2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册 3.1认识交变电流 同步作业（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
3.1认识交变电流
同步作业（解析版）
1．如图所示，单匝闭合金属线框abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，设穿过线框的最大磁通量为，线框中的最大感应电动势为Em，从线框平面与磁场平行时刻开始计时，下面说法不正确的是（　　）
A．当穿过线框的磁通量为的时刻，线框中的感应电动势为
B．线框中的电流强度随时间按余弦规律变化
C．线框转动的角速度为
D．线框在垂直于磁场方向平面内的投影面积随时间按正弦规律变化
2．将阻值为5Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．电路中交变电流的频率为50Hz
B．通过电阻的电流为A
C．用交流电压表测得电阻两端的电压是5V
D．电阻消耗的电功率为2.5W
3．一个匝数为100匝、电阻为0.5
Ω的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化。则线圈中产生的交变电流的有效值为（　　）
A．5A
B．2A
C．6
A
D．5
A
4．有一种自动温控加热装置，电阻丝接如图所示的正弦交流电后开始加热，当温度达到某一数值时，自动控制装置启动，使得负半周波形的电流不能通过电阻丝，从而进入保温状态。下列说法正确的是（　　）
A．温控装置启动前，电阻丝两端的电压为V
B．温控装置启动前，通过电阻丝的交流电频率为0.5Hz
C．温控装置启动后，电阻丝两端的电压为110V
D．温控装置启动后，电阻丝两端的电压为V
5．两个完全相同的电热器分别通以如图甲、乙所示的交变电流，在相同时间内两电热器产生的热量之比Q甲：Q乙为（　　）
A．1：2
B．
C．
D．2：1
6．如图表示一交流电的电流随时间变化的图像，此交流电流的有效值是（　　）
A．10A
B．7A
C．A
D．8A
7．如图所示，单匝矩形线圈ab边长为20cm，bc边长为10cm，绕垂直于磁场方向的轴OO′匀速转动，转速为50r/s。若磁感应强度为0.1T，线圈电阻为1Ω，从中性面处开始计时，则（　　）
A．转动过程中，线圈中磁通量的变化率恒定
B．1s内线圈中电流方向改变100次
C．线圈中感应电流的瞬时值表达式为i＝sin50πt（A）
D．线圈消耗的电功率为W
8．某研究小组成员设计了一个如图所示的电路，已知纯电阻R的阻值不随温度变化。与R并联的是一个理想的交流电压表，D是理想二极管（它的导电特点是正向电阻为零，反向电阻为无穷大）。在A、B间加一交流电压，其瞬时值的表达式为u＝20sin100πt（V），则交流电压表示数为（　　）
A．10V
B．20V
C．15V
D．10V
9．如图（a）所示，阻值为R＝20Ω的定值电阻接在如图（b）所示的交流电上，交流电的前半个周期为正弦交流电，后半个周期为恒定电流。理想交流电压表的示数为（　　）
A．20V
B．20V
C．20V
D．40V
10．如图所示是交流发电机示意图。矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，与外电路电阻R形成闭合电路时，流过电阻的交流电流的有效值为I。现将一个二极管与电阻R串联，线圈不变，线圈转动的角速度也不变，则串联二极管后流过电阻的交流电的有效值为（　　）
A．
B．
C．
D．
11．如图所示，虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图像，它们的周期T和最大值相同，则实线所对应的交流电的有效值U满足（　　）
A．
B．
C．
D．
12．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．和时刻穿过线圈的磁通量为零
B．和时刻穿过线圈的磁通量变化率为零
C．从线圈平面与磁场方向垂直时刻开始计时
D．每当感应电动势改变方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都为最小
13．如图所示，正方形线框abcd绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动，转速ω=100rad/s，线框边长L=0.1m，匝数N=100，感应强度B=0.1T，图示位置线框平面与磁感线平行闭合回路中线框的电阻r=2Ω，外接电阻R=8Ω。则（　　）
A．图中所示的瞬间，线框处于中性面
B．转动过程中，穿过线框的磁通量最大值为0.1Wb
C．电压表读数为
D．通过电阻R电流的有效值为1A
14．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．
15．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
16．如图所示，甲、乙为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压波形是正弦函数图像的一部分。下列说法正确的是（　　）
A．图甲所示电压的瞬时值表达式为u=20sin（100πt）
V
B．图甲所示电压的瞬时值表达式为u=20sin（100t）V
C．图乙所示电压的有效值为10V
D．图乙所示电压的有效值为10V
17．如图所示的正方形线框abcd边长为L，每边电阻均为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度转动，c、d两点与外电路相连，外电路电阻也为r，则下列说法中正确的是（图中电表为理想电表）（　　）
A．S断开时，电压表读数为
B．S断开时，电压表读数为
C．S闭合时，电流表读数为
D．S闭合时，线框从图示位置转过过程中流过电流表的电荷量为
18．如图所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图中曲线、所示，则（　　）
