2017-2018学年度高二物理人教版选修3-2第五章交变电流第二节描述交变电流的物理量练习

1、2017-2018学年度高二物理人教版选修3-2第五章交变电流第二节描述交变电流的物理量练习2017-2018学年度高二物理人教版选修3-2第五章交变电流第二节表征交变电流的物理量练习一、单选题1 .如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为0.02 s,转轴OQ垂直于磁场方向，线圈总电阻为 2Q ,匝数为100匝.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，t = s时线圈中感应电流为 1A.那么（）300A,线圈中感应电流的有效值为2AB.线圈运动一周产生的焦耳热为0.16 J1C. t=#£S时穿过线圈磁通量的变化率为0.02 WbsD.线圈中的感应电动势瞬时值表达式e=4sin

2、100 % t （V）2 .如图甲所示，电阻为1 的矩形线圈绕垂直匀强磁场的转轴OO匀速旋转产生交流电，现将此电流给阻值为R=10Q的小灯泡L供电，通过电流传感器得到灯泡中电流的图象如图乙，不考虑温度对灯泡 阻值的影响，下步列说法中正确的是（）11 / 10A.在t =5x 10-3s时，线圈处于中性面位置B.在二10x 10-3s时，穿过线圈的磁通量最大C.交变电流的瞬时表达式为i=5cos50 7tt （A）D.线圈产生的交流电的电动势为55V3 .如图是一正弦式交变电流的电压u随时间t变化的图象，由图可知，该交变电流的电压有效值约为A. 311VB. 220VC. 156VD. 622V

3、4.如图所示电路，电阻 R与电阻R阻值相同，都为 R,和R并联的D为理想二极 管（正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大），在A、B间加一正弦交流电u=206sin100 7tt V,则加在 R上的电压有效值为（）5.A. 10 VB. 20V如图，实验室一台手摇交流发电机，内阻 关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时, 则（）A.该交变电流白频率为 10 HzC. 15 VD. 5 Vr=1.0 Q ,外接R=9.0 Q的电阻.闭合开产生的电动势e=1啦sin 10 7tt (V),B.该电动势的有效值为10. VC. t=0时刻电路中理想交流电流表？的示数为0 AD. t=0时刻电路中理想

4、交流电流表？的示数为1.0 A 6.如（a） （b）图所示的正弦式交流电和方波形交变电流的最大值相等，将这两种交流电分别通入两只相同的电阻中，在这两种交变电流各自的一个周期内，正弦式交变电流在电阻上产生的焦耳热Q与方波形交变电流产生的焦耳热 Q之比Q： Q是（）(«)(b)A. 2： 3B. 4： 9C. 1：D. 1： 17 .如图所示是某兴趣小组用实验室的手摇发电机给小灯泡供电的装置示意 图.在某次匀速转动手柄的过程中，他们发现小灯泡周期性的闪亮.断正确的是（）A.图示位置线框中产生的感应电动势最大B.若增大手摇发电机的转速，灯泡亮度将不变C.若增大手摇发电机的转速，灯泡闪亮的频

5、率将变大D.小灯泡周期性闪亮的主要原因是电路接触不良8 .如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd,电阻r,外电路的电阻为Ra、b的中点和cd的中点的连线 OO恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B,若线圈从图示位置开始，以角速度3绕轴OO匀速转动，则以下判断正确的是（ ）A.图示位置线圈中的感应电动势最大为E=BL2co2B.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e=BL2cocoscot八一， 一一， 一 ttB"oL RC.线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为 Q=T<R + r）27RT D.线圈从图示位置转过180。的过程中，流过电阻R的电荷量为q=一

6、R I- r、多选题9.如图甲为风力发电机的简易模型。在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的永磁铁转动，转速与风速成正比。若某一风速时，线圈中产生的正弦式电流如图乙所示。下列说法中正确的是（）A.磁铁的车t速为10rad/sB.电流的表达式为i=0.6sin10兀tAC.风速加倍时线圈中电流的有效值为0mAD.风速加倍时电流的表达式为i=1.2sin10兀tA10.在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势 随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是（）A. t=0.01 s时穿过线框的磁通量最大B.该交变电动势白有效值为11. VC.该交变

