3.2描述交变电流的物理量 课后作业(Word版含解析)

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名称 3.2描述交变电流的物理量 课后作业(Word版含解析)
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资源类型 教案
版本资源 粤教版(2019)
科目 物理
更新时间 2021-08-22 16:41:53

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文档简介

2021-2022学年粤教版(2019)选择性必修第二册
3.2描述交变电流的物理量
课后作业(解析版)
1.如图所示,a、b、c三种交流电,分别通过同一电阻,在0.8s内,电阻产生的热量分别为、和,则(  )
A.
B.
C.
D.
2.发电机的示意图如图甲所示,边长为L的正方形金属框,在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动,阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其它电阻不计,图乙中的已知量。则金属框转动一周(  )
A.框内电流方向不变
B.电动势的有效值为
C.流过电阻的电荷量
D.电阻产生的焦耳热
3.如图左所示,边长为l和L的矩形线框、互相垂直,彼此绝缘,可绕中心轴转动,将两线框的始端并在一起接到滑环C,末端并在一起接到滑环D,C、D彼此绝缘。通过电刷跟C、D连接。线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中,磁场边缘中心的张角为,如图右所示(图中的圆表示圆柱形铁芯,它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向,如图箭头所示)。不论线框转到磁场中的什么位置,磁场的方向总是沿着线框平面。磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B,设线框和的电阻都是r,两个线框以角速度逆时针匀速转动,电阻。在线框旋转一周的过程中(  )
A.电阻R两端电压的最大值为
B.流过电阻R的电流最大值为
C.整个回路产生的焦耳热为
D.为维持线框匀速转动,外力至少对系统做功
4.如图甲所示,在匀强磁场中,一个50匝的矩形闭合线框以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的转轴转动,线框产生的电动势的最大值为,从线框平面与磁感线平行时开始计时,穿过线框的磁通量随时间变化的图像如图乙所示。下列说法错误的是(  )
A.线框的角速度
B.线框产生的电动势的最大值
C.在时,电流方向改变
D.在和时,线框产生的电动势最小
5.家庭用电的电压220V是指交变电压的(  )
A.最大值
B.瞬时值
C.平均值
D.有效值
6.图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其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阻值R=10Ω的电阻连接,与电阻并联的交流电压表为理想电压表,示数是10V。图乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间t变化的图像。下列说法正确的是
(  )
A.电阻R上消耗的电功率为10W
B.t=0.02s时电阻R两端的电压瞬时值为零
C.电阻R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1sin100πt(V)
D.通过电阻R的电流i随时间t变化的规律是i=1.41cos50πt(A)
7.如图甲所示为科技小制作的风力发电机简易模型,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。某一风速时,线圈中产生的正弦式交变电流如图乙所示,则(  )
A.t=0.1s时穿过线圈的磁通量为零
B.磁铁的角速度为20π
rad/s
C.风速减半时电流的表达式为i=0.6sin(20πt)A
D.风速减半时线圈中电流的有效值为0.6A
8.家庭中用的取暖器,正常工作时所用电压是按照图中正弦规律变化的交流电,取暖器正常工作时的电流是3A。下列表述正确的是(  )
A.该交流电的有效值是311V
B.该交流电的周期是0.01s
C.该交流电的表达式为U=311sin100t(V)
D.取暖器正常工作时的功率是660W
