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1、1第第 2 2 章章 交变电流与发电机交变电流与发电机章末检测试卷章末检测试卷( (二二) )(时间：90 分钟 满分：100 分)一、选择题(本题共 12 小题，每小题 4 分，共 48 分，其中 18 题为单选题，912 题为多选题)1如图所示的四种随时间变化的电流图像，其中属于交变电流的是( )答案 D解析 A、B、C 选项电流的大小变化，但电流的方向一直没变，由交变电流、直流电的定义知它们的电流应为直流电D 选项中电流大小和方向都改变，故为交变电流2某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它
2、产生的交变电动势随时间变化的图像是 ( )答案 B解析 线圈转速为正常工作时的一半，据2n知，周期变为正常工作时的 2 倍，2 T又据EmNBS知，最大值变为正常时的一半，结合我国电网交流电实际情况，知正确选项为 B.3图 1 甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压是正弦函数的一部分，下列说法错误的是( )2图 1A图甲、图乙均表示交流电B图甲所示电压的瞬时值表达式为u20sin (100t) VC图乙所示电压的有效值为 10 V2D图乙所示电压的有效值为 10 V答案 C解析 根据交变电流定义，图甲、图乙均表示交流电，图甲所示电压的瞬时值表达式为u20
3、sin (100t) V，选项 A、B 正确由有效值定义，0.02 s0.04 10 2 V2Rs，解得题图乙所示电压的有效值为 10 V，选项 D 正确，C 错误U2 R4在如图 2 所示的交流电路中，保持电源电压一定，当交变电流的频率增大时，各电压表的示数将( )图 2AV1、V3增大，V2减小BV1不变，V2减小，V3增大CV1不变，V2增大，V3减小DV1、V2、V3都不变答案 C解析 电感线圈对交流电的阻碍作用随着频率的增大而增大，因此电压表 V2示数增大，电容器对交流电的阻碍作用随着频率的增大而减小，电压表 V3示数减小，电压表 V1示数不变，故选 C.5在匀强磁场中，一矩形金属线
4、框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图 3 甲所示，产生的感应电动势的图像如图乙所示，则( )3图 3At0.005 s 时线框的磁通量变化率为零Bt0.01 s 时线框平面与中性面重合C线框产生的感应电动势有效值为 311 VD线框产生的感应电动势频率为 100 Hz答案 B解析 由题图乙可知，正弦交流电电压的最大值为 311 V，周期T0.02 s，所以该交流电的有效值为E V220 V，频率f 50 Hz，C、D 错误；由题图乙知，t0.005 Em231121 Ts 时电动势最大，磁通量的变化率最大，A 错误；t0.01 s 时电动势为 0，磁通量变化率为0，但磁通量最大，线框处于中性面
5、位置，B 正确6如图 4 甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与R10 的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，示数是 10 V图乙是矩形线圈磁通量随时间t变化的图像若线圈的直流电阻不计，则( )图 4A电阻R上的热功率为 20 WB0.02 s 时R两端的电压瞬时值为零CR两端的电压u随时间t变化的规律是u10cos 100t(V)2D通过R的电流i随时间t变化的规律是icos 50t(A)答案 C解析 电阻R上的热功率为P热 W10 W，选项 A 错误；0.02 s 时磁通量为零
6、，U2 R102 10此时磁通量的变化率最大，感应电动势最大，则R两端的电压瞬时值为最大，选项 B 错误；根据EmE10 V， rad/s100 rad/s，t0 时刻感应电动势最大，222 T2 0.024则R两端的电压u随时间t变化的规律是u10cos 100t(V)，选项 C 正确；Im2Em RA，通过R的电流i随时间t变化的规律是icos 100t(A)，选项 D 错误227.如图 5 所示，线框匝数为N、面积为S，以角速度绕垂直磁感应强度为B的匀强磁场的轴匀速转动线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想电流表和二极管D.二极管D具有单向导电性，且正向电阻为零，反向电阻无穷大下
