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1、第3章 交变电流(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本大题共10个小题，每小题6分，共60分在每小题给出的四个选项中，第17题只有一项符合题目要求，第810题有多项符合题目要求全部选对的得6分，选对但不全的得3分 ，有选错的得0分)1下列说法中不正确的是()A交流发电机是把其他形式的能转变为电能的装置B交流发电机是把电能转变为其他形式能的装置C交流发电机中电枢和磁极中不动的叫定子，转动的叫转子D交流发电机利用的是电磁感应原理【解析】发电机显然是利用了磁场和导体相对运动产生感应电流，即应用了电磁感应原理，把其他形式的能转化为电能，电枢和磁极中转动部分叫转子，固定不动的部分叫定子，A、C、
2、D对，B错【答案】B2如图1是交流发电机的示意图，图甲到图丁分别表示线圈转动过程中的四个位置，其中甲、丙中的线圈与磁场方向垂直，乙、丁中线圈与磁场方向平行，则在线圈转动的过程中直流电流表有示数的位置是() 【导学号：78870065】图1A甲、丙B乙、丁C甲、乙D丙、丁【解析】线圈转动中感应电流时刻在变化，位于中性面位置时磁通量最大，但感应电流最小，等于零位于与中性面垂直位置时，磁通量最小，但感应电流最大，故选B.【答案】B3下列关于交流电的说法中正确的是()A交流电气设备上所标的电压和电流值是交流电的峰值B用交流电流表和电压表测定的读数值是交流电的瞬时值C给定的交流数值，在没有特别说明的情况
3、下是指有效值D跟交变电流有相同的热效应的直流电的数值是交流电的平均值【解析】对于交变电流，在没有特别说明的情况下是指有效值，交流电流表和电压表的读数值是交流电的有效值，交流电气设备的铭牌上所标的电压和电流也是有效值，与交变电流有相同热效应的直流电的数值是交流电的有效值，所以A、B、D错误，C正确【答案】C4一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的波形如图2所示，由图可以知道() 【导学号：78870066】图2A0.01 s时刻线圈处于中性面位置B0.01 s时刻穿过线圈的磁通量为零C该交流电流有效值为2 AD该交流电流频率为50 Hz【解析】0.01 s时刻电流最大，电动势最大，处于与磁
4、感线平行的位置，故A错，B对；Im6.28 A，所以有效值I A4.44 A，故C错；由题图知T0.04 s，fHz25 Hz，故D错【答案】B5三个相同的电阻，分别通过如图甲、乙、丙所示的交变电流，三个图中的I0和周期T相同下列说法中正确的是()图3A在相同时间内三个电阻发热量相等B在相同时间内，甲、乙发热量相等，是丙发热量的2倍C在相同时间内，甲、丙发热量相等，是乙发热量的D在相同时间内，乙发热量最大，甲次之，丙的发热量最小【解析】甲图象电流的有效值为I0，乙图象电流的有效值为I0，丙图象根据电流有效值的定义有：IRI2RT，解得电流有效值II0，根据焦耳定律相同时间内产生的热量之比等于电
5、流有效值的平方比，Q1Q2Q3121，C对【答案】C6在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分，又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输送到再下一级，可以采用如图4所示电路，其中a、b应选择的元件是()图4Aa是电容较大的电容器，b是低频扼流圈Ba是电容较大的电容器，b是高频扼流圈Ca是电容较小的电容器，b是低频扼流圈Da是电容较小的电容器，b是高频扼流圈【解析】电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以a处放电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频，阻高频的作用，b处接一个高频扼流圈，D对【答案】D7一只电饭煲和一台洗
6、衣机同时并联接入u311 sin314t V的交流电源上，均正常工作用交流电流表分别测得流过电饭煲的电流是5 A，流过洗衣机的电流是0.5 A，则下列说法中正确的是()A电饭煲的电阻是44 ，洗衣机电动机线圈的电阻是440 B电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的功率为155.5 WC1 min内电饭煲消耗的电能为6.6104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6103 JD电饭煲的发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍【解析】电饭煲与洗衣机并联接在电源上，电源两端电压有效值相等，均为U220 V，但洗衣机不是纯电阻用电器，由R1440 是错误的，电饭煲是纯电阻用电器，可计算R2
7、 44 ，故选项A错误；电饭煲的电功率为P2UI22205 W1 100 W，洗衣机电动机的电功率为P1UI12200.5 W110 W，故选项B错误；1 min内电饭煲产生的热量Q2P2t26.6104J，洗衣机电动机消耗的电能Q1P1t16.6103J，故选项C正确；由题目条件计算不出洗衣机电动机的发热功率，故选项D错误【答案】C8如图5所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框以竖直边cd为转动轴、以角速度匀速转动，从图示时刻开始计时，则下列说法中错误的是() 【导学号：78870067】图5A线框中感应电流的有效值为B感应电动势
8、的瞬时值表达式为eBSsin tC感应电流的瞬时值表达式为isin tD从图示时刻到t过程中，线框中的平均感应电动势为0【解析】最大感应电流Im，其有效值I，A错误图示位置为中性面位置，所以感应电动势的瞬时值表达式eBSsin t，B正确感应电流的瞬时值表达式isin t，C错误.0过程中n，D错误【答案】ACD9.如图6所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动，沿着OO方向观察，线圈沿逆时针方向转动已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为l1，ad边的边长为l2，线圈电阻为R，转动的角速度为，则当线圈转至图示位置时() 【导学号：788