7、电动势的瞬时值表达式v=225cos100 MVD.在1s时间内，线圈中电流方向改变100次11 .如图为小型旋转电枢式交流电机的原理图，边长为L=20c3 匝数为n=100、电阻为r=1 的正方形线圈在磁感应强度大小为B=tT的匀强磁场中，绕垂直于兀磁场方向白固定轴 OO以角速度w =10% rad/s匀速转动，线圈的两端经集流 环和电刷与R=9Q的定值电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表.从线框与磁场方向平行位置开始计时，下列说法中正确的是（）A.电压表读数为40VB.电阻R上的电功率为 144WC.电阻R两端的电压u随时间的规律是 u=36/£cos10 7tt （V）

8、D.通过电阻R的电流i随时间t变化的规律是i=4cos10 7tt （A）12 .如图所示为小型旋转电枢式交流发电机，电阻r=1 Q的单匝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电路连接，滑动变阻器R的最大阻值为6Q,滑片P位于1滑动变阻器距下端W处，定值电阻R=2Q,其他电阻不计，线圈匀速转动的周期T=0.02s,闭合开关S,从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转动过程中理想电压表示数是5V.下列说法正确的是（）A.电阻R消耗的功率为0.5 WB. 0.02 s时滑动变阻器 R两端的电压瞬时值为零C.线圈产生的电动势 e岁时间

9、t变化的规律是e=6板sin100兀tVD.线圈从开始方t时到一s的过程中，通过 R的电荷量为巫C 20020%13 .矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变 化的图象如图所示，下列说法中正确的是()A. 2s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大B. 1s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快C.此交变电流方向在 1min内改变30次D.将此交变电流接一标有：“36V, 40W的白炽灯时，此灯能正常发光三、计算题14 .有一 n=10匝的正方形金属线框，边长为L=20cni线框总电阻为r=1Q,外接电阻R=9Q ,线框绕轴以 =10兀ad/s的角速度匀速转

10、动，如图所示，垂直于线框平面 向里的匀强磁场的磁感应强度为B=0.5 T(1)从图示位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式；(2)求线框从图示位置转过60。的过程中，通过电阻 R的电荷量。15 .如图所示，在水平方向的匀强磁场中，有一边长为a的正方形线圈绕垂直于磁感线的轴OO匀速转动，已知线圈的匝数为n,电阻为R转动的角速度为 3 ,磁感应强度为B,求：(1)线圈由中性面位置转动90。的过程中通过线圈横截面的电荷量q.(2)每转动一周，在线圈中产生的电热Q答案和解析【答案】1.C2. A3. B4. D5. D6. C7. C8.C9. BC10. AD11. BC12. AD13.

11、AD14.解：(1)根据E卡NBco S可得感应电动势的最大值为：Em=10X 0.5 X 0.2 2X 10 兀 V=6.28 V;因此感应电动势的瞬时表达式为：e=6.28sin10 % t (V)(2)线圈从计时开始，转过 60。过程中通过线圈某一截面的电荷量为：门力nq= t = t =,1 A + r)R 十 r从中性面计时，转过 60° ,则磁通量的变化为：二口S=BS (1-cos600 ) ='BS;代入数据得：q=0.01 C。答：(1)感应电动势随时间变化的瞬时值表达式e=6.28sin10兀tV;(2)流过线框的电量为 0.01 Co 一 一_ A 0

12、NBS15.解：(1)转动90过程中平均感应电动势为：E=n=A t tNBS nBJ通过的电荷量为：q=It =R R(2)线圈产生的感应电动势最大，其大小为：Em=NBo a2,r4所以转动过程中产生的热量为：Q= - T=.-=，R 2R 由 R答：(1)线圈由中性面位置转动 90。的过程中通过线圈横截面的电荷量q为些.R4(2)每转动一周，在线圈中产生的电热Q为一03R【解析】i 1有效值为:线圈消耗的电功为:1 .解：A从垂直中性面开始其瞬时表达式为：i =I mcos 0 ,则电流的最大值为：I m= = 2A ,电流P=I 2rT=2X 2X0.02=0.08 J,故 AB错误.