9.一个线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为(V)。关于这个交变电流,下列说法正确的是(  )
A.交变电流的频率为100Hz
B.电动势的有效值为220V
C.电动势的峰值为220V
D.t=0时,线圈平面与中性面垂直
10.如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一匝数为N、面积为S、总电阻为r的矩形线圈绕其中心线以角速度ω匀速转动,矩形线圈在转动中可以保持和外电路电阻R形成闭合电路,回路中接有一理想交流电流表。当电流从A到B时交流电流表的方向针指针向右偏,反之则向左偏,对此下列说法正确的是(  )
A.电流表的示数为
B.电流表示数为
C.经过时间,电流表指针向右偏
D.经过时间,电流表指针向左偏
11.如图所示为一种直流发电机的结构示意图,直流发电机由两块永磁铁、线圈和换向器组成。永磁铁N、S极相对,中间区域视为匀强磁场,磁感应强度为B。线圈由N匝导线缠绕而成,面积为S,可绕如图所示的轴线匀速转动,角速度为。换向器由两个半铜环和两个电刷构成,半铜环分别与线圈中导线的两端固连,线圈和半铜环绕着轴线以相同角速度转动。电刷位置固定,作为输出端与外电路相连(图中未画出)。每当线圈转到中性面位置时,半铜环和电刷会交换接触,以保持输出电流方向不变,且交换时间极短可忽略。下列说法正确的是(  )
A.当线圈按照图示的方向转动时,电刷a的电势总是比b的电势低
B.当线圈转到图示位置时,线圈中产生的电动势为零
C.该发电机产生电动势的最大值为
D.该发电机产生电动势的最大值是有效值的2倍
12.图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示,以下判断正确的是(  )
A.线圈转动的角速度为50πrad/s
B.电流表的示数为10A
C.0.01s时线圈平面与磁场方向平行
D.0.02s时电阻R中电流的方向自左向右
13.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电压,则下列说法正确的是(  )
A.该交变电压的频率是
B.当时,线圈平面恰好与中性面垂直
C.当时,最大
D.该交变电流电动势的有效值为
14.交流电源的电压是6V,它跟电阻R1、R2和电容器、伏特表一起连组成电路,如图所示,图中电压表的示数为U1,为了保证电容器C不被击穿,电容器C的耐压值应为U2,则(  )
A.U1=6V
B.U2=6V
C.U1=6V
D.U2≥6V
15.如图,足够长的两平行光滑金属导轨MN、PQ水平放置,间距,导轨中间分布有磁感应强度为1T的匀强磁场,磁场边界为正弦曲线。一粗细均匀的导体棒以的速度向右匀速滑动,定值电阻R的阻值为,导体棒接入电路的电阻也为,二极管D正向电阻为零,反向电阻无穷大,导轨电阻不计,下列说法正确的是(  )
A.理想电压表示数为25V
B.导体棒运动到图示位置时,有电流流过电阻R
C.流经电阻R的最大电流为5A
D.导体棒上热功率为6.25W
16.如图所示,N=50匝的正方形线圈abcd,边长l=0.2m,放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以角速度ω=100πrad/s匀速转动,线圈电阻r=1Ω,外电路电阻R=9Ω,t=0时,线圈平面与磁感线平行,ab边正转出纸外、cd边转入纸里。(计算时取π=3)
(1)求感应电动势的最大值和有效值;
(2)线圈转1min外力做多少功?
17.如图所示,匀强磁场的磁感应强度T,边长cm的正方形线圈abcd共100匝,线圈电阻,线圈绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动,角速度rad/s,外电路电阻,求:
(1)转动过程中感应电动势的最大值;
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势;
(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势;
(4)交流电压表的示数;
(5)线圈转动一周外力所做的功;
(6)线圈转过60°角的过程中,通过R的电荷量。
18.如图所示,匀强磁场B=0.1T,所用矩形线圈的匝数N=100,边长ab=0.2m,bc=0.5m,以角速度=100rad/s绕OO′轴匀速转动。从线圈平面通过中性面时开始计时,试求:
(1)线圈中产生感应电动势的最大值是多少?
(2)线圈中产生感应电动势的瞬时表达式是什么?
(3)由t=0至t=过程中的平均电动势值?
