电阻。从图示位置开始计时，感应电动势随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是(    )
A. 图示位置为中性面
B. 线圈转动的角速度为
C. 时，穿过线圈平面的磁通量为零
D. 电流表的示数为如图为小型旋转电枢式发电机的示意图，一矩形金属线框在匀强磁场中，绕与磁场垂直的轴沿如图所示方向匀速转动，下列关于交变电流产生过程的说法，正确的是(    )A. 线框经图示位置时，穿过线框的磁通量为零，磁通量的变化率为零
B. 若转动周期减小一半，线框中感应电动势的最大值也减小一半
C. 线框经过图示位置时，电流方向由点经电阻流向点
D. 线框转过到中性面时磁通最大，电流方向发生改变
 自行车的发电花鼓装置可以在骑行时为车灯提供持续的电能，其原理可简化为图甲所示，图中、是可与摩擦小轮同轴转动的一对磁极，磁极周围固定一个与理想变压器相连的矩形线框，变压器的输出端与车灯相连。匀速骑行时，摩擦小轮在车轮的驱动下带动磁极旋转，变压器输出正弦型交变电流。某辆携带发电花鼓装置的自行车的部分结构如图乙所示，其中大齿轮与踏板相连，半径较小的小齿轮和半径较大的小齿轮与后轮同轴固定，骑行者可调节变速器使链条挂在不同的小齿轮上，骑行时摩擦小轮与车轮不打滑。下列说法正确的是(    )
A. 骑行速度越快，车灯一定越亮
B. 骑行速度越快，交变电流的周期一定越大
C. 同样的骑行速度，链条挂在小齿轮上相比挂在小齿轮上，灯泡更亮
D. 同样的骑行速度，变压器原线圈的匝数越多，车灯越亮 二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）如图所示为一正弦交变电压随时间变化的图像，由图可知(    )
A. 交流电的周期为
B. 用电压表测量该交流电压时，读数为
C. 交变电压的有效值为
D. 将它加在电容器上时，电容器的耐压值小于等于如图甲所示，在水平向右的匀强磁场中，匝数为匝的矩形线圈绕与线圈平面共面的竖直轴匀速转动，从线圈转到图示位置开始计时，穿过线圈的磁通量随时间变化的关系如图乙所示。则下列说法正确的是(    )
A. 线圈的感应电动势的瞬时值随时间的变化关系为
B. 线圈的感应电动势的有效值为
C. 当时，线圈的感应电动势最小
D. 线圈从图示位置转过时，线圈的感应电动势瞬时值大小为如图甲所示，匝面积为的圆形线圈接入理想变压器的原线圈，变压器的副线圈接入阻值为的电阻，电表都是理想电表。已知每匝线圈的电阻均为，若在线圈位置加入垂直于线圈平面的磁场，磁感应强度随时间按正弦规律变化的图像如图乙所示，得到电阻的热功率是圆形线圈的热功率的倍。由此可得出(    )
A. 原、副线圈匝数比
B. 时间内两电流表示数逐渐减小
C. 对线圈中的某段导线来说，当磁感应强度最大时，受到的安培力最大
D. 线圈产生感应电动势的有效值为如图甲所示，匝面积为的圆形线圈接入理想变压器的原线圈，变压器的副线圈接入阻值为的电阻，电表都是理想电表。已知每匝线圈的电阻均为，若在线圈位置加入垂直于线圈平面的磁场，磁感应强度随时间按正弦规律变化的图像如图乙所示，得到电阻的热功率是圆形线圈的热功率的倍。由此可得出(    )
A. 原、副线圈匝数比
B. 时间内两电流表示数逐渐减小
C. 对线圈中的某段导线来说，当磁感应强度最大时，受到的安培力最大
