2020-2021学年高中物理 第三章 交变电流 2 交变电流的描述检测新人教版选择性必修2

1、2020-2021学年高中物理 第三章 交变电流 2 交变电流的描述检测新人教版选择性必修22020-2021学年高中物理 第三章 交变电流 2 交变电流的描述检测新人教版选择性必修2年级：姓名：- 9 -交变电流的描述(25分钟60分)一、选择题:(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.在阻值为70 的电阻中通以正弦交变电流,测得在10 min内放出的热量为2.1104 j,则此交变电流的最大值为()a.0.24 ab.0.5 ac.0.707 ad.1 a【解析】选d。根据q=i2rt得i= a,所以im=i=1 a。2.将阻值为3 的纯电阻接入一正弦交流电,其电流随时间变化的规律如图所

2、示,在t=0.01 s时,其瞬时值的大小为 a,则该电阻的电功率为()a. wb.2 wc. wd.4 w【解析】选d。由图像可知交流电的周期t=0.03 s,故角速度= rad/s,设电流的最大值为im,则i=imsint,当t=0.01 s时,imsin(0.01)=,解得im= a,故交流电的有效值i= a,故电阻的电功率p=i2r=4 w,故d正确。3.一只“220 v,100 w”的灯泡接在u=311sin314t v的交流电源上,则下列判断正确的是()a.灯泡能正常发光b.与灯泡串联的电流表的示数为0.64 ac.与灯泡并联的电压表的示数为311 vd.通过灯泡的电流的表达式为i=

3、0.45sin314t a【解析】选a。从电压瞬时值表达式知电压有效值为220 v,故“220 v,100 w”灯泡接在此交流电源上能正常发光,故a正确;通过灯的电流i= a=0.45 a,也是与灯串联电流表的示数,故b不正确;电压表与灯并联测得的也是灯的电压有效值,故示数为220 v,所以c选项不正确。通过灯的电流的有效值为0.45 a,故其最大值im=0.45 a=0.64 a,故d选项不正确。4.(多选)有两支交变电流表达式分别是:u1=110sin(100t+) v, u2=220sin(100t+) v。下列说法正确的是()a.它们的峰值相同b.它们的周期相同c.它们的相位差恒定d.

4、它们的相位差不断变化【解析】选b、c。u1代表的交流电的电压峰值为110 v,角速度为=2f =100,则频率f=50 hz,初相位为。u2代表的交流电的电压峰值为220 v,角速度为=2f=100,则频率f=50 hz,初相位为。所以它们的峰值不同,a错误;由于频率相同,故t均为0.02 s,b正确;其相位差=-=为定值,c正确,d错误。5.如图所示,实验室中有一台手摇交流发电机,内阻r=1.0 ,外接r=9.0 的电阻。闭合开关s,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10sin10t v,则()a.该交变电流的频率为10 hzb.该电动势的有效值为10 vc.外接电阻r所消耗

5、的电功率为10 wd.电路中理想交流电流表的示数为1.0 a【解析】选d。由产生的电动势可知,该交变电流的频率为5 hz,选项a错误;该电动势的有效值为e=10 v,选项b错误;电路中交流电流表的示数为电流的有效值,为i=1.0 a,选项d正确;外接电阻r所消耗的电功率为p=i2r=9 w,选项c错误。6.一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,周期为t。从中性面开始计时,当t=t时,线圈中感应电动势的瞬时值为2 v,则此交变电压的有效值为()a.2 vb.2 vc. vd. v【解析】选a。先用代入法求出感应电动势的最大值:由e=emsint得2 v= emsin(),由此得em=

6、4 v,因此有效值为2 v。选项a正确。二、非选择题(本题共2小题,共24分。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)7.(12分)如图所示,在匀强磁场中有一个内阻r=3 、面积s=0.02 m2的半圆形导线框可绕oo轴旋转。已知匀强磁场的磁感应强度b= t。若线框以=100 rad/s的角速度匀速转动,且通过电刷给“6 v12 w”的小灯泡供电,则:(1)若从图示位置开始计时,求线框中感应电动势的瞬时值表达式;(2)从图示位置开始,线框转过90的过程中,流过线框横截面的电荷量是多少?该电荷量与线框转动的快慢是否有关?(3)由题所给已知条件,外电路所接小灯泡能否正常发光?如不能,

