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 课时作业（word解析版）

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
课时作业（解析版）
1．如图所示，灯泡A与带铁芯的电感器L串联，另一个完全相同的灯泡B与滑动变阻器串联，两路并联接在以正弦交流信号发生器为电源的两端。通过调节交流信号发生器上的旋钮，可以改变输出电压和信号的频率。实验开始前将滑动变阻器滑片P置于最右侧，电源内阻可忽略。闭合开关S，A、B两灯均发光。关于该实验，下列说法中错误的是（　　）
A．保持交流信号频率不变，适当提高输出电压，发现A灯始终比B灯暗
B．保持输出电压不变，提高交流信号频率，发现A灯变暗，B灯亮度不变
C．保持输出电压和信号频率不变，将滑片P向左滑动，B灯变暗，A灯亮度不变
D．断开开关S，发现B灯立即熄灭，A灯闪亮一下然后熄灭
2．下列叙述正确的是（　　）
A．重心、合力和交变电流的有效值等概念的建立都体现了等效替代的思想
B．库仑提出了用电场线描述电场的方法
C．伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证
D．用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例，例如场强，电容，加速度都是采用比值法定义的
3．如图所示，两根电阻不计、长度均为的平行导轨MN、PQ固定于方向竖直向下的匀强磁场中，导轨的间距为，导轨右端连接着一阻值的定值电阻和理想交流电流表，长度为1m、电阻的导体棒垂直导轨放置。第1次，开关S断开，保持磁感应强度大小恒为，导体棒以OO1为平衡位置在导轨上左右往复运动，其速度随时间的关系为，电流表的示数为I；第2次，拿走导体棒，闭合开关S，使磁感强度随时间按图乙所示规律变化，电流表的示数仍为I，则下列说法正确的是（　　）
A．第1次产生的是周期为1s的正弦交流电
B．第2次产生的是周期为10s的交流电
C．电流表的示数
D．两种情况下1s内定值电阻R上产生的热量均为
4．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示。产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）
A．时金属线框平面与磁感线平行
B．该交变电流的电动势的有效值为
V
C．电动势瞬时值为22V时，矩形金属线框平面与中性面的夹角为
D．该交变电流的电动势的瞬时值表达式为
5．如图所示是一交变电流的i-t图象，则该交变电流的有效值为（　　）
A．
B．4A
C．
D．8A
6．如图所示，匝数为100的圆形线圈绕与匀强磁场垂直的轴OO′以50
r/s的转速转动，穿过线圈的最大磁通量为0.01
Wb、从图示的位置开始计时，则线圈中感应电动势瞬时值的表达式为（　　）
A．e=50sin
ωt
V
B．e=314cos
314t
V
C．e=50cos
ωt
V
D．e=314sin
314t
V
7．图示为一交变电流的电压随时间变化的图像，此交变电流的电压有效值为（　　）
A．
B．
C．
D．
8．如图表示一交流电的电流随时间而变化的图象。给一阻值为3Ω接此交流电流，则该电阻的功率是（　　）
A．75W
B．96W
C．125W
D．150W
9．将一交变电流通入阻值R=20Ω的电阻，交变电流的I-t图像如图所示，则电阻两端电压的有效值约为（　　）
A．V
B．V
C．3V
D．60V
10．如图所示的电路中，当a、b端加直流电压时，L
1灯发光，L
2灯不亮；当加同样电压的交流电源时，L
1灯发光但较暗，L
2灯发光较亮。那么以下正确的是（　　）
A．A中接的是电感线圈，B中接的是电容器
B．A中接的是电容器，B中接的是电感线圈
C．A中接的是电阻，B中接的是电容器
D．A中接的是电容器，B中接的是电阻
11．某兴趣小组在课下用同一灯泡和电容器、电感器及直流电源和有效值等于直流的交流电源，先后完成了如图a、b、c、d所示实验，关于S闭合后现象的说法中正确的是（　　）
A．a、b中小灯泡都不会发光
B．a中灯泡不发光，b中小灯泡会发光
C．c、d中小灯泡都发光，且明亮程度相同
D．c中灯泡发光，d中灯泡发光较暗，甚至看不到发光
12．一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流e=（V），则下列说法中正确的是（　　）
A．该交变电流的频率是l00Hz
B．当t=0时，线圈平面恰好与中性面垂直
C．当t=s时，e有最大值
D．该交变电流电动势的有效值为220V
13．如图甲所示，标有“220V、40
W”的灯泡和标有“20μF、300
V”的电容器并联到交流电源上。交流电源由一个100匝的闭合矩形金属线圈构成，线圈绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，线圈处在匀强磁场中，穿过该线圈的磁通量随时间按图乙所示正弦规律变化。线圈内阻忽略不计，则下列说法正确的是（　　）
A．t=0.5s时刻，V的示数为零
B．t=0.