D. 线圈产生感应电动势的有效值为第II卷（非选择题） 三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）图甲为课堂演示用的手摇发电机，现将此手摇发电机的输出端与电压传感器并联后接入数据采集器，在计算机显示屏上得到如图乙所示的波形电压。研究此交变电流的波形，发现屏上出现第个向上的“尖峰”到出现第个向上的“尖峰”经历的时间为，则手摇发电机线圈转动的平均角速度为____________。屏上出现的电压波形不是正弦波，其原因可能是_____________________。写出一条即可将发电机输出的电流通过整流装置后得到如图丙所示的正弦交变电流图像，此电流的瞬时值表达式为_____________，电流的有效值为_______________。手摇发电机的实物模型如图甲所示，其工作原理可简化为图乙，匀强磁场的磁感应强度大小为，矩形线圈的总电阻为、匝数为匝、面积为，可绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。将这台手摇发电机接在理想变压器的原线圈上，副线圈接有规格为“”的灯泡，如图丙所示。现在匀速摇动发电机，使灯泡正常发光。已知理想变压器的原、副线圈匝数之比为：，电压表为理想交流电压表，其余电阻均不计。求：

理想交流电压表的示数；
手摇发电机匀速转动的角速度。 四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）如图所示，匀强磁场的磁感应强度，边长的正方形线圈共匝，线圈总电阻，线圈绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动，转速为，外电路中的电阻，图示位置线圈平面与磁感线平行，求：线圈转动一周产生的总热量从图示位罝开始线圈转过周的时间内通过的电荷量。如图所示为一交流发电机的原理示意图，其中矩形线圈的边长，，匝数，线圈的总电阻，线圈在磁感强度的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，角速度线圈两端通过电刷、与阻值的定值电阻连接．计算时取．
从线圈经过中性面开始计时，写出线圈中感应电动势随时间变化的函数表达式；
求此发电机在上述工作状态下的输出功率；
求从线圈经过中性面开始计时，经过周期时间通过电阻的电荷量．交流发电机模型的示意图如图所示，在磁感应强度为的匀强磁场中，有一矩形线框可绕线框平面内垂直于磁感线的轴转动，由线框引出的导线和分别与两个跟线框一起绕轴转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动良好接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻及理想电流表形成闭合电路。已知长度为，长度为，线框电阻为，匝数为，线框以恒定角速度逆时针转动。求：

从线框平面处于中性面位置时开始计时，发电机产生的电动势瞬时值的表达式；
安培表的示数；
若不计一切摩擦，外力驱动线框转动一周所做的功。
答案和解析 1.【答案】 【解析】【分析】
绕垂直于磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈中产生正弦或余弦式交流电，由于从垂直中性面开始其瞬时表达式为，由求出最大感应电动势，根据最大值与有效值的关系求出电动势的有效值，由求出线圈消耗的电功率；磁感线与线圈平行时，磁通量为，磁通量的变化率最大，当线圈处于中性面时，磁通量最大，磁通量的变化率为，每次经过中性面电流方向发生变化。
本题考查的是瞬时值、最大值、有效值、平均值的计算，关键记住用有效值求解电功、电功率，用平均值求解电量。
【解答】
A.最大感应电动势为，感应电动势的有效值为，线圈转动过程中消耗的电功率为，故A正确；
B.时，磁通量为，线圈中的感应电动势最大，电流方向不变，故B错误；
C.由图知角速度，因为线圈从垂直中性面开始计时，所以交变电流感应电动势的瞬时表达式为，故C错误；
D.线圈在图示位置磁通量为，磁通量的变化率最大，穿过线圈的磁通量变化最快，转过，磁通量最大，磁通量变化率为，故D错误。
故选A。  2.【答案】 【解析】  【分析】