7、列说法正确的是( )图 5A图示位置电流最大BR两端电压的有效值UNBS2C交流电流表的示数INBS 2RD一个周期内通过R的电荷量q2BS R答案 C解析 由题图可知，图示位置通过R的电流为零，R两端电压的瞬时值如图所示表示设电压的有效值为U，在一个周期内有： T，解得：UNBS，电流的有效NBS22RT 2U2 R1 2值I ，在一个周期内，只有半周期的时间有电流通过R，故：qN，U RNBS 2R R2NBS R故选 C.8如图 6 所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为 45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)
8、则线框内产生的感应电流的有效值为( )图 65A. B.BL2 2R2BL22RC. D.2BL24RBL2 4R答案 D解析 扇形闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径L，各点的平均速度v，导线L 2框进磁场和出磁场时有感应电流产生，由法拉第电磁感应定律和有效值的定义有：E， I2RT，可得I，故 D 正确，A、B、C 错误BL2 2E2 RT 4BL2 4R9一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图 7 所示，由图可知( )图 7A该交流电的电压瞬时值的表达式为u100sin (25t) VB该交流电的频率为 25 HzC该交流电的电压的有效值为 100 V2D若将该交流电压加在阻值R10
9、0 的电阻两端，则电阻消耗的功率为 50 W答案 BD解析 由题图可知正弦交流电的周期T0.04 s，则f 25 Hz，2f50 1 Trad/s，所以该交流电的电压瞬时值的表达式为u100sin (50t) V，A 错误，B 正确；该交流电的电压的有效值为 V50 V，则 C 错误；若将该交流电压加在阻值R100 10022的电阻两端，则电阻消耗的功率为P W50 W，则 D 正确，所以正确答案为U2 R50 22100B、D.10如图 8 甲是小型交流发电机的示意图，两磁极 N、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动，从图示位
10、置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确的是 ( )图 8A电流表的示数为 10 A6B线圈转动的角速度为 50 rad/sC0.01 s 时线圈平面与磁场方向平行D0.02 s 时电阻R中电流的方向自右向左答案 AC11如图 9 所示，在匀强磁场中匀速转动的圆形线圈周期为T，匝数为 10 匝，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为 2 ，从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，线圈转过 30时的电流瞬时值为 1 A，下列说法中正确的是( )图 9A线圈中电流的最大值为 A2B线圈消耗的电功率为 4 WC任意时刻线圈中的感应电流为i2sin(t)A2 TD任意时刻线圈中的
11、感应电流为i2cos(t)A2 T答案 BC解析 从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势的表达式为eEmsin t，则感应电流i sin t，由题给条件有：1 A ，解得Em4 V，则Im2 A，Ie REm REm 2 1 2有效A，线圈消耗的电功率PIR4 W，选项 A 错误，选项 B 正确iImsin 22有效t2sin(t)A，故选项 C 正确，D 错误2 T12如图 10 所示，发电机内部线圈处于磁铁和圆柱形铁心之间的径向磁场中，两半边间的过渡区域宽度很小，可忽略不计线圈的总匝数为N、总电阻为r，每匝线圈的面积为S，线圈所在位置的磁感应强度大小为B.当线圈以角速度匀速转动时，
12、额定电压为U、电阻为R的小灯泡在电路中恰能正常发光，则发电机产生的感应电动势的有效值是( )图 107ANBS B.NBS CU D(1 )U22r R答案 AD解析 根据题述线圈处于磁铁和圆柱形铁心之间的径向磁场中，当线圈以角速度匀速转动时，产生的交变电流为矩形波，发电机产生的感应电动势的有效值是NBS，选项 A 正确，B 错误由闭合电路欧姆定律，EU(1 )U，选项 C 错误，D 正确Ur Rr R二、填空题(本题共 2 小题，共 8 分)13. (4 分)一交流电压随时间变化的图像如图 11 所示若将该电压加在 10 F 的电容器上，则电容器的耐压值应大于_ V；若将该电压加在一阻值为
13、1 k 的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，电路中保险丝额定电流不能低于_ A.图 11答案 200 0.14解析 电容器的耐压值应大于交流电的最大值，即大于 200 V；保险丝的额定电流为有效值，所以I A0.14 A.Umax2R20021 00014(4 分)有一个电子元件，当它两端的电压的瞬时值高于e110 V 时则导电，低于2e110 V 时不导电，若把这个电子元件接到有效值为 220 V、频率为 50 Hz 的正弦交流2电的两端，则它在 1 s 内导电_次，每个周期内的导电时间为_答案 100 s1 75解析 由题意知，加在电子元件两端电压随时间变化的图像如
