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2019年高中物理 第三章 交變電流綜合檢測(cè) 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(gè)選項(xiàng)是正確的．) 1．下列說(shuō)法中不正確的是(　　) A．交流發(fā)電機(jī)是把其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 B．交流發(fā)電機(jī)是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥艿难b置 C．交流發(fā)電機(jī)中電樞和磁極中不動(dòng)的叫定子，轉(zhuǎn)動(dòng)的叫轉(zhuǎn)子 D．交流發(fā)電機(jī)利用的是電磁感應(yīng)原理 【解析】　發(fā)電機(jī)顯然是利用了磁場(chǎng)和導(dǎo)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，即應(yīng)用了電磁感應(yīng)原理，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，電樞和磁極中轉(zhuǎn)動(dòng)部分叫轉(zhuǎn)子，固定不動(dòng)的部分叫定子，A、C、D對(duì)，B錯(cuò)． 【答案】　B 2．關(guān)于感抗，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　) A．感抗是由于電流變化時(shí)在線圈中產(chǎn)生了自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的變化 B．感抗的大小不僅與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流的頻率有關(guān) C．感抗雖然對(duì)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(méi)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(cuò)誤選項(xiàng)為D. 【答案】　D 3．有兩個(gè)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(guò)”電容器的電流強(qiáng)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(shí)值u＝Umsin 100πt，當(dāng)t＝1/600秒時(shí)，u＝5 V，則用電壓表測(cè)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(shí)間和相應(yīng)的電壓值代入瞬時(shí)值表達(dá)式得到最大值Um＝10 V，再求出有效值U＝＝10 V．電壓表測(cè)量的是有效值，所以讀數(shù)為10 V．C對(duì)． 【答案】　C 5．測(cè)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(shí)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(gè)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(cè))圖中在0～T及T～T兩段時(shí)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(duì)． 【答案】　C 7．如圖2所示，將硬導(dǎo)線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長(zhǎng)為l，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)線在a、b兩處通過(guò)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(jì)，燈泡的電阻應(yīng)為(　　) 圖2 A. B. C. D. 【解析】　硬導(dǎo)線轉(zhuǎn)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(xiàng)B正確． 【答案】　B 二、非選擇題(本題共5小題，共58分．計(jì)算題要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位．) 8．(6分)一交流電壓隨時(shí)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(yīng)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(xiǎn)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(yīng)為200 V，保險(xiǎn)絲的額定電流是交流電流的有效值，應(yīng)為I＝＝ A＝0.14 A. 【答案】　50　200　0.14 9．(8分)一個(gè)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(jì)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(shí)值表達(dá)式． (4)在什么時(shí)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(gè)小時(shí)內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時(shí)間有多長(zhǎng)？為什么人眼不能感覺(jué)到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？(人的眼睛視覺(jué)暫留時(shí)間約為 s) 【解析】　由正弦交流電的最大值Um與有效值U的關(guān)系得：Um＝120 V 設(shè)t＝0時(shí)交流電的瞬時(shí)電壓U＝0則交流電的電壓瞬時(shí)表達(dá)式為： u＝120sin 100πt V 如圖所示，畫出一個(gè)周期內(nèi)交流電的Ut圖象，其中陰影部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間，根據(jù)對(duì)稱性，一個(gè)周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間為4t1，當(dāng)U＝U0＝60 V時(shí)，由上式得t1＝ s 再由對(duì)稱性求得一個(gè)周期內(nèi)能發(fā)光的時(shí)間：t＝T－4t1＝ s 再由比例關(guān)系求得一小時(shí)內(nèi)霓虹燈發(fā)光的時(shí)間為： t＝ s＝2 400 s 很明顯霓虹燈在工作過(guò)程中是忽明忽暗的，而熄滅的時(shí)間只有 s(如圖t2時(shí)刻到t3時(shí)刻)由于人的眼睛具有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，而這個(gè)視覺(jué)暫留時(shí)間約為 s遠(yuǎn)大于 s，因此經(jīng)過(guò)燈光刺激的人眼不會(huì)因?yàn)槎虝旱南缍兴杏X(jué)． 【答案】　見(jiàn)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(guò)某“過(guò)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(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)打點(diǎn)周期為多大？ (2)CD間接有“220 V,40 W”燈泡時(shí)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(guò)濾前交流電的周期T＝＝＝0.02 s. 過(guò)濾前打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每經(jīng)0.02 s打一次點(diǎn)． 過(guò)濾后電流變化周期還是0.02 s．如果打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針是向下振動(dòng)時(shí)，打點(diǎn)周期不變，為0.02 s；若打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針是向上振動(dòng)時(shí)，不能打點(diǎn)． (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(shí)小燈泡的功率 P＝20 W. (3)過(guò)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(jiàn)解析　(2)20 W　(3)不能 12．(16分)如圖6(甲)所示，一固定的矩形導(dǎo)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(chǎng)．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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按如圖6(乙)所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝nBmScost，其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T為磁場(chǎng)變化的周期．不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變化，求： 圖6 (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感強(qiáng)度變化的0～的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)小燈泡的電荷量． 【解析】　(1)因?yàn)榫€圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流變化的周期與磁場(chǎng)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(guò)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(yīng)強(qiáng)度變化的0～1/4周期內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值＝nS 通過(guò)燈泡的平均電流 ＝＝ 通過(guò)燈泡的電荷量 Q＝Δt＝＝4.010－3C. 【答案】　(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)410－3C