2019-2020年高二人教版物理选修3-2练习册：5.习题课：交变电流的产生及描述含答案

1、2019-2020年高二人教版物理选修3-2练习册：5.习题课：交变电流的产生及描述含答案知识点一对交变电流瞬时值表达式的应用1标有“220 V0.5 F”字样的电容器能接入下面哪个电路中使用()Ae220sin 100t (V)的交流电路中B220 V的照明电路中Ce380sin 100t (V)的交流电路中D380 V的照明电路中知识点二交变电流的图像2(多选)一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图LX41所示由图可知()图LX41A该交变电流的电压瞬时值的表达式为u100sin 25t (V)B该交变电流的频率为25 HzC该交变电流的电压的有效值为100 eq r(2) VD若将该

2、交流电压加在阻值为R100 的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W3一矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交变电动势e随时间t变化的规律如图LX42所示，下列说法中正确的是()图LX42A此交流电的频率为0.2 HzB此交变电动势的有效值为1 VCt0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行D在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为eq f(1,100) Wb知识点三交变电流有效值的计算4图LX43表示一交流电随时间变化的图像，其中电流为正值时的图像为正弦曲线的正半部分，其最大值为Im；电流的负值为Im，则该交变电流的有效值为多少？图LX43知识点四交变电流的

3、“四值”5如图LX44所示，在匀强磁场中有一个内阻r3 、面积S0.02 m2的半圆形导线框可绕OO轴旋转，OO轴垂直于磁场方向，已知匀强磁场的磁感应强度Beq f(5 r(2),) 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，流过导线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)由题目所给的已知条件，外电路所接小灯泡能否正常发光？如不能，则小灯泡的实际功率为多大？图LX446风速仪的简易装置示意图如图LX45甲所示在风力作

4、用下，风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动，线圈中的感应电流随风速的变化而变化风速为v1时，测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示；若风速变为v2，且v2v1，则感应电流的峰值Im、周期T和感应电动势的有效值E的变化情况是()图LX45AIm变大，T变小BIm变大，T不变CIm变小，T变小 DIm不变，E变大7图LX46为一正弦交流电通过一电子元件后的波形图，则下列说法正确的是()图LX46A这也是一种交流电B电流的变化周期是0.01 sC电流的有效值是1 AD电流通过100 的电阻时，1 s内产生的热量为200 J8如图LX47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

5、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)则线框内产生的感应电流的有效值为()图LX47A.eq f(BL2,2R)B.eq f(r(2)BL2,2R)C.eq f(r(2)BL2,4R) D.eq f(BL2,4R)9(多选)电阻为1 的某矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的正弦交流电的图像如图LX48的图线a所示；当调整线圈转速后，该线圈中所产生的正弦交流电的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦交变电流的说法正确的是()图LX48A在图中t0时刻穿过线圈的磁通量均为零B线圈先后两次转速之比为32C交流电a的电动势的有效

6、值为5 eq r(2) VD交流电b的电动势的最大值为5 V10如图LX49所示，线圈面积为0.05 m2，共100匝，线圈总电阻为1 ，与阻值为R9 的外电阻相连，线圈在Beq f(2,) T的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的OO轴以转速n300 r/min匀速转动从线圈处于中性面开始计时，求：(1)电动势的瞬时表达式；(2)两电表A、V的示数；(3)线圈转过eq f(1,60) s时电动势的瞬时值；(4)线圈转过eq f(1,30) s的过程中，通过电阻的电荷量；(5)线圈匀速转一周外力做的功图LX49习题课：交变电流的产生及描述1A解析 标有“220 V0.5 F”字样的电容器，电压最大值不

7、得超过220 V，由A、C中瞬时值表达式可见，最大值分别为220 V、380 V，故A对，C错；B、D中有效值为220 V、380 V，最大值更大，故B、D错2BD解析 从图中可知，交变电流周期T4102 s，峰值电压Um100 V，故交变电流的频率feq f(1,T)25 Hz，有效值Ueq f(Um,r(2)50 eq r(2) V；R100 的电阻上的热功率Peq f(U2,R)50 W；该交变电流的电压瞬时值表达式uUmsin t100sin 50t (V)，正确选项为B、D.3D解析 由图可知，此交流电的周期T0.2 s，频率feq f(1,T)5 Hz，A错误Eeq f(Em,r(

