2019高中物理 第二章 交變電流與發(fā)電機(jī) 2.2 怎樣描述交變電流練習(xí)（含解析）滬科選修3-2.docx

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怎樣描述交變電流 課時(shí)演練促提升 A組 1.以下說(shuō)法正確的是(　　) A.交變電流的有效值就是它的平均值 B.任何交變電流的有效值都是它最大值的12 C.如果交變電流接在電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q,那么該交變電流的有效值為QR D.以上說(shuō)法均不正確 解析:交變電流的有效值不同于它的平均值,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;只有正弦式交變電流的有效值是它最大值的12,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)有效值定義,交變電流接在電阻R上,Q=I2Rt,I=QRt,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,所以答案選D。 答案:D 2.如圖所示為一正弦交變電壓隨時(shí)間變化的圖像,由圖可知 (　　) A.交變電流的周期為2 s B.用電壓表測(cè)量該交變電流壓時(shí),讀數(shù)為311 V C.交變電壓的有效值為220 V D.將它加在電容器上時(shí),電容器的耐壓值必須等于311 V 答案:C 3.一個(gè)電熱器接在10 V的直流電壓上,消耗的功率是P,當(dāng)把它接到一個(gè)正弦式交變電壓上時(shí),消耗的功率是P4,則該交變電壓的最大值是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.5 V B.7.1 V C.10 V D.12 V 解析:設(shè)電熱器的電阻為R,則P=102R,當(dāng)接在交變電壓上時(shí),P4=Umax22R,解得Umax=52V=7.1V。 答案:B 4.某電容器兩端所允許加的最大直流電壓是250 V。它在正弦交變電流路中使用時(shí),交變電流壓可以是(　　) A.250 V B.220 V C.352 V D.177 V 解析:電容的耐壓值是指最大值,而交變電流壓是指的有效值,根據(jù)正弦交變電流的有效值公式得:U=Umax2=2501.414V≈177V。 答案:D 5.(多選)一正弦式交變電流的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示。由圖可知(　　) A.該交變電流的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin 25t V B.該交變電流的頻率為25 Hz C.該交變電流的電壓的有效值為1002 V D.若將該交流電壓加在阻值為R=100 Ω的電阻兩端,則電阻消耗的功率是50 W 解析:由圖像可知正弦式交變電流的周期T=0.04s,則f=1T=25Hz,ω=2πf=50π,所以該交變電流的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin50πtV,選項(xiàng)A錯(cuò)誤、選項(xiàng)B正確;該交變電流的電壓的有效值為1002V=502V,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若將該交流電壓加在阻值為R=100Ω的電阻兩端,則電阻消耗的功率為P=U2R=(502)2100W=50W,選項(xiàng)D正確。 答案:BD 6.如圖所示,單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框面積為S,電阻為R。線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線框中感應(yīng)電流的有效值I=　　　　。線框從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)π2的過(guò)程中,通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量q=　　　。 解析:本題考查交變電流的產(chǎn)生和最大值、有效值、平均值的關(guān)系及交變電流中有關(guān)電荷量的計(jì)算等知識(shí)。 電動(dòng)勢(shì)的最大值Emax=BSω,電動(dòng)勢(shì)的有效值E=Emax2,電流的有效值I=ER=2BSω2R; q=IΔt=ERΔt=ΔΦRΔtΔt=ΔΦR=BSR。 答案:2BSω2R　BSR 7.先后用如圖甲、乙所示的電流通過(guò)丙圖中的電阻R,則電流表的示數(shù)分別為多少? 解析:電流表的示數(shù)為通過(guò)R的電流的有效值。 甲圖中的i-t圖像是正弦式曲線,在前半個(gè)周期內(nèi),它的有效值與正弦式交變電流的有效值相同,I=Imax2=522A,后半個(gè)周期不產(chǎn)生熱量,則交變電流在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)電阻R所產(chǎn)生的熱量Q交=I2RT2。直流電在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)電阻R所產(chǎn)生的熱量Q直=IA2RT。 由于Q交=Q直,所以I2RT2=IA2RT,IA=I2=2.5A。 乙圖中周期為0.04s,前0.02s內(nèi)i大小方向不變,產(chǎn)生的熱量Q1=Imax2RT2,后0.02s內(nèi)有效值為Imax2,產(chǎn)生的熱量Q2=(Imax2)2RT2,由有效值的定義有:Imax2RT2+(Imax2)2RT2=IA2RT,即52RT2+(52)2RT2=IA2RT,可得IA=2.53A=4.33A。 