2019年高中物理 第三章 交變電流綜合檢測 魯科版選修3-2.doc

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2019年高中物理 第三章 交變電流綜合檢測 魯科版選修3-2 一、選擇題(本題共7小題，每小題6分，共42分．每小題至少有一個選項是正確的．) 1．下列說法中不正確的是(　　) A．交流發(fā)電機是把其他形式的能轉變?yōu)殡娔艿难b置 B．交流發(fā)電機是把電能轉變?yōu)槠渌问侥艿难b置 C．交流發(fā)電機中電樞和磁極中不動的叫定子，轉動的叫轉子 D．交流發(fā)電機利用的是電磁感應原理 【解析】　發(fā)電機顯然是利用了磁場和導體相對運動產(chǎn)生感應電流，即應用了電磁感應原理，把其他形式的能轉化為電能，電樞和磁極中轉動部分叫轉子，固定不動的部分叫定子，A、C、D對，B錯． 【答案】　B 2．關于感抗，下列說法中錯誤的是(　　) A．感抗是由于電流變化時在線圈中產(chǎn)生了自感電動勢，阻礙電流的變化 B．感抗的大小不僅與自感系數(shù)有關，還與電流的頻率有關 C．感抗雖然對交變電流有阻礙作用，但不消耗能量 D．感抗是線圈的電阻產(chǎn)生的 【解析】　感抗產(chǎn)生的原因是由于電感線圈的自感，它的效果是阻礙產(chǎn)生自感的交變電流的變化，沒有消耗能量．感抗由線圈的自感系數(shù)和交變電流的頻率共同決定，故錯誤選項為D. 【答案】　D 3．有兩個電容器的電容為C1＝5 μF，C2＝3 μF，分別加在峰值一定的交變電源上．下列哪種情況“通過”電容器的電流強度最大(　　) A．C1上加頻率為50 Hz的交變電流 B．C2上加頻率為50 Hz的交變電流 C．C1上加頻率為60 Hz的交變電流 D．C2上加頻率為60 Hz的交變電流 【解析】　電容和頻率越大，容抗越小，電流越大，所以C正確． 【答案】　C 4．交變電壓的瞬時值u＝Umsin 100πt，當t＝1/600秒時，u＝5 V，則用電壓表測電壓，電壓表上看到的讀數(shù)為(　　) A．5V　　　 B．5V　　　 C．10V　　　 D．10V 【解析】　把時間和相應的電壓值代入瞬時值表達式得到最大值Um＝10 V，再求出有效值U＝＝10 V．電壓表測量的是有效值，所以讀數(shù)為10 V．C對． 【答案】　C 5．測電筆中的氖管起輝電壓為86.6 V，把它接到70.7 V、50 Hz的余弦交流電源上，則氖管(　　) A．不能發(fā)光 B．能發(fā)光，每秒發(fā)光50次 C．能發(fā)光，每秒發(fā)光100次 D．增大電源電壓，每次發(fā)光時間減少 【解析】　交變電流電壓的最大值為70.7 V≈100 V，大于起輝電壓86.6 V，故能發(fā)光，一個周期內(nèi)發(fā)光兩次，每秒發(fā)光100次． 【答案】　C 6．(xx黃岡檢測)圖中在0～T及T～T兩段時間內(nèi)電流均按正弦規(guī)律變化，則如圖1所示交變電流的有效值為(　　) 圖1 A．10 A　　　　　 B．5 A C．5 A D．15 A 【解析】　0～T，電流有效值為 A＝10 A，T～T，電流有效值為 A＝5 A，根據(jù)有效值的定義有：(10)2R＋(5)2R＝I2RT，可求得I＝5 A，C對． 【答案】　C 7．如圖2所示，將硬導線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長為l，它在磁感應強度為B，方向如圖所示的勻強磁場中勻速轉動，轉速為n，導線在a、b兩處通過電刷與外電路連接，外電路有額定功率為P的小燈泡并正常發(fā)光，電路中除燈泡外，其余部分的電阻不計，燈泡的電阻應為(　　) 圖2 A. B. C. D. 【解析】　硬導線轉速為n，角速度為2πn，電壓的最大值為Um＝Bl22πn＝2πnBl2，小燈泡的功率P＝()2＝，所以燈泡的電阻為，故選項B正確． 【答案】　B 二、非選擇題(本題共5小題，共58分．計算題要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位．) 8．(6分)一交流電壓隨時間變化的圖象如圖3所示，則此交流電的頻率是________Hz，若將該電壓加在10μF的容器上，則電容器的耐壓值不應小于________V；若將該電壓加在一阻值為1 kΩ的純電阻用電器上，用電器恰能正常工作，為避免意外事故的發(fā)生，電路中保險絲的額定電流不能低于________A. 圖3 【解析】　根據(jù)f＝＝ Hz＝50 Hz，在電路中接入電容器，電容器的耐壓值是交流電壓的峰值，應為200 V，保險絲的額定電流是交流電流的有效值，應為I＝＝ A＝0.14 A. 【答案】　50　200　0.14 9．(8分)一個按正弦規(guī)律變化的交變電流的圖象如圖4所示，根據(jù)圖象計算： 圖4 (1)交變電流的頻率． (2)交變電流的有效值． (3)寫出該電流的瞬時值表達式． (4)在什么時刻電流的大小與其有效值相等？ 