9、70068】图6A线圈中感应电流的方向为abcdaB线圈中的感应电动势为2nBl2C穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大D线圈ad边所受安培力的大小为 【解析】根据右手定则，线圈中感应电流的方向为adcba，A错；当线圈转至图示位置时，线圈中感应电动势应为最大值EmnBl1l2，此时，穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大，B错，C对；线圈ad边所受安培力的大小FnBIl2nBl2，D对【答案】CD10(2014石家庄模拟)实验室里的交流发电机可简化为如图7所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO轴匀速转动今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，读出电压
10、表的示数为10 V已知R10 ，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是()图7A线圈位于图中位置时，线圈中的瞬时电流为零B从中性面开始计时，线圈中电流瞬时值表达式为isin 50t(A)C流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次D电阻R上的热功率等于20 W【解析】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的是交流电线圈位于图中位置时，穿过线圈的磁通量虽然为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的瞬时电流最大，选项A错误；线圈转一圈，两次经过中性面，线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次，每秒转25圈，电流方向改变50次，选项C正确；由题意可知，f25 Hz，50 rad/s，电压表的示数是有效值，
11、交流电最大值Em10 V，Im A，故选项B正确；电阻R上消耗的热功率PR10 W，选项D错误【答案】BC二、非选择题(本题共3小题，共40分计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)11(10分)将交变电压u220sin(100t)V接到“220 V 100 W”的灯泡两端，若灯泡灯丝电阻保持不变，求：(1)通过灯泡的电流的最大值；(2)灯泡的实际功率；(3)每秒钟电流方向改变的次数；(4)通过灯泡的电流i的瞬时值表达式【解析】(1)交变电压的有效值UV220 V，灯泡的额定电压为U220 V，因此灯泡恰好正常发光由“220 V100 W”知该灯泡电阻为R484 .通过灯泡
12、的电流的最大值为Im A0.64 A.(2)灯泡的实际功率与额定功率相同，P100 W.(3)周期T 0.02 s，每秒钟电流方向改变的次数n22100(次)(4)通过灯泡的电流的瞬时值表达式为iIm sint0.64 sin(100t)A.【答案】(1)0.64 A(2)100 W(3)100次(4)i0.64 sin (100t) A12(14分)如图8所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕OO轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直线圈的长l10.50 m，宽l20.40 m，匝数N20匝，线圈总电阻r0.10 .磁场的磁感应强度B0.10 T线圈绕OO轴以50 rad/s的角速度转动线圈两端外接一个R9
13、.9 的电阻和一块内阻不计的交流电流表求： 【导学号：78870069】图8(1)线圈中产生的感应电动势的最大值；(2)电流表的读数；(3)线圈转过一周的过程中，整个回路中产生的焦耳热【解析】(1)电动势的最大值EmNBl1l2解得Em20 V.(2)由闭合电路的欧姆定律知Imax解得Imax2.0 A对正弦交流电，有效值I解得电流表的读数I1.4 A.(3)由焦耳定律QI2(Rr)T及T可解得线圈转过一周的过程中，整个回路中产生的焦耳热Q2.5 J.【答案】(1)20 V(2)1.4 A(3)2.5 J13(16分)如图9(甲)所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线
14、圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场已知线圈的匝数n100匝，电阻r1.0 ，所围成矩形的面积S0.040 m2，小灯泡的电阻R9.0 ，磁场的磁感应强度按如图9(乙)所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为enBmScost，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期不计灯丝电阻随温度的变化，求：图9(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感强度变化的0的时间内，通过小灯泡的电荷量【解析】(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，线圈中产生交变电流的周期为T3.14102s所以线圈中感应电动势的最大值为Em2nBmS/T8.0 V.(2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为Im0.80 A通过小灯泡电流的有效值为IIm/0.40 A小灯泡消耗的电功率为PI2R2.88 W.(3)在磁感应强度变化的01/4周期内，线圈中感应电动势的平均值nS通过灯泡的平均电流通过灯泡的电荷量Qt4.0103C.【答案】(1)8.0 V(2)2.88 W(3)4103C8