19.如图所示,线圈abcd的面积是,共100匝,线圈电阻为,外接电阻,匀强磁场的磁感应强度为,电路中电表为理想电表。当线圈以角速度为绕垂直磁场的轴匀速转动时,求:
(1)写出线圈从图示位置开始转动,产生的感应电动势的瞬时值表达式;
(2)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R的电荷量。
20.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=1T,边长为的正方形线圈共100匝,线圈总电阻Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动,角速度。外电路电阻。(计算结果可以保留根号和)求:
(1)线圈转动过程中感应电动势的最大值Em;
(2)线圈转动过程中交变电压表的示数U;
(3)从图示位置开始,线圈转过90°的过程中,通过的电荷量q。
参考答案
1.A
【详解】
根据正弦交流的性质,可得正弦交流电a的有效值为
根据图象,交流电b在一个周期内电流大小不变,故有效值为为
设交流电c的有效值为,则根据等效热值法可得
解得
根据焦耳定律可得
BCD错误,A正确。
故选A。
2.D
【详解】
A.当线框转动时,框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次,A错误。
B.由图乙可知,电动势的最大值为,其有效值与正弦交流电相同为,B错误。
C.线圈转过半周,则流过电阻的电荷量为
则金属框转过一周流过电阻的电荷量为
C错误。
D.因为

金属框转过一周电阻产生的焦耳热
D正确。
故选D。
3.B
【详解】
AB.线框切割磁感线的速度与磁场方向垂直,故感应电动势的大小为

线框转动过程中,只有一个线框进入磁场切割磁感线作为电源,另一个线框与电阻R并联后作为外电路,故外电路总电阻
因此电路的总电流为
故R两端电压的最大值
根据并联电路的分流关系可知通过R的电流大小为总电流的,即
选项A错误,B正确;
C.在旋转一周的过程中每个线框只有两次进入磁场,每次在磁场内的时间(即作为电源时的做功时间)为,所以整个回路产生的焦耳热
选项C错误;
D.根据能的转化和守恒定律,为维持线框匀速转动,外力至少对系统做功
选项D错误。
故选B。
4.C
【详解】
A.根据角速度公式得
A正确,不符合题意;
B.根据最大值公式得
B正确,不符合题意;
C.在时,磁通量变化最快,电动势最大,电流方向不变。C错误,符合题意;
D.在和时,磁通量最大,磁通量变化率为零,线框产生的电动势最小。D正确,不符合题意。
故选C。
5.D
【详解】
家庭用电的电压220V是指交变电压的有效值,也就是说,用有效值为220V的交流电与220V的直流电在相同的时间内使相同的纯电阻产生的热量相同,故选D。
6.A
【详解】
A.根据公式

故A正确;
B.由乙图可知,0.02s通过线圈的磁通量为0,电动势最大,R两端的电压瞬时值为,故B错误;
C.由乙图可知
又因为交变电流从垂直于中性面开始计时的,所以电阻R两端的电压u随时间t变化的规律是
u=14.1cos100πt(V)
故C错误;
D.由
得通过电阻R的电流i随时间t变化的规律是
i=1.41cos100πt(A)
故D错误。
故选A。
7.B
【详解】
A.t=0.1s时感应电流为零,感应电动势也为零,根据法拉第电磁感应定律可知磁通量的变化率为零,不是磁通量为零,故A错误;
B.由题图可知交变电流的周期T=0.1s,则角速度
故B正确;
C.风速减半,转速减半,角速度
感应电流最大值减半,电流的表达式应为
故C错误;
D.根据正弦式交变电流的有效值与峰值的关系可知,风速加倍时线圈中电流的最大值为0.6A,有效值为,故D错误。
故选B。
8.D
【详解】
A.该交流电的峰值为311V,A错误;
B.该交流电的周期是0.02s,B错误;
C.该交流电的表达式为
U=311sin100πt(V)
C错误;
D.取暖器正常工作时的功率为
D正确。
故选D。
9.B
【详解】
A.交变电流的频率为
故A错误;
B.电动势的有效值为
故B正确;
C.电动势的峰值即为最大值为V,故C错误;
D.由电动势的表达式可知,t=0时,瞬时电动势为0,故就在中性面,故D错误。