7、则小灯泡实际功率为多大?【解析】(1)线框转动时产生感应电动势的最大值em=bs=10 v,则感应电动势的瞬时值表达式e=emcost=10cos100t v。(2)线框转过90的过程中,产生的平均电动势=,灯泡电阻r=3 ,故流过的电荷量q=t= c;与线框转动的快慢无关。(3)线框产生的电动势的有效值e=10 v,灯泡两端电压u=r=5 v6 v,故灯泡不能正常发光,其实际功率p= w。答案:(1)e=10cos100t v(2) c无关(3)不能 w8.(12分)如图所示,边长为l的正方形线圈abcd的匝数为n,线圈电阻为r,外电路的电阻为r,ab的中点和cd的中点的连线oo恰好位于匀强

8、磁场的边界上,磁感应强度为b,现在线圈以oo为轴,以角速度匀速转动,求:(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式;(2)线圈从图示位置转过90的过程中电阻r上产生的热量;(3)线圈从图示位置转过90的过程中电阻r上通过的电荷量;(4)电阻r上的最大电压。【解析】(1)线圈转动时,总有一条边切割磁感线,且ad边和bc边转动的线速度大小相等,当线圈平行于磁场时,产生的感应电动势最大,为em=nblv=nbll=nbl2。由闭合电路欧姆定律可知im=,当以图示位置为计时起点时,流过r的电流表达式为i=imsint=sint。(2)在线圈由图示位置匀速转动90的过程中,用有效值来计算电阻r产生的热量q=i2

9、r,其中i =,t=,即q=i2r=。(3)在转过90的过程中感应电动势的平均值为=n=,流过r的平均电流=,所以流过r的电荷量q=。(4)由部分电路欧姆定律可知电阻r上的最大电压um=imr=。答案:(1)i=sint(2)(3)(4)(15分钟40分)9.(7分)(多选)如图所示,交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.4 m,ad=bc=0.2 m,线圈匝数n=100,电阻r=1 ,线圈在磁感应强度b=0.2 t的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以=100 rad/s的角速度匀速转动,外接电阻r=9 ,从图示时刻开始计时,则()a.电动势瞬时值为160sin(100t) vb.t=0时线圈中磁

10、通量变化率最大c.t= s时线圈中感应电动势最大d.交变电流的有效值是8 a【解析】选b、c、d。电动势的瞬时值e=nbscost=1000.20.40.2 100cos(100t) v=160cos(100t) v,a错误。图示时刻即t=0时,=0,但最大,b正确。t= s时,e=em,c正确。交变电流的有效值是8 a,d正确。10.(7分)如图甲所示,一圆形金属线圈放置于匀强磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度为b0。现让线圈绕其一条直径以50 hz的频率匀速转动,较长时间t内产生的热量为q;若线圈不动,让磁场以图乙所示规律周期性变化,要在t时间内产生的热量也为q,乙图中磁场变化的周

11、期t以s为单位,t数值应为()a.b.c.d.【解析】选c。两种情况下,在相同时间内产生的热量相同,说明电压的有效值相同,现让线圈绕其一条直径以50 hz的频率匀速转动,电压有效值为e=;磁场以图乙所示规律周期性变化,电压有效值为e=,解得t= s,选项c正确。11.(7分)交流发电机线圈电阻r=1 , 用电器电阻r=9 ,电压表示数为9 v,如图所示,那么该交流发电机()a.电动势的峰值为10 vb.电动势的有效值为9 vc.交流发电机的线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 vd.交流发电机的线圈自中性面转过90的过程中的平均感应电动势为 v【解析】选d。因电压表示数为9 v,所以电路中的电

12、流i= a=1 a。故电动势的有效值e=i(r+r)=10 v,其最大值em=e=10 v,故a、b错;线圈通过中性面时电动势的瞬时值为0,c错误;转过90的过程中的平均感应电动势,应用公式=n求解,=n=n=n=,又nbs=10 v,故= v, d正确。12.(19分)如图所示,线圈abcd的面积是0.05 m2,共100匝,线圈电阻为1 ,外接电阻r为9 ,匀强磁场的磁感应强度为b= t,当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时,求:(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;(2)线圈转过 s时电动势的瞬时值多大?(3)电路中,电压表和电流表的示数各是多少?(4)从中性面开始计时,经 s通过电阻r的电荷量为多少?【解析】(1)e=emsint=nbs2nsin(2nt)=1000.052sin(2t )v=50sin(10t) v。(2)