高中物理 第2章 交變電流與發(fā)電機 2_2怎樣描述交變電流學業(yè)分層測評 滬科版選修3-2

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2.2怎樣描述交變電流 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1.(多選)下面關于交變電流的說法中正確的是(　　) A.交流電器設備上所標的電壓值和電流值是交變電流的峰值 B.通常說的動力供電線路電壓為380 V，指的是最大值 C.給定的交流數(shù)值，在沒有特別說明的情況下都是指有效值 D.跟交變電流有相同的熱效應的直流數(shù)值是交變電流的有效值 【解析】　交流電器設備上所標的電壓值和電流值是有效值，通常說的動力供電線路電壓為380 V是有效值，故A、B錯誤，C正確.有效值是根據(jù)電流的熱效應定義的，D正確. 【答案】　CD 2.標有“250 V 0.5μF”字樣的電容器能接入下面哪個電路中使用(　　) A.220sin100πt(V) B.220 V照明電路中 C.380sin100πt(V) D.380 V動力電路中 【解析】　本題考查交流電的最大值，從該電容器的銘牌知，它的耐壓值為250 V，也就是它允許加的最大電壓為250 V.對于220 V的照明電路，220 V是指該電路的有效值，它的最大值為311 V，超出了電容器的耐壓值，而C、D中兩電壓也遠超過了電容器的耐壓值，故正確答案為A. 【答案】　A 3.(多選)有一交變電流如圖227所示，則由此圖像可知(　　) 【導學號：72000070】 圖227 A.它的周期是0.8 s B.它的峰值是4 A C.它的有效值是2 A D.它的頻率是0.8 Hz 【解析】　由圖像可讀得其周期T＝0.8 s，頻率f＝＝1.25 Hz，故A對，D錯；又可由圖像讀得Im＝4 A，故B對；因為電流為非正弦式電流，故有效值I≠＝2 A，故C錯. 【答案】　AB 4.(多選)如圖228是某交流發(fā)電機產(chǎn)生的交變電流的圖像，根據(jù)圖像可以判定(　　) 圖228 A.此交變電流的頻率為5 Hz B.該交變電流的電壓瞬時值表達式為 u＝12sin 10πt (V) C.將標有“12 V、3 W”的燈泡接在此交變電流上，燈泡可以正常發(fā)光 D.圖像上對應的0.1 s時刻，發(fā)電機中的線圈剛好轉(zhuǎn)至中性面 【解析】　由圖像可知，交變電流的周期T＝0.2 s，交變電壓的最大值Um＝12 V，所以此交變電流的頻率f＝1/T＝5 Hz，角速度ω＝2π/T＝10π rad/s，交變電壓瞬時值的表達式u＝Umsin ωt＝12sin 10πt(V)，選項A、B均正確；標有“12 V、3 W”的燈泡正常發(fā)光時其兩端電壓的有效值為12 V，而交變電壓有效值U＝Um/＝6 V，所以燈泡不能正常發(fā)光，選項C錯誤；圖像上對應的0.1 s時刻，交變電壓瞬時值為零，穿過發(fā)電機中的線圈的磁通量最大，發(fā)電機中的線圈剛好轉(zhuǎn)至中性面，選項D正確. 【答案】　ABD 5.(2015黃岡高二檢測)如圖229所示，實線為一脈沖電壓波形，它是利用電子電路將標準的正弦波的尖端削平一小段而成的，則此脈沖電壓的有效值(　　) 【導學號：72000071】 圖229 A.小于U B.大于U C.等于U D.等于U 【解析】　正弦式交變電流的有效值為U，由于此脈沖電壓的最大值小于U，故此脈沖電壓的有效值小于U，故選項A正確. 【答案】　A 6.一個邊長為6 cm的正方形金屬線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場垂直，電阻為0.36Ω.磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖所示，則線框中感應電流的有效值為(　　) 圖2210 A.10－5A B.10－5A C.10－5A D.10－5 A 【解析】　由圖知0～3 s內(nèi)：＝210－3T/s為恒量，所以此段時間內(nèi)I1＝＝＝＝ A＝210－5 A；同理3～5 s內(nèi)電流I2＝S＝－310－5A，方向與I1相反；由有效值定義得IRt1＋IRt2＝I2R(t1＋t2)，所以I＝10－5A，故選B. 【答案】　B 7.如圖2211甲所示，調(diào)節(jié)臺燈是通過雙向可控硅電子器件來實現(xiàn)無線調(diào)節(jié)燈的亮度的.現(xiàn)將某無級調(diào)光臺燈接在220 V的正弦式交變電流上，經(jīng)過可控硅調(diào)節(jié)后加在燈管兩端的電壓如圖乙所示，則此時電壓表的示數(shù)是(　　) 【導學號：72000072】 甲 乙 圖2211 A.220 V B.156 V C.110 V D.78 V 【解析】　雖然圖示電流不是正弦式交變電流，根據(jù)正弦式交變電流的圖像對稱性可知，只要有T的圖線就滿足最大值是有效值的倍，根據(jù)T＝，解得U＝110 V≈156 V，故選項B正確，A、C、D錯誤. 【答案】　B 8.(多選)如圖2212所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像，當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖像如圖線b所示，以下關于這兩個正弦交流電的說法正確的是(　　) 圖2212 A.在圖中t＝0時刻穿過線圈的磁通量均為零 B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為2∶3 C.