5s时刻，线圈中的电流改变方向
C．灯泡恰好正常发光
D．电容器不可能被击穿
14．一线圈在磁场转动，产生如图所示正弦规律变化的交变电流，由图像可知（　　）
A．该交变电流的频率为0.2Hz
B．该交变电流的有效值为14.1A
C．该交变电流瞬时值表达式为i＝20sin（314t）A
D．t=0.01s时，穿过线圈的磁通量最大。
15．图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其单匝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′（OO′沿水平方向）匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R=10连接。图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象，磁通量最大值为，线圈内阻不计，则（　　）
A．T=0.015s时，电压表的示数为0V
B．R中的电流i随时间t变化的规律是
C．R两端的电压u随时间t变化的规律是
D．经过甲图所示位置前后瞬间，电流方向不会改变
16．寒冷的冬季，人们常用电热毯取暖。某电热毯的电路原理图如图所示，温控器为理想二极管具有单向导电性，电源电压u=
311sin100πt（V）。当开关S闭合时，电热丝的电功率为P0。则（　　）
A．交流电压表的读数为220V
B．电路中电流频率100Hz
C．若开关断开，电路中电流的频率变为100Hz
D．若开关断开，电热丝的电功率为0.5P0
17．交流发电机的原理如图甲所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示，已知线圈的电阻为，求：
（1）通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少？
（2）矩形线圈转动的周期是多少？
（3）线圈电阻上产生的电热功率是多少？
（4）保持线圈匀速转动，内外力对线圈做的功是多少？
18．如图所示，边长为10cm的正方形线圈绕垂直于磁感线的OO′轴以的转速匀速转动，磁场的磁感应强度B=0.1T，线圈的匝数N=100匝，电阻r=1Ω。线圈两端分别接在两个固定于OO′轴上且彼此绝缘的金属滑环上，外电路接有R=9Ω的电阻，并接有一只理想交流电压表。
（1）求电压表的读数；
（2）若从线圈通过中性面开始计时，求转过90°过程中通过电阻R的电荷量；
（3）在1min内，作用在线圈上的外力所做的功是多少？
19．如图所示，矩形金属线圈的匝数为10匝，线圈的总电阻为，处于水平向里的匀强磁场中．线框绕着垂直于磁场的轴以的角速度匀速转动，轴分别通过和边的中点，外电路中接入一只标有“6V，12W”的灯泡，灯泡正常发光。求：
（1）从图示位置开始计时，灯泡中的电流随时间的变化关系式；
（2）求线圈在转动过程中磁通量的最大值；
（3）线圈在转动一圈的过程中克服安培力做的功
20．如图所示，线圈abcd的面积是0.05
m2，共100匝，线圈电阻为1
Ω，外接电阻R＝9
Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝T，当线圈以
300
r/min
的转速匀速旋转时：
（1）
线圈转过s时电动势的瞬时值是多大？（结果小数点后保留1位）
（2）
电路中，电压表和电流表的示数各是多少？
（结果小数点后保留2位）
（3）
从中性面开始计时，经
s通过电阻R的电荷量是多少？（结果可用π表示）
21．正弦交变电流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匀速转动的角速度为，线圈的总内阻为r，外电路电灯的电阻为R。则线圈从图示位置（中性面）绕虚线匀速转动180°的过程中，灯泡上产生的电热为多少？
参考答案
1．D
【详解】
A．电感线圈对交流电有阻碍作用，所以流经A的电流始终小于流过B的电流，则保持交流信号频率不变，适当提高输出电压，发现A灯始终比B灯暗，故A正确，但不符合题意；
