金版教程物理全解答案及教案 16资料.docx
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金版教程物理全解答案及教案16资料
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时间:
45分钟
满分:
100分
一、选择题(本题共10小题,每小题7分,共70分。
其中1~6为单选,7~10为多选)
1.在磁感应强度B=0.1T的匀强磁场中,一面积S=0.06m2,电阻值r=0.2Ω的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,产生频率为50Hz的交变电流。
t=0时,线圈平面与磁场垂直,如图所示。
则( )
A.t1=0.005s时线框的磁通量最大
B.t2=0.055s时,电流的方向为abcda
C.从t=0至t1=0.005s内,流经线框截面的电荷量为0.03C
D.保持交变电流频率不变,增加磁感应强度可增大电动势的最大值,但有效值不变
答案 C
解析 交流电的频率为50Hz,周期为0.02s,在t=0.005s时,线圈由图示位置,转过90°,此时的磁通量为零,A选项是错误的。
t=0.055s时,也就是线圈由图示位置转270°时,由楞次定律可知,电流方向应为adcba,B选项是错误的。
q=
Δt=
=
=0.03C,C选项正确。
电动势的最大值Em=BSω=BS·2πf,当其有磁感应强度增大,其他量不变时,电动势的最大值增大,产生的是弦式交流电,有效值E=
也增大,D选项是错误的。
2.如图所示为发电机结构示意图,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,其表面呈半圆柱面状。
M是圆柱形铁芯,它与磁极柱面共轴,铁芯上绕有矩形线框,可绕与铁芯共轴的固定轴转动。
磁极与铁芯间的磁场均匀辐向分布。
从图示位置开始计时,当线框匀速转动时,下图中能正确反映线框感应电动势e随时间t的变化规律的是( )
答案 D
解析 矩形线框在均匀辐向磁场中转动,v始终与B垂直,由E=Blv知E大小不变,方向周期性变化,故选项D正确。
3.如图所示区域内存在匀强磁场,磁场的边界由x轴和y=2sin
x曲线围成(x≤2m),现把一边长为2m的正方形单匝线框以水平速度v=10m/s匀速地拉过该磁场区,磁场区的磁感应强度为0.4T,线框电阻R=0.5Ω,不计一切摩擦阻力,则( )
点击观看解答视频
A.水平拉力F的最大值为8N
B.拉力F的最大功率为12.8W
C.拉力F要做25.6J的功才能让线框通过此磁场区
D.拉力F要做12.8J的功才能让线框通过此磁场区
答案 C
解析 线框通过磁场区,产生的感应电流先增大后减小,形成正弦交流电,周期为
=0.4s,感应电动势最大值为Em=Blv=8V,有效值为4
V,感应电流最大值为16A,有效值为8
A,则水平拉力最大值为Fm=BIml=12.8N,A选项错误。
拉力的最大功率为Pm=Fmv=128W,B选项错误;线框匀速通过,拉力做的功等于焦耳热,Q=I2Rt=25.6J,C选项正确,D选项错误。
4.如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到与磁场方向平行时( )
A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流
B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势
C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d→a
D.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力
答案 A
解析 闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动就能产生弦式的交流电,产生的交流电与线圈的形状、轴的位置无关,由图式位置开始计时,产生的交流电的电动势e=nBSω·cosωt,它只跟线圈的匝数n、线圈的面积S、转动的角速度ω及磁感应强度有关,由题可知,不管绕P1还是P2轴转动,产生的交流电完全相同,所以A选项是正确的,B、D选项错误。
由右手定则可知,电流方向都是adcba,C选项也错误。
5.小型交流发电机的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间的关系是正弦函数。
将发电机与一个标有“6V,6W”的小灯泡连接形成闭合回路,不计电路的其他电阻。
当线圈的转速为n=5r/s时,小灯泡恰好正常发光,则电路中电流的瞬时值表达式为( )
A.i=sin5t(A)B.i=sin10πt(A)
C.i=1.41sin5t(A)D.i=1.41sin10πt(A)
答案 D
解析 小灯泡正常发光,所以电流的有效值为I=
=
=1A,由于金属线圈产生的是正弦交流电,所以电流的最大值Im=
I=
A=1.41A,转速n=5r/s,所以角速度ω=2πn=10π,由以上条件可知,电流的瞬时值表达式i=Imsinωt=1.41sin10πt(A),D选项正确,其他A、B、C选项都是错误的。
6.如图所示,矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表
组成闭合电路。
线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动,转动的角速度ω=100πrad/s。
线圈的匝数N=100匝,边长ab=0.2m、ad=0.4m,电阻不计。
磁场只分布在bc边的左侧,磁感应强度大小B=
T。
电容器放电时间不计。
下列说法正确的是( )
A.该线圈产生的交流电动势峰值为50V
B.该线圈产生的交流电动势有效值为25
V
C.电容器的耐压值至少为50V
D.电容器的电容C变大时,电流表的示数变小
答案 B
解析 该线圈产生的交流电动势峰值Em=NBSω=50
V,A项错误;因为该线圈产生的交流电不是完整的正弦式交流电,只有一半,所以根据有效值的定义
×
=
T,E=
,联立解得电动势有效值E′=25
V,B项正确;电容器的耐压值至少为50
V,C项错误。