交流電a的瞬時值為U＝10 sin(5πt) V D.交流電b的最大值為 V 【解析】　由題圖可知，t＝0時刻線圈均在中性面，穿過線圈的磁通量最大，A錯誤；由題圖可知Ta∶Tb＝2∶3，故na∶nb＝3∶2，B錯誤；由題圖可知，C正確；因ωa∶ωb＝3∶2，交流電最大值Um＝nBSω，故Uma∶Umb＝3∶2，Umb＝Uma＝ V，D正確. 【答案】　CD [能力提升] 9.(多選)如圖2213所示，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的矩形線圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場方向，線圈電阻為2 Ω.從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈轉(zhuǎn)過60時的感應電流為1 A.那么(　　) 【導學號：72000073】 圖2213 A.線圈消耗的電功率為4 W B.線圈中感應電流的有效值為2 A C.任意時刻線圈中的感應電動勢為e＝4 cost D.任意時刻穿過線圈的磁通量為Φ＝ sint 【解析】　從線圈平面平行于磁感線開始計時，正弦交變電流的感應電動勢的一般表達式為e＝Em cos θ，且該式的成立與轉(zhuǎn)軸的位置無關(轉(zhuǎn)軸平行于磁感線的情況除外)，則感應電流i＝＝ cos θ，由題給條件有：1 A＝，Em＝4 V，則Im＝2 A，I有效＝ A，電功率P＝IR＝4 W，所以A正確，B錯誤.e＝4 cos ωt＝4 cos t，即C正確.由Em＝BSω＝Φm得Φm＝故Φ＝sin t，即D錯誤. 【答案】　AC 10.如圖2214所示，電阻為r的矩形線圈面積為S，在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動.勻強磁場的磁感應強度為B，t＝0時刻線圈平面與磁場垂直，各電表均為理想交流電表，則(　　) 圖2214 A.滑片P下滑時，電壓表的讀數(shù)不變 B.圖示位置線圈中的感應電動勢最大 C.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180的過程中，流過電阻R的電荷量為 D.1 s內(nèi)流過R的電流方向改變次 【解析】　滑片P下滑時，外電阻增大，電壓表的讀數(shù)變大，選項A錯誤；圖示位置，穿過線圈的磁通量最大，感應電動勢為零，選項B錯誤；線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180的過程中，流過電阻R的電荷量為，選項C錯誤；一個周期內(nèi)兩次通過中性面，電流方向改變兩次，交流電的頻率為，1 s內(nèi)流過R的電流方向改變次，選項D正確. 【答案】　D 11.如圖2215所示，一交流發(fā)電機的線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，線圈匝數(shù)n＝100，線圈電阻r＝3 Ω，ab＝cd＝0.5 m，bc＝ad＝0.4 m，磁感應強度B＝0.5 T，電阻R＝311 Ω，當線圈以n＝300 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時.求： 圖2215 (1)感應電動勢的最大值； (2)t＝0時線圈在圖示位置，寫出此交變電流電動勢瞬時值表達式； (3)此電壓表的示數(shù)是多少. 【解析】　(1)電動勢的最大值為： Em＝nBωS＝nB(2πn轉(zhuǎn))()＝314 V. (2)電動勢瞬時值的表達式： e＝Emsinωt＝314sin10πt V. (3)Uv＝＝220 V. 【答案】　(1)314 V　(2)e＝314sin 10πt V　(3)220 V 12.圖2216甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，線圈的匝數(shù)n＝100匝，電阻r＝10 Ω，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R＝90 Ω，與R并聯(lián)的交變電壓表為理想電表.在t＝0時刻，線圈平面與磁場方向平行，穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化.求： 【導學號：72000074】 甲　　　　　　　　　　乙 圖2216 (1)交流發(fā)電機產(chǎn)生的感應電動勢最大值； (2)電動勢的瞬時值表達式. (3)線圈轉(zhuǎn)過 s時，電動勢的瞬時值. (4)電路中交變電壓表的示數(shù). 【解析】　(1)交流發(fā)電機產(chǎn)生電動勢的最大值 Em＝nBSω 而Φm＝BS，ω＝，所以Em＝ 由Φt圖線可知，Φm＝2.010－2Wb，T＝0.2 s 所以Em＝20π V≈62.8 V. (2)線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω＝＝rad/s＝10π rad/s，由于從垂直中性面處開始計時，所以感應電動勢瞬時值表達式為e＝Emcos ωt＝62.8 cos(10πt) V (3)當線圈轉(zhuǎn)過s時 e＝20πcos(10π)V＝10 π V≈31.4 V (4)電動勢的有效值E＝＝10π V U＝E＝10π V＝9π V≈40 V 【答案】　(1)62.8 V　(2)e＝62.8cos(10πt) V (3)31.4 V　(4)40 V