A.根据图象求出感应电动势的有效值，由电压表测量的是灯泡两端的电压、结合欧姆定律求电压表的示数。
B.每个周期电流方向改变两次，据此可求得通过电阻的电流方向秒钟改变次数。
C.根据正弦式交变电产生特点，可知当磁通量最大时，则磁通量变化率等于零，即知电动势是否为零；当磁通量为零时，则磁通量变化率最大，即知电动势是否最大。
D.根据角速度与周期关系公式求得角速度。
本题考查正弦式交变电产生原理以及电动势瞬时表达式等知识，明确交流电图象的物理意义，正确根据图象获取有关交流电的信息是对学生的基本要求，平时要加强练习。
【解答】
A.根据图象、结合正弦式交变电峰值与有效值关系公式，知感应电动势的有效值，电压表测量的是小灯泡两端的电压，根据闭合电路欧姆定律，故A错误；
B.交变电流的周期，一个周期电流方向改变次，内有次周期，即电流方向改变次，故B错误；
C.根据正弦式交变电产生特点，在时刻，磁通量变化率最小等于零，即感应电动势为，则知磁通量最大，即线圈处于中性面，故C正确；
D.根据角速度与周期关系公式，产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为，故D错误。
故选C。  3.【答案】 【解析】【分析】
本题主要考查交流电的产生。根据大轮、小轮线速度大小相等，小轮与线圈角速度相等，计算线圈的角速度和频率，从而计算交流电的频率；在交流电一个周期内小灯泡闪烁两次；小灯泡闪烁，说明小灯泡的瞬时功率时刻变化；根据分析交流电的峰值变化，从而分析有效值变化，再分析小灯泡的亮度。
【解答】
A、大轮、小轮边缘线速度大小相等，由知，小轮的角速度为，小轮与线圈角速度相等，则线圈的角速度为，所以发电机产生的交变电流频率为，故A错误；
B、在交流电一个周期内小灯泡闪烁两次，则小灯泡闪烁的频率为，故B正确；
C、小灯泡闪烁，也就是小灯泡的亮度时刻变化，说明小灯泡的瞬时功率时刻变化，不是定值，而通过小灯泡的电流、电压二者有效值的乘积是定值，故C错误；
D、发电机启动阶段，当手摇转速加倍后，小轮的角速度加倍，线圈的角速度也加倍，由交流电电压峰值表达式可知，交流电最大值增大倍，有效值增大倍，而小灯泡消耗的功率增大倍，故D错误。
故选B．  4.【答案】 【解析】【分析】
本题考查了交变电流的规律及相关计算，交变电流产生过程中，线圈在中性面上时，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势最小，线圈与中性面垂直时，通过的磁通量最小，电动势最大，根据图象分析答题。一个周期内，电流方向改变两次。
根据电流的热效应求解交变电流的有效值，注意只有正弦式交变电流有效值是最大值的倍。
【解答】
A、分析图乙可知，时刻，感应电动势为零，此时线圈处于中性面位置，故A错误；
B、分析交变电流的产生条件，结合图乙可知，时，感应电动势数值出现跳跃，最大值由变为，根据法拉第电磁感应定律可知，最大值，则时刻，线圈位于磁场内、外的面积之比为：，故B错误；
C、分析图乙可知，周期，一个周期内电流方向改变两次，则每秒种电流方向改变
次，故C错误；
D、根据电流的热效应可知：，解得电压有效值为：，故D正确．
故选：。  5.【答案】 【解析】【分析】
本题考查交变电流的产生及有效值，要注意明确电流表示数、机器铭牌上所标的电流值、电压值等均为有效值。
【解答】
A.图示位置线圈平面和磁场方向平行，即与中性面垂直，故A错误；
B.题图乙可知交流电周期，则角速度，故B正确；
C.时，感应电动势为零，穿过线圈的磁通量变化最慢，穿过线圈平面的磁通量最大，故C错误；
D.题图乙可知交流电电压的最大值是，则有效值为：，电流表的示数为，故D错误；
故选B。  6.【答案】 【解析】【分析】
本题考查正弦交流电的相关问题，基础题。