A．两次时刻线圈平面与中性面重合
B．曲线、对应的线圈转速之比为2：3
C．曲线表示的交变电动势频率为25
D．曲线表示的交变电动势有效值为
19．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
20．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
参考答案
1．A
【详解】
A．矩形线圈在磁场中转动，穿过的磁通量发生变化，线圈从垂直中性面开始计时，则产生感应电动势的瞬时表达式为
当磁通量为的时刻，则，所以线框中的感应电动势为，故A错误，符合题意；
B．线框中的电流强度
则电流强度随时间按余弦规律变化，选项B正确，不符合题意；
C．根据
即可求得角速度的关系式
故C正确，不符合题意；
D．线框在垂直于磁场方向平面内的投影面积
即随时间按正弦规律变化，故D正确，不符合题意；
故选A。
2．D
【详解】
A．由图可知：
故A错误；
B．根据欧姆定律
故B错误；
D．根据功率
故D正确．
C．该电源电动势的有效值为
电压表的示数为有效值，故C错误；
故选D．
3．B
【详解】
由题图可知，0~1
s内线圈中产生的感应电动势
E1＝n＝100×V＝1
V
1~1.2
s内线圈中产生的感应电动势
E2＝n＝100×V＝5
V
由电流的热效应有
联立并代入数据解得
I＝2A
ACD错误，B正确。
故选B。
4．D
【详解】
A．温控装置启动前，电阻丝两端的电压为交变电流的有效值为
A错误；
B．通过电阻丝的交流电频率
B错误；
CD．温控装置启动后，交变电流的有效值为
解得
即温控装置启动后，电阻丝两端的电压为V，C错误，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
甲图电流的有效值为，根据有效值的定义则有
解得
电热器产生的热量
乙图电流的有效值为，则有
电热器产生的热量
即
故选D。
6．A
【详解】
将交流与直流通过阻值都为R的电阻，设直流电流为I，则根据有效值的定义有
解得
故选A。
7．B
【详解】
A．线圈从中性面开始匀速转动产生正弦交流电，感应电动势即磁通量的变化率按正弦规律变化，故A错误；
B．线圈的转速n＝50r/s，即每秒50个周期，每个周期电流方向改变2次，故1s内线圈中电流方向改变100次，故B正确；
C．线圈转动的角速度
ω＝2πn＝100πrad/s
感应电流的最大值
Im＝＝A
故线圈中感应电流的瞬时值表达式为
i＝sin100πt（A）
故C错误；
D．线圈中的电流
I＝＝A
故线圈消耗的电功率
P＝I2R＝W
故D错误。
故选B。
8．D
【详解】
二极管具有单向导电性，使得半个周期内R通路，另外半个周期内R断路，在正半周内，交流电压的有效值为20V，故一个周期内电阻产生的热量为
·
解得
故选D。
9．C
【详解】
由
I2RT＝（）2R＋Im2R·
得
I＝A
根据欧姆定律得
U＝IR＝20V
故选C。
10．C
【详解】
未接二极管前，流过电阻的电流为正弦交流电，有效值为
接二极管以后
所以，串联二极管后流过电阻的交流电的有效值为
故选C。
11．D
【详解】
因虚线是正弦交流电的图像，则该交流电的有效值为
由图可知，在任意时刻，实线所代表的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值，则实线所代表的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值，则
故选D。
12．B
【详解】
AB．和时刻瞬时感应电动势为零，线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，A错误，B正确；
C．0时刻瞬时电动势最大，故从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时，C错误；
D．每当感应电动势改变方向时，线圈平面处于中性面，穿过线圈的磁通量的绝对值都为最大，D错误。
故选B。
13．C
【详解】
A．中性面与磁场方向垂直，则图中所示的瞬间，线框垂直于中性面。故A错误；
B．转动过程中，穿过线框的磁通量最大值为
故B错误；
C．线圈最大电动势为
有效电动势为
外电压为
即位电压表示数，故C正确；
D．通过电阻R电流的有效值为
故D错误。
故选C。
14．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。
15．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
则
金属框转过一周电阻产生的焦耳热
D正确。
故选D。
16．AD
【详解】
AB．题图甲所示电压的最大值为,周期为0.02s，则电压的瞬时值表达式为
故A正确，B错误；
CD．根据有效值的定义有
解得题图乙所示电压的有效值为
故D正确，C错误。
故选AD。
17．BD
【详解】
AB．正方形线框在磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd以角速度转动，产生的感应电动势最大值为，电源电动势为
S断开时，内电路电流
电压表读数等于cd两点的电压为
故B正确，A错误；
C．S闭合时，电路总电阻为
ab中电流为
电流表的读数为
故C错误；
D．S闭合时，线框从图示位置转过过程中，磁通量变化
所用的时间
产生感应电动势的平均值为
电流的平均值为
流过电流表的电流平均值为
则流过电流表的电荷量为
故D正确。
故选BD。
18．ACD
【详解】
A．从题图中看出，时曲线a、b的感应电动势均为0，因此线圈平面与中性面重合，故A正确；
B．曲线a、b的周期分别为，，则曲线a、b对应的线圈转速之比
故B错误；
C．由
故C正确；
D．由
可得
而
可计算出曲线b表示的交变电动势最大值为10V，电动势的有效值为
故D正确。
故选ACD。
19．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。
20．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。