【解析】　(1)f＝＝ Hz＝50 Hz. (2)I＝＝ A＝14.1 A. (3)ω＝2πf＝100π rad/s i＝20sin(100πt)A. (4)10＝20sin(100πt) t＝0.01(2k＋)s(k＝0,1,2，…)． 【答案】　(1)50 Hz　(2)14.1 A　(3)i＝20sin(100πt)A　(4)t＝0.01(2k＋)s(k＝0,1,2…) 10．(14分)有一正弦交流電源，電壓有效值U＝120 V，頻率為f＝50 Hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0＝60 V，試估算在一個小時內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時間有多長？為什么人眼不能感覺到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？(人的眼睛視覺暫留時間約為 s) 【解析】　由正弦交流電的最大值Um與有效值U的關系得：Um＝120 V 設t＝0時交流電的瞬時電壓U＝0則交流電的電壓瞬時表達式為： u＝120sin 100πt V 如圖所示，畫出一個周期內(nèi)交流電的Ut圖象，其中陰影部分對應的時間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時間，根據(jù)對稱性，一個周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時間為4t1，當U＝U0＝60 V時，由上式得t1＝ s 再由對稱性求得一個周期內(nèi)能發(fā)光的時間：t＝T－4t1＝ s 再由比例關系求得一小時內(nèi)霓虹燈發(fā)光的時間為： t＝ s＝2 400 s 很明顯霓虹燈在工作過程中是忽明忽暗的，而熄滅的時間只有 s(如圖t2時刻到t3時刻)由于人的眼睛具有視覺暫留現(xiàn)象，而這個視覺暫留時間約為 s遠大于 s，因此經(jīng)過燈光刺激的人眼不會因為短暫的熄滅而有所感覺． 【答案】　見解析 11．(14分)如圖5丙所示，AB間為交流電源，電壓u＝311sin 100πt，經(jīng)過某“過濾”裝置P后將甲所示正弦交流電濾去一半，得到如圖乙所示的交流電，求： 圖5 (1)CD間接打點計時器時打點周期為多大？ (2)CD間接有“220 V,40 W”燈泡時其發(fā)光功率為多大？ (3)CD間能否連接“220 V,20 μF”的電容器？ 【解析】　(1)過濾前交流電的周期T＝＝＝0.02 s. 過濾前打點計時器每經(jīng)0.02 s打一次點． 過濾后電流變化周期還是0.02 s．如果打點計時器的振針是向下振動時，打點周期不變，為0.02 s；若打點計時器的振針是向上振動時，不能打點． (2)題圖乙所示交流電的有效值為U，有 ＝T U＝Um＝ V. 由P＝知＝知此時小燈泡的功率 P＝20 W. (3)過濾后，電流的最大值不變，大小為311 V，電容器的電壓“220 V”是擊穿電壓，所以不能直接連接在CD間． 【答案】　(1)見解析　(2)20 W　(3)不能 12．(16分)如圖6(甲)所示，一固定的矩形導體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場．已知線圈的匝數(shù)n＝100匝，電阻r＝1.0 Ω，所圍成矩形的面積S＝0.040 m2，小燈泡的電阻R＝9.0 Ω，磁場的磁感應強度按如圖6(乙)所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢瞬時值的表達式為e＝nBmScost，其中Bm為磁感應強度的最大值，T為磁場變化的周期．不計燈絲電阻隨溫度的變化，求： 圖6 (1)線圈中產(chǎn)生感應電動勢的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感強度變化的0～的時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量． 【解析】　(1)因為線圈中產(chǎn)生的感應電流變化的周期與磁場變化的周期相同，所以由圖象可知，線圈中產(chǎn)生交變電流的周期為T＝3.1410－2s. 所以線圈中感應電動勢的最大值為Em＝2πnBmS/T＝8.0 V. (2)根據(jù)歐姆定律，電路中電流的最大值為Im＝＝0.80 A 通過小燈泡電流的有效值為 I＝Im/＝0.40 A 小燈泡消耗的電功率為P＝I2R＝2.88 W. (3)在磁感應強度變化的0～1/4周期內(nèi)，線圈中感應電動勢的平均值＝nS 通過燈泡的平均電流 ＝＝ 通過燈泡的電荷量 Q＝Δt＝＝4.010－3C. 【答案】　(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)410－3C