13、2兀G感应电动势最大值为： Em=I mr=2X2 V=4V,任意时刻线圈中的感应电动势为：e=4cos-t=4cos100 % t (V),1 A 0当 t= s 时，e=2V,而 = N,300 t ' Ou 2解得： 丁 =肃=77； = 0.8川65，故0正确，D错误 t N WO故选：C绕垂直于磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈中产生正弦或余弦式交流电，由于从线圈平面与磁场方向平行开始计时，其瞬时表达式为i=InCOS。，由已知可求Im= 根据正弦式交COS0变电流有效值和峰值关系可求电流有效值，根据P=I 2RT可求线圈运动一周产生的焦耳热，根据En=I mr可求

14、感应电动势的最大值本题考察的是有效值计算及有关交变电流的瞬时值表达式等基本知识，但本题考查较灵活，属于中档题2 .解：A由图可知t =0.005 s时刻感应电流最小为零，此时线圈所在平面处于中性面位置，故A正确；B t=10x 10-3s时，刻感应电流最大，此时线圈所在平面与中性面位置垂直，所以穿过线框回路的磁通量最小，故B错误；C周期T=0.02s,角速度3=史=lOdmi出s,故电流的瞬时表达式为 i=5cos100 7tt (A),故C错误； T口线圈产生的交流电的电动势最大值为E=Im (R+r) =55V,故D错误；故选：A.由图乙可知特殊时刻的电流，根据电流的特点，可判处于各个时刻

15、的磁通量；由图可得周期，由周期可得角速度，依据角速度可得转速；由图象还可知电流的峰值和周期，根据有效值和峰值的关系便可求电动势的有效值本题考察的是有关交变电流的产生和特征的基本知识，要具备从图象中获得有用信息的能力3113 .解：由图可知，交流电压的最大值为311V,则有效值U=V=220V,故B正确，ACD昔误；故选：B由图可知交流电的最大值，根据最大值和有效值之间的关系可明确有效值。本题考查交流电图象的掌握情况，要注意明确由交流图象可直接读出交流电的最大值和周期，其他物理量 可以由这两个物理量求出。4 .解：电压值取正值时，即在前半个周期内，二极管电阻为零，F2上的电压等于输入电压值，电压

16、值取负值时，即在后半周期内，二极管电阻无穷大可看作断路，R上的电压等于输入电压值的一半，据此可设加在R的电压有效值为 U,根据电流的热效应，在一个周期内满足Zt2£I+£-,可求出U=5JWV.故选R R 2 r 2项D正确.故选：D.根据电流的热效应，注意二极管的单向导电性，使得半个周期内R被短路，另半个周期内 R与R串联，从而即可求解.本题考查交流电的有效值的计算，注意正弦交流电的有效值与最大值的关系，同时注意二极管的单向导电性.5 .解：A、产生的电动势 e=10gsin10 兀 t (V) , 3=10兀 rad/s交流电的频率f=:=5Hz,故A错误；R产生的电动

17、势 e=10j3sin10兀t (V),该电动势白最大值为10/5v,1琬所以该电动势的有效值为U= V V=10V,故B错误；，一一一，- 10一- .C根据欧姆定律得：电路中理想交流电流表A的小数I= *=1A=1A,故C错误，D正确；9十故选：D.根据电动势瞬时值的表达式可以知道角速度、最大值，从而计算频率和有效值，结合欧姆定律和焦耳定律 进行其它分析.本题考查了对交流电瞬时值表达式的认识，理解公式中各物理量的物理意义6 .解：两种交变电压的最大值为Um.对于正弦式交变电流，电压的有效值为：U=:J2对于方波，有效值为：U=U=2V根据焦耳定律得：R则 Q： Q=1： 2故选：C根据焦耳

18、定律 小二求解热量，其中I是有效值.对于正弦式电流，电压的有效值u=；对于方波，有效R慑值 Ub=Um对于交变电流，求解热量、电功和电功率等与热效应有关的量，都必须用有效值.7 .解：A图示位置线框中产生的感应电动势最小，故 A错误；R若增大手摇发电机的转速，角速度将增大，频率将增大，产生的最大感应电动势E=NB5 ,故灯泡的亮度增大，故B错误，C正确；口小灯泡周期性闪亮的主要原因主要是产生的电流为交流电，故D错误故选：C线框与磁场垂直时，位于中性面，感应电动势为零.当转速增大时，角速度增大，频率增大，故产生的感 应电动势增大，灯泡的亮度增大本题关键交变电流产生的过程及其规律，明确产生的感应电

19、动势与转速有关.8 .解：A图示位置线圈中没有任何一边切割磁感线，感应电动势为零，故A错误.R当线圈与磁场平行时感应电动势最大，最大值为En=BS3 =B-CO,瞬时值表达式为2e=Esin cot= BL2wsin cot.故 B错误.22C感应电动势白有效值为E=-Fm ,感应电流有效值为I=, R产生的热量为 Q=I2R T=,联立解得2R十IQ=故C正确.2DX线圈从图本位置转过 180。的过程中，穿过线圈磁通量的变化量大小为=2BS=2BL =BL2,流过电，BL2 ,阻R的电荷量为q=-=-,故D错误.R + r Rh t故选：C当线圈与磁场平行时感应电动势最大，由公式E=BS3求