答案:2.5 A　4.33 A B組 1.(多選)(2014貴州畢節(jié)檢測(cè))如圖所示,一個(gè)單匝矩形導(dǎo)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)周期為T(mén)0。線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em,則(　　) A.線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值為2Em B.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線圈的磁通量的最大值為EmT02π C.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中磁通量變化率的最大值為Em D.經(jīng)過(guò)2T0的時(shí)間,通過(guò)線圈電流的方向改變2次 解析:由交變電流有效值和最大值的關(guān)系可知線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值為22Em,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由題意知線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=BSω=BS2πT,故線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線圈的磁通量的最大值BS=EmT02π,選項(xiàng)B正確;線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中磁通量變化率的大小等于產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,選項(xiàng)C正確;正弦式交變電流一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次,經(jīng)過(guò)2T0的時(shí)間,通過(guò)線圈電流的方向改變4次,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:BC 2.(多選)(2014山西太原檢測(cè))如圖所示,圖線a和圖線b分別表示線圈A和線圈B在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律。已知線圈A的匝數(shù)與線圈B的匝數(shù)分別為10和30,以下說(shuō)法正確的是(　　) A.線圈A與線圈B轉(zhuǎn)速之比為2∶3 B.線圈A與線圈B產(chǎn)生的最大電動(dòng)勢(shì)之比為1∶1 C.線圈A的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=500πcos 5πt(V) D.線圈B在t=0.3 s時(shí)刻時(shí),感應(yīng)電流為零 解析:由圖像可得Ta=0.4s,Tb=0.6s,則轉(zhuǎn)速na=1Ta=2.5r/s,nb=1Tb=53r/s,所以線圈A與線圈B轉(zhuǎn)速之比為3∶2,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;線圈A、B中產(chǎn)生的最大電動(dòng)勢(shì)分別為Ema=NaΦmaωa=NaΦma2πTa=10102π0.4V=500πV,Emb=NbΦmbωb=3052π0.6V=500πV,所以線圈A與線圈B產(chǎn)生的最大電動(dòng)勢(shì)之比為1∶1,選項(xiàng)B正確;在t=0時(shí)刻,線圈A的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=500πcos5πt(V),選項(xiàng)C正確;在t=0.3s時(shí)刻,通過(guò)線圈B的磁通量為零,磁通量的變化率最大,故感應(yīng)電流最大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:BC 3.(多選)(2014河北正定檢測(cè))如圖所示,矩形線圈面積為S,匝數(shù)為N,線圈電阻為r,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),外電路電阻為R,當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60的過(guò)程中,下列判斷正確的是(　　) A.電壓表的讀數(shù)為NBSω2 B.通過(guò)電阻R的電荷量為q=NBS2(R+r) C.電阻R所產(chǎn)生的焦耳熱為Q=N2B2S2ωRπ4(R+r)2 D.當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)的電流為NBSω2(R+r) 解析:線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流,其電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=NBSω,電動(dòng)勢(shì)的有效值為E=NBSω2,電壓表的讀數(shù)等于交流電源的路端電壓,且為有效值,則U=NBSωR2(R+r),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;求通過(guò)電阻R的電荷量要用交變電流的平均電流,即q=IΔt=NΔΦR+r=N(BS-12BS)R+r=NBS2(R+r),選項(xiàng)B正確;計(jì)算電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)該用有效值,則電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2Rt=[NBSω2(R+r)]2Rπ3ω=πN2B2S2Rω6(R+r)2,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)的電流為瞬時(shí)值,則符合電流瞬時(shí)值表達(dá)式,大小為i=NBSωR+rsinπ3=3NBSω2(R+r),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:B 4.