14、图所示，表达式为其中2f，f50 Hz，T 0.02 s，得u220sin (100t) V1 f2把u110 V 代入上述表达式得到2t1 s，t2 s1 6005 600所以每个周期内的通电时间为t2(t2t1) s s4 3001 758由所画的ut图像知，一个周期内导电两次，所以 1 s 内导电的次数为n2 100.t T三、计算题(本题共 4 小题，共 44 分)15(8 分)一台微波炉说明书所列的部分技术参数如下表，请回答：型号WD800(MG5579MT)输入电源220 V,50 Hz输出功率800 W微波频率2 450 MHz输入功率1 250 W(1)这台微波炉使用的是哪一种
15、电源？(2)这台微波炉输入电流的有效值是多大？输入电流的最大值是多大？答案 (1)交流电源 (2)5.68 A 8.03 A解析 (1)由表数据可知其是交流电源(2)输入电流有效值I A5.68 AP U1 250 220输入电流的最大值ImaxI5.68 A8.03 A.2216(10 分)如图 12 所示， “”形框置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外， “”形框的三条边的长度均为L，电阻均为r，a、b两端连接阻值为R的电阻 “”形框绕垂直磁场的轴ab以角速度逆时针(从上往下看)匀速转动，t0 时刻经过图示位置(框与磁场垂直)规定回路中adcb方向为电流的正方向，导线电阻不
16、计，求：图 12(1)通过电阻R的感应电流的表达式；(2)当t时，通过电阻R的感应电流的大小和方向5 6答案 (1)isin t (2) 正方向或adcbBL2 3rRBL223rR解析 (1)“”形框产生的感应电动势的最大值为：EmBL2产生的感应电流的最大值为：ImEm 3rRBL2 3rR9通过的电阻R的感应电流的表达式为：iImsin tsin t.BL2 3rR(2)把t代入解得：isin ()，方向与规定的正方向相同5 6BL2 3rR5 6BL2 6r2R17(12 分)如图 13 所示，间距为l的足够长的光滑平行金属导轨，水平放置在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，右端接阻
17、值为R的电阻一接入电路的电阻为r、质量为m的导体棒放置在导轨上，在水平向左的外力F作用下从t0 时刻开始运动，其速度随时间的变化规律为vvmaxsin t.不计导轨电阻，求：图 13(1)从t0 到t时间内电阻R产生的热量；2 (2)从t0 到t时间内外力F所做的功 2答案 (1) (2)mvRB2l2v2maxRr21 22maxB2l2v2max4Rr解析 导体切割磁感线产生的电动势为eBlvBlvmaxsin tEmaxsin t可见它是一个正弦交变电流，所以其有效值为EEmax2Blvmax2电流的有效值为IE Rr(1)时间tT2 所以这段时间内产生的热量为QI2Rt.RB2l2v2
18、maxRr2(2)t 2T 4在四分之一周期内产生的热量为QI2(Rr) (Rr)T 4E2Rr2 2B2l2v2max4Rr由功能关系得：W外mvQ1 22max10W外mv.1 22maxB2l2v2max4Rr18(14 分)如图 14 所示，线圈面积为 0.05 m2，共 100 匝，线圈总电阻为 1 ，与外电阻R9 相连当线圈在B T 的匀强磁场中绕OO以转速n300 r/min 匀速转动时，2 求：图 14(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出电动势的瞬时值表达式；(2)两电表、的示数；(3)线圈转过 s 时，电动势的瞬时值；1 60(4)线圈转过 s 的过程中，通过电阻R的电荷量
19、；1 30(5)线圈匀速转一周外力做的功答案 (1)e100sin (10t) V (2)5 A 45 V (3)50 V (4) C (5)100 J221 2解析 (1)因为EmaxNBS，2n，其中n300 r/min5 r/s，代入数据可得10 rad/s，Emax100 V若从线圈处于中性面时开始计时，则eEmaxsin t，所以电动势的瞬时值表达式为e100sin (10t) V.(2)两电表的示数为交流电的有效值：I5 A，URIR45 V.E RrEmax2Rr22(3)当线圈转过 s 时，电动势的瞬时值e100sin(10) V50 V.1 601 60(4)线圈转过t s 的过程中，通过电阻R的电荷量为q ttt1 30IE RrNt Rr，解得q C.N RrN Rr1 2(5)线圈匀速转动一周，外力做功与电流做功相等，计算电功时必须运用交流电的有效值，11即 WT100 J.E2Rr