20、解感应电动势的最大值.图中是中性面，线框在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式交变电流，根据e=Esint可列出感应电动势的瞬时表达式，根据感应电荷量q=7一，求通过电阻R的电荷量.最大值是有效值的 '也倍，求得电动势有效值，根据焦耳定律求电 X +1量Q. 0本题要掌握正弦式交变电流瞬时值表达式，注意计时起点，掌握感应电荷量的经验公式q=，知道用有效值求热量.9 .解：A、根据co =2 Tin可知转速为5 r/s,故A错误；R由图象可知，线圈转动周期T=0.2 s,则6=生=10兀(rad/s),由交流电的电流表达式：i=Asint(A),T故B正确；4 1 2C电流的有效值i=T =

21、¥=0,6点(A),故C正确。 亦也口由转速与风速成正比，当风速加倍时，转速也加倍，电流的最大值Im=1.2A,则电流的表达式为:i=1.2sin20 兀 t (A),故 D错误；故选：BC根据i-t图象判断出电流的最大值与周期，明确交流电的最大值和有效值间的关系，知道转速加倍时，产 生的感应电流加倍，角速度加倍即可判断。根据相对性来分析与解决问题，即可判断出感应电流的大小变化，及转速与周期的关系。10 .解：A由图象知：t=0.01s时，感应电动势为零，则穿过线框的磁通量最大，A正确；R交流电的有效值为C当t=0时，电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直，故该交变电动势的瞬时值表达式为

22、e=22Ssin (100兀t)V, C错误；D,周期为0.02 s,在一个周期内电流的方向改变2次，故1s内电流改变次数为n =-K=100次，D正0.02确；故选：AD从图象得出电动势最大值、周期，从而算出频率、角速度；磁通量最大时电动势为零，在一个周期内交流电的方向改变两次本题考查了对交流电图象的认识，要具备从图象中获得有用信息的能力，并掌握有效值与最大值的关系.11.解：A、线圈广生的感应电动势的最大值为百口 =m3卬=100乂匚乂0.2 乂0.2 乂 I而V=4q£v,有效值为= 40V,故电压表的示数为RU=；=R十r9< 40V = 36V,故 A 错误;9+ 1

23、, -b 36山一一R的电功率为 P=W = 144W ,故B正确；R 9R两端的电压最大值为=电阻R两端的电压u随时间的规律是 u=36cos10 7tt(V),故C正确口流过电阻R的最大电流 =£ = 4我A,通过电阻R的电流i随时间t变化的规律是 i =4£cos10 兀 t (A), R故D错误故选：BC交流发电机产生电动势的最大值为E=nB8 ,交流电压表显示的是路端电压的有效值，根据闭合电路的欧姆定律求得电流与电压，即可判断出电阻R两端的电压的瞬时值和流过电流的瞬时值解决本题的关键知道正弦式交流电峰值的表达式E=nB&o ,以及知道峰值与有效值的关系U5

24、一 一 _ ，.一 5 2K212 .解：A、根据欧姆定律可知：电阻R1分得的电压 Ki Rp-Ri Rp，+ Ri2,2x V=1V,p Rp 十 R12 + 2U 2 i 2故电阻R1消耗的功率 P= © = 一W=05W，故A正确； Kx 2R线圈转动的周期 T=0.02s,故在0.02 s时，线圈平面与磁场平行，此时产生的感应电动势最大，滑动变 阻器R两端的电压瞬时值最大，故B错误；C外电路电阻Rpj + R1TT5根据闭合电路的欧姆定律可知产生的感应电动势的有效值E = -(R + r) = -(5+ 1)V = 6V,故产生的感应电动势的最大值"标=心,因与磁场方向平行时开始计时，故产生的感应电动势的瞬时值为e=6赤cos100兀tV,故C错误；口根据E=BSco可知= % =线圈从开始计时到 -s的过程中，磁通量的变化量m 10 0兀 SO7:200口0 =LVb,通过回路的电荷量 q= = C C,流过R的电荷量为回路电荷量的一半，故q，= " = ' C,5(kR 十 r lOOit2 20。江故D正确；故选：AD根据串并联关系先求得路段总电阻