(2014北京檢測(cè))先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化,如圖甲所示;第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示。若甲、乙圖中的U0、T所表示的電壓、周期值是相同的,則以下說(shuō)法正確的是(　　) A.第一次,燈泡兩端的電壓有效值是U0/2 B.第二次,燈泡兩端的電壓有效值是3U0/2 C.第一、第二次,燈泡的電功率之比是2∶9 D.第一、第二次,燈泡的電功率之比是1∶5 解析:甲電源有效值U=22U0,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。 乙電源:U2RT=(2U0)2RT2+U02RT2, U=52U0,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。 P=U2R,則兩次功率之比PP=U2U2=12U0252U02=15。即選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確。 答案:D 5.(2014山東青島檢測(cè))如圖所示,矩形線框匝數(shù)n=250匝,ab=12 cm,ad=10 cm,線框置于B=2πT的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO,以120 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線框通過(guò)滑環(huán)與外電路相連,外電路接有R=12 Ω的電阻及一只發(fā)光電壓和熄滅電壓都為12 V的氖泡L,求: (1)當(dāng)S接e時(shí),電流表讀數(shù)為多少?R的熱功率為多大?10 min內(nèi)外力對(duì)線框做功多少? (2)當(dāng)S接f時(shí),氖泡閃光頻率為多大?通電10 min,氖泡發(fā)光總時(shí)間為多長(zhǎng)?(線框電阻不計(jì)) 解析:對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈,電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=NBSω=24V,電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e=24sin4πtV (1)當(dāng)S接e時(shí),電路中的電流為I=Em2R=24122A=1.41A,R上的熱功率為PR=I2R=24W,在10min內(nèi)外力做功等于電路中的電熱W=Q=I2Rt=1.44104J (2)當(dāng)S接f時(shí),根據(jù)正弦曲線知,在交變電流的每一個(gè)周期,氖管閃光兩次,每次閃光的時(shí)間T3,因T=12s,閃光的總時(shí)間t總=tT2T3=400s 答案:(1)1.41 A,24 W,1.44104 J　(2)4 Hz,400 s 6.(2014山東萊陽(yáng)檢測(cè))如圖所示,有一閉合的正方形線圈,邊長(zhǎng)為20 cm,線圈繞OO軸在B=1.0 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度為ω=100 rad/s,若已知線圈電阻為1 Ω,求: (1)交變電動(dòng)勢(shì)的峰值; (2)從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)π2的過(guò)程中交變電動(dòng)勢(shì)的平均值; (3)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)π2的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q; (4)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)π2的過(guò)程中通過(guò)線圈某截面的電荷量q。 解析:(1)由題意可知,交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=BSω=4V (2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)π2的過(guò)程中,磁通量的變化ΔΦ=BS,經(jīng)歷時(shí)間Δt=π2ω,所以此過(guò)程中交變電動(dòng)勢(shì)的平均值為E=ΔΦΔt=2BωSπ=2πEm=2.55V (3)線圈中感應(yīng)電流的有效值為I=Im2=Em2R=22A 線圈轉(zhuǎn)過(guò)π2的時(shí)間t=T4=π2ω=π200s。 所以在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為Q=I2Rt=0.13J (4)線圈轉(zhuǎn)過(guò)π2過(guò)程中的感應(yīng)電流的平均值為I=ER=8πA 所以在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中流過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量為q=It=0.04C 答案:(1)4 V　(2)2.55 V　(3)0.13 J　(4)0.04 C