故选B。
10.AC
【详解】
AB.电流表的示数为有效值,则有
B错误,A正确;
CD.因为矩形线圈绕其中心线以角速度ω匀速转动,当经过时间时,根据楞次定律可知,电流从A流向B,故电流表指针向右偏,D错误,C正确。
故选AC。
11.AC
【详解】
A.当线圈按照图示的方向转动时,根据右手定则可以判断电流总是从电刷b流出后经过用电器,再从电刷a流入,所以电刷a的电势总是比b的电势低,故A正确;
B.当线圈转到图示位置时,线圈中产生的电动势达到最大值,故B错误;
C.设线圈沿轴线方向的长度为L1,垂直于轴线方向的长度为L2,当线圈平面在图示位置时,线圈两条边切割磁感线产生感应电动势大小相同,根据法拉第电磁感应定律可得该发电机产生电动势的最大值为
故C正确;
D.该发电机产生的是正弦交变电流,其电动势的最大值是有效值的倍,故D错误。
故选AC。
12.CD
【详解】
A.由题图乙可知交流电的角速度为
故A错误;
B.由题图乙可知交流电电流的最大值是,则有效值为
电流表的示数为10A,故B错误;
C.0.01s时线圈中的感应电流达到最大,感应电动势最大,则穿过线圈的磁通量变化最快,磁通量为0,故线圈平面与磁场方向平行,故C正确;
D.由楞次定律可判断出0.02s时流过电阻的电流方向自左向右,故D正确。
故选CD。
13.AC
【详解】
A.由于周期是0.02s,因此交变电压的频率是,A正确;
B.由瞬时表达式可知,当时,线圈平面恰好与中性面重合,B错误;
C.当时,感应电动势瞬时值
C正确;
D.该交变电流电动势的有效值
D错误。
故选AC。
14.CD
【详解】
AC.电压表的示数为交流电的有效值,即
U1=6V
A错误,C正确;
BD.电容器C的耐压值应大于等于交流电的峰值,即
U2≥6V
B错误,D正确。
故选CD。
15.CD
【详解】
A.根据法拉第电磁感应定律,电动势峰值
R两端电压为外电压,峰值为5V,变化情况为正弦式,但由于二极管,只有正半周。
解得电压有效值也就是电压表示数应该为2.5V,A错误;
电动势有效值小于电动势峰值,路端电压又小于电动势有效值,理想电压表示数应小于10V,更不可能为25V,故A错误;
B.导体棒运动到图示位置时,杆中感应电动势方向为a到b,二极管处于反向状态,所以没有电流流过电阻R,B错误;
C.电动势最大时,流经电阻R的电流最大,为
C正确;
D.导体棒上热功率为
D正确;
故选CD。
16.(1)
240V,V;(2)
【详解】
(1)线圈的角速度为ω=100πrad/s,图示位置的感应电动势最大,其大小为
Em=NBl2ω
代入数据得
Em=240V
感应电动势有效值为
(2)感应电流为
线圈转1min外力做功大小等于电功的大小
17.(1)3.14V;(2)1.57V;(3)2.6V;(4)1.78V;(5)0.99J;(6)
【详解】
(1)感应电动势最大值为
代入数据解得
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势
(3)平均感应电动势为
图示位置磁通量
转过60°位置时磁通量
代入数据解得
(4)线圈转动产生感应电动势的有效值为
根据闭合电路欧姆定律
电阻R两端的电压为
(5)由能量守恒与功能关系知,线圈转动一周外力做功等于回路在一个周期产生热量为Q,即
(6)由
,,
可得
代入数据解得
18.(1)314V;(2)314sin100πtV;(3)200V
【详解】
(1)由题可知
S=·=0.2×0.5m2=0.1m2
线圈中产生感应电动势的最大值为
Em=NBSω=100×0.1×0.1×100πV=314V
(2)感应电动势的瞬时值表达式为
e=Emsinωt
代入数据可得
e=314sin100πt(V)
(3)t=0至t=过程中的平均电动势
=N=
代入数值得
=200V
19.(1)
;(2)
【详解】
(1)线圈在转动过程中产生的感应电动势的最大值为:
则感应电动势瞬时值表达式为
(2)线圈从图示位置转过90°的过程中,根据
可得
20.(1)2πV;(2)3.55V;(3)0.2C
【详解】
(1)线圈转动过程中感应电动势的最大值为
(2)根据闭合电路欧姆定律可知线圈转动过程中交变电压表的示数为
(3)从图示位置开始,线圈转过90°的过程中,通过R的电荷量为