线框在中性面时磁通量最大，感应电动势为零，电流方向发生改变；线框经过图示位置时，穿过线框的磁通量为零，磁通量的变化率最大；根据右手定则和分析问题。
【解答】A.线框经过图示位置时，穿过线框的磁通量为零，但、边刚好垂直切割磁感线，感应电动势最大，则磁通量的变化率最大，故A错误；B.若转动周期减小一半，角速度为原来的倍，则感应电动势的最大值增大为原来的倍，故B错误；C.线框经过图示位置时，经楞次定律可知，线框中的电流方向由到，所以电流方向由点经电阻流向点，故C错误；D.线框转过到中性面时磁通最大，磁通量变化率最小为，感应电流为，感应电流方向发生改变，故D正确。故选D。  7.【答案】 【解析】【分析】
由电磁磁感应现象判断得解；由同轴转动判断两种情况下摩擦小轮转动的角速度大小，由此得解；由理想变压器原副线圈端电压与匝数的关系得解。
本题主要考查电磁感应现象与变压器的综合应用，难度一般。
【解答】A.骑行速度越快，摩擦小轮转动越快，线圈的感应电动势越大，车灯的电流越大，车灯一定越亮，A正确；B.骑行速度越快，摩擦小轮转动越快，摩擦小轮的角速度越大，根据 ，交变电流的周期一定越小，B错误；C.同样的骑行速度，车轮的线速度线相同，摩擦小轮的线速度相同，摩擦小轮的角速度相同，无论链条挂在小齿轮上还是挂在小齿轮上，灯泡的亮度相同，C错误；D.同样的骑行速度，车轮的线速度线相同，摩擦小轮的线速度相同，摩擦小轮的角速度相同，变压器原线圈的电压相同，根据 ，变压器原线圈的匝数越多，变压器副线圈两端电压越小，车灯越暗，D错误。故选A。  8.【答案】 【解析】【分析】根据图像可知交流电的最大值以及周期等物理量，然后进一步可求出其瞬时值的表达式以及有效值等。本题考查了有关交流电描述的基础知识，要根据交流电图像正确求解最大值、有效值、周期、频率、角速度等物理量，同时正确书写交流电的表达式。【解答】由图象知周期为，即，故A正确；B.电压表的读数为有效值，此正弦交流电有效值为故B错误；C.正弦交流电有效值为故C正确；D.电容器的耐压值应大于或等于电压的最大值，故D错误；故选AC  9.【答案】 【解析】【分析】
根据乙图求出周期、角速度、感应电势的最大值，得到感应电动势的瞬时值表达式，再求电动势有效值、瞬时值。
本题关键是从乙图中读出相关的信息，知道从垂直中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式。
【解答】
A.由图乙知周期，角速度，感应电动势的最大值，所以从图示位置开始计时，线圈的感应电动势的瞬时值随时间的变化关系为，故A错误；
B.线圈的感应电动势的有效值为，故B正确；
C.当时，线圈的感应电动势最大，故C错误；
D.线圈从图示位置转过时，线圈的感应电动势瞬时值大小为，故D正确。
故选BD。  10.【答案】 【解析】【分析】
本题考查了交变电流的产生、变压器的构造和原理、有效值；掌握住理想变压器的电压、有效值与最大值的关系。
根据电阻的热功率是圆形线圈的热功率的倍求出原线圈、副线圈电流之比，由此得出原、副线圈匝数比；
电表测量的是有效值；
根据电磁感应定律分析感应电流，得出安培力；
由图像，结合法拉第电磁感应定律求出感应电动势的表达式，进而得出电源电动势的最大值，由最大值与有效值关系求出线圈产生感应电动势的有效值。
【解答】
A. 根据题意得：，解得：；原、副线圈匝数比，故A正确；
B.电表测量的是有效值，不是瞬时值，两电流表的示数不变，故B错误；
C.当磁感应强度最大时，感应电流等于零，线圈受到的安培力等于零，故C错误；
D.由图乙可知：，线圈产生感应电动势：，最大值：，有效值：，故D正确。
故选AD  11.【答案】 【解析】【分析】
本题考查了交变电流的产生、变压器的构造和原理、有效值；掌握住理想变压器的电压、有效值与最大值的关系。