8、2)eq f(r(2),2) V，B错误t0.1 s时，电动势为0，线圈平面与磁感线垂直，C错误因EmnBS，其中n10匝，eq f(2,T)10 rad/s，故mBSeq f(1,100) Wb，D正确4.eq f(r(3),2)Im解析 在前eq f(T,2)为正弦交流电，相应有效值为I1eq f(Im,r(2)；在后eq f(T,2)为方波交流电，相应有效值为I2Im.取电阻为R，考虑一个周期内的热效应，设该交变电流的有效值为I，根据有效值的定义有I2RTIeq oal(2,1)Req f(T,2)Ieq oal(2,2)Req f(T,2)，由此得I eq r(f(Ieq oal(2,

9、1)Ieq oal(2,2),2)eq f(r(3),2)Im.5(1)e10 eq r(2)cos 100t (V)(2)eq f(r(2),60) C无关(3)不能eq f(25,3) W解析 (1)线框转动时产生感应电动势的最大值EmBSeq f(5 r(2),)0.02100 V10 eq r(2) V因线框转动从平行于磁感线位置开始计时，则感应电动势的瞬时值表达式eEmcos t10 eq r(2)cos 100t (V)(2)线框转过90过程中，产生的平均电动势Eeq f(,t)eq f(2BS,)，流过的电荷量qIeq f(1,4)Teq f(BS,Rr)，灯泡电阻Req f(U

10、eq oal(2,0),P0)eq f(62,12) 3 ，故qeq f(BS,Rr)eq f(f(5 r(2),)0.02,33) Ceq f(r(2),60) C，与线框转动的快慢无关(3)线框产生的电动势的有效值Eeq f(Em,r(2)10 V，灯泡两端电压Ueq f(E,Rr)R5 V因U6 V，故灯泡不能正常发光，其实际功率Peq f(U2,R)eq f(52,3) Weq f(25,3) W.6A解析 风速增大，周期T变小，感应电动势的有效值E变大，感应电流的峰值Im变大，选项A正确7C解析 因电流方向不变，故不是交流电，A错；其周期为0.02 s，B错；由电流热效应可知eq b

11、lc(rc)(avs4alco1(f(2,r(2)eq sup12(2)Req f(T,2)I2RT，解得I1 A，故C对；由QI2Rt可知Q11001 J100 J，D错8D解析 线框转动的角速度为，进磁场的过程用时eq f(1,8)周期，出磁场的过程用时eq f(1,8)周期，进、出磁场时产生的感应电流大小都为Ieq f(f(1,2)BL2,R)，则转动一周产生的感应电流的有效值满足I2RTeq blc(rc)(avs4alco1(f(f(1,2)BL2,R)eq sup12(2)Req f(1,4)T，解得Ieq f(BL2,4R).D正确9BC解析 由题中图像可知，t0时刻线圈中的感应

12、电流为0，感应电动势为0，穿过线圈的磁通量的变化率为0，所以穿过线圈的磁通量最大，选项A错误；由图像可得线圈先后两次转动的周期之比为0.40.623，则转速之比为32，选项B正确；由图像可得交流电a的电流的最大值为10 A，有效值为eq f(10,r(2) A5 eq r(2) A，矩形线圈的电阻为1 ，所以交流电a的电动势的有效值为5 eq r(2) V，选项C正确；由EmnBS，eq f(2,T)可得电动势峰值Em与周期成反比，所以交流电b的电动势的最大值为eq f(20,3) V，选项D错误10(1)e100sin 10t(V)(2)5 eq r(2) A45 eq r(2) V(3)5

13、0 V(4)eq f(1,2) C(5)100 J解析 (1)EmNBS，2n，因为n300 r/min5 r/s，所以2n25 rad/s10 rad/s，所以EmNBS100eq f(2,)0.0510 V100 V从线圈转到中性面开始计时，则eEmsin t，所以e100sin 10t(V)(2)由闭合电路欧姆定律有Ieq f(E,Rr)eq f(f(Em,r(2),Rr)eq f(100,r(2)10) A5 eq r(2) A，故URIR5 eq r(2)9 V45 eq r(2) V.(3)当线圈转过eq f(1,60) s时e100sin(10eq f(1,60) V100sineq f(,6) V50 V.(4)线圈转过teq f(1,30) s的过程中，转过的角度为t10eq f(1,30)eq f(,3)，通过电阻的电荷量为qIteq f(E,Rr)t