电容器的电容C变大时,电容器的充放电电流增大,D项错误。
7.一正弦交流电源的ut图象如图甲所示,将它接在图乙所示电路的e、f两端,若电阻的阻值为110Ω,电源的内阻不计,交流电压表是量程为250V的理想电表,则下列说法中正确的是( )
A.通过电阻的电流方向1秒钟改变50次
B.交流电压表示数为220V
C.产生该交流电的线圈在磁场中匀速转动的角速度为100πrad/s
D.在1分钟内电阻R上产生的热量为5.28×104J
答案 BC
解析 由图甲知交流电的周期为T=0.02s,频率f=
=50Hz,而一周内电流方向改变两次,即通过电阻的电流方向1秒钟改变100次,A选项错。
交流电压的峰值为220
V,有效值为220V,B选项对。
由ω=
=100πrad/s可知,C选项对。
由Q=
t得,在1分钟内电阻R上产生的热量为2.64×104J,D选项错。
8.如图所示,先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。
第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化,如下图甲所示;第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示。
若图甲、乙中的U0、T所表示的电压、周期值是相等的,则以下说法正确的是( )
A.第一次灯泡两端的电压有效值是
U0
B.第二次灯泡两端的电压有效值是
U0
C.第一次和第二次灯泡的电功率之比是2∶9
D.第一次和第二次灯泡的电功率之比是1∶5
答案 AD
解析 第一次所加正弦交流电压的有效值为U1=
U0,A项正确。
设第二次所加交流电压的有效值为U2,则根据有效值的定义有
T=
·
+
·
,解得U2=
U0,B项错误。
根据电功率的定义式P=
可知,P1∶P2=1∶5,C项错误、D项正确。
9.如图所示,N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO′匀速转动,线框面积为S,线框的电阻、电感均不计,外电路接有电阻R、理想交流电流表
和二极管D。
二极管D具有单向导电性,即正向电阻为零,反向电阻无穷大。
下列说法正确的是( )
点击观看解答视频
A.交流电流表的示数I=
NBS
B.一个周期内通过R的电荷量q=
C.R两端电压的有效值U=
NBS
D.图示位置电流表的示数为0
答案 AB
解析 由图示位置开始计时,产生正弦交流电,电动势的瞬时值e=NBSω·sinωt,由于二极管具有单向导电性,则电阻R的电压随时间变化的图象
,所以有效值
=
T,U=
,C选项是错误的,由欧姆定律得I=
=
,A选项是正确的。
电流表显示的是有效值,所以不为0,D选项错误。
q=
=
,B选项正确。
10.边长为L的正方形线框在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动,产生的感应电流的最大值为Im,设灯泡的电阻为R,其他电阻不计。
从如图所示位置开始计时,则( )
A.电路中电流的最大值Im=
B.电路中电流的瞬时值表达式为i=Imsinωt
C.电流表的读数为
D.灯泡的电功率为
R
答案 AD
解析 感应电动势的最大值Em=BL2ω,则电流的最大值Im=
=
,选项A正确。
由线圈电流为最大值时开始计时,故电路中电流的瞬时值表达式应为i=Imcosωt,选项B错误。
电流表的读数为有效值,为I=
Im,选项C错误。
灯泡的电功率P=I2R=
I
R,选项D正确。
二、非选择题(本题共2小题,共30分)
11.(15分)如图所示,光滑平行的长金属导轨固定在水平面上,相距L=1m,左端连接R=2Ω的电阻,一质量m=0.5kg、电阻r=1Ω的导体棒MN垂直放置在两平行金属导轨上,彼此接触良好,导轨的电阻不计。
在两导轨间有这样的磁场,磁场方向竖直向下,磁感应强度B大小随x变化关系是B=0.6sin
(T),x0=0.5m;两区域磁感应强度大小关于直线x=0.5m对称。
点击观看解答视频
(1)导体棒在水平向右的拉力F作用下,以速度v0=1m/s匀速穿过磁场区,求此过程中感应电流的最大值Im?
(2)在
(1)的情况下,求棒穿过磁场过程中拉力做的功W以及电阻R上产生的热量QR?
答案
(1)0.2A
(2)0.06J 0.04J
解析
(1)导体棒以不变的速度穿过磁场区,
B=0.6sin
x=vt
得B=0.6sinπt
由法拉第电磁感应定律得e=BLv0=0.6sinπtV
这是一正弦交流电,Em=0.6V
由欧姆定律得Im=
=0.2A
(2)电流的有效值I=
棒在磁场中的时间t=
拉力做功等于回路中产生的热量
W=Q=I2(R+r)t
电阻R上产生的热量QR=I2Rt
代入数据解得W=0.06J QR=0.04J。
12.(15分)如图(甲)为小型旋转电枢式发电机原理图,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动,线圈的匝数n=100、电阻r=10Ω,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R=90Ω,与R并联的交流电压表为理想电表。
在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图(乙)所示正弦规律变化。
求:
(1)从t=0时刻开始转动四分之一周期过程中的平均感应电动势?
(2)从t=0时刻开始转动四分之一周期过程中流过电阻R的电荷量?
(3)电路中交流电压表的示数?
(4)从t=0时刻开始转一周过程外力对线圈所做的功?
答案
(1)127.4V
(2)0.02C (3)90
V (4)12.56J
解析
(1)
=
=
V≈127.4V。
(2)
=
=
A=1.274A,
q=
t=1.274×0.0157C=0.02C。
(3)线圈中的电动势的最大值为
Em=nBSω=nΦm·
=100×2.0×10-2×
V≈200V
有效值E=
=100
V
UR=
E=
×100
V=90
V。
(4)外力对线圈所做的功等于产生的总热量,
W=Q=
t=
×6.28×10-2J=12.56J。
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