根据电阻的热功率是圆形线圈的热功率的倍求出原线圈、副线圈电流之比，由此得出原、副线圈匝数比；
电表测量的是有效值；
根据电磁感应定律分析感应电流，得出安培力；
由图像，结合法拉第电磁感应定律求出感应电动势的表达式，进而得出电源电动势的最大值，由最大值与有效值关系求出线圈产生感应电动势的有效值。
【解答】
A. 根据题意得：，解得：；原、副线圈匝数比，故A正确；
B.电表测量的是有效值，不是瞬时值，两电流表的示数不变，故B错误；
C.当磁感应强度最大时，感应电流等于零，线圈受到的安培力等于零，故C错误；
D.由图乙可知：，线圈产生感应电动势：，最大值：，有效值：，故D正确。  12.【答案】；
线圈不是在匀强磁场中转动或手摇发电机的转速不均匀；
；  。 【解析】屏上出现第个向上的“尖峰”到出现第个向上的“尖峰”经历的时间为个周期，故周期为；线圈转动的平均角速度；
由题意分析可知，其可能的原因是线圈不是在匀强磁场中转动或手摇发电机的转速不均匀；
由图知，电流的最大值为，周期，则此电流的瞬时值表达式为，电流的有效值为。
 13.【答案】解：由于灯泡正常发光，副线圈电压的有效值：
根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系，有
解得理想交流电压表的示数：；
副线圈中电流的有效值：
根据理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，有：
交流发电机的电动势的有效值：
交流发电机线圈转动时产生感应电动势的最大值：
联立解得：。
答：理想交流电压表的示数为；
手摇发电机匀速转动的角速度为。 【解析】根据灯泡正常发光可求得副线圈电流，根据闭合电路欧姆定律可求得副线圈电压，结合变压器电压与匝数关系求得电压表示数；
结合闭合电路求得发电机电压的有效值，再计算最大值，通过求得角速度。
本题主要是考查了变压器的知识；解答本题的关键是知道理想变压器的电压之比等于匝数之比，在只有一个副线圈的情况下的电流之比等于匝数的反比；知道理想变压器的输出功率决定输入功率且相等。
 14.【答案】解：
感应电动势的最大值为：。周期为，
线圈转动一周产生的总热量为。转过的圆心角 ，
该时间内磁通量的变化量，
  【解析】本题关键是要区分交流电的有效值、瞬时值、平均值和最大值的区别，知道电流表和电压表读数是有效值，计算热量用有效值，计算电量用平均值。
由焦耳定律可求得一周内产生的热量；
根据法拉第电磁感应定律求解平均电动势，再由电流的定义求解电量。
 15.【答案】解：线圈产生感应电动势的最大值
解得：
感应电动势随时间变化的表达式 
线圈中感应电动势的有效值
电流的有效值
交流发电机的输出功率即为电阻的热功率
根据法拉第电磁感应定律有：
根据欧姆定律得：
又：
联立解得：
答：从线圈经过中性面开始计时，线圈中感应电动势随时间变化的函数表达式为；
此发电机在上述工作状态下的输出功率是；
从线圈经过中性面开始计时，经过周期时间通过电阻的电荷量是． 【解析】根据公式求解电动势的最大值；然后根据求解电动势的瞬时值
先根据欧姆定律求解电流的最大值，然后根据求解电流的瞬时值；
先求解有效值，然后根据求解电压的有效值．
本题关键是要能够区分交流的有效值、瞬时值、最大值和平均值，求解电表读数用有效值，求解电量用平均值．
 16.【答案】解：电动势最大值为
电动势瞬时值的表达式为
电动势有效值为
由闭合电路欧姆定律，安培表的示数
线框转动的周期
外力驱动线框转动一周所做的功等于闭合回路中的焦耳热，则
解得： 【解析】矩形线圈转动过程中，只有和切割磁感线，先求得电动势最大值，从而写出瞬时表达式；
求得电动势的有效值，结合闭合电路欧姆定律求电流；
根据即可求解．
当线圈与磁场相平行时，即线圈边框正好垂直切割磁感线，此时产生的感应电动势最大。求产生的热能时，用交流电的有效值。