B．保持输出电压不变，提高交流信号频率，发现B灯亮度不变，提高交流信号频率，电感线圈对交流电的阻碍作用增大，则A等变暗，B灯亮度不变，故B正确，不符合题意；
C．保持输出电压和信号频率不变，将滑片P向左滑动，滑动变阻器有效阻值变大，则电流增大，故B灯变暗，A灯支路不发生变化，故C正确，不符合题意；
D．电路稳定后断开开关，L中产生自感电动势，相当于电源，A灯和B灯串联，同时逐渐变暗，故D错误，符合题意。
故选D。
2．A
【详解】
A．重心是重力的等效作用点、合力与分力是等效替代关系、交变电流的有效值是利用直流电和交流电在相等时间产生的热量相等建立的，故A正确；
B．法拉第提出了用电场线描述电场的方法，故B错误；
C．伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并用实验和推论的方法进行认证，故C错误；
D．场强和电容，加速度都是采用比值法定义的，而是加速度的决定式，故D错误。
故选A。
3．D
【详解】
A．根据
解得
第1次产生的是周期为0.1s的正弦交流电，A错误；
C．电流表的示数为
C错误；
B．根据法拉第电磁感应定律
解得
解得
B错误；
D．两种情况下1s内定值电阻R上产生的热量均为
D正确。
故选D。
4．C
【详解】
A．由乙图可知，线圈开始时在中性面位置，经半个周期后，线圈平面又与中性面重合，与磁场垂直，A错误；
B．该交变电流的电动势的有效值为
B错误；
CD．交变电流的电动势的瞬时值表达式为
当电动势瞬时值为22V时，即
得
C正确，D错误；
故选C。
5．A
【详解】
根据有效值的定义得
解得
故选A。
6．B
【详解】
线圈在匀强磁场中匀速转动产生正选式交变电流，产生的交流电与线圈的形状无关，由
可知，与线圈面积S、角速度有关，角速度
最大值
线圈从图示位置即与中性面成角开始计时，此时感应电动势达到最大值，根据三角函数关系可得出
故B正确，ACD错误。
故选B。
7．C
【详解】
根据有效值的概念可知
解得
故选C。
8．A
【详解】
根据焦耳定律，在一个周期内产生的热量
因此产生热的功率
故选A。
9．B
【详解】
根据
解得
电阻两端电压的有效值
故选B。
10．A
【详解】
当a、b端加直流电压时，L1灯发光，L2灯不亮，当加同样电压的交流电源时，L1灯发光但较暗，L2灯发光较亮，知虚线框A中为电感线圈，因为电感线圈对交流电有阻碍作用，对直流电无阻碍作用，虚线框B中是电容，因为电容隔直通交，故A正确，BCD错误。
故选A。
11．BD
【详解】
AB．因电容器“隔直流、通交流”，则a中小灯泡不会发光，b中灯泡能发光，选项A错误，
B正确；
CD．因电感线圈“通直流，阻交流”，可知c中小灯泡发光，d中灯泡发光较暗，甚至看不到发光，选项C错误，D正确。
故选BD。
12．CD
【详解】
A．由e=220sin100πt可知线圈的角速度为100πrad/s，故其频率为
f==50Hz
选项A错误；
B．当t=0时e=0，此时线圈处在中性面上，选项B错误；
C．当t=s时
sin100πt=1
所以e有最大值，选项C正确；
D．由e=220sin100πt可知该交流电的最大值为200V，有效值为220V，选项D正确。
故选CD。
13．BD
【详解】
A．电压表的读数等于交流电的有效值，则在
t=0.5s时刻，V的示数不为零，选项A错误；
B．t=0.
5s时刻，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电流为零，此时电流改变方向，选项B正确；
C．因
则
有效值
则灯泡不能正常发光，选项C错误；
D．因电动势最大值小于300V，则电容器不可能被击穿，选项D正确。
故选BD。
14．BCD
【详解】
A．该交变电流的周期为0.02s，频率为50Hz，选项A错误；
B．该交变电流的最大值为20V，有效值为
选项B正确；
C．因为
该交变电流瞬时值表达式为
i＝20sin（314t）A
选项C正确；
D．t=0.01s时，感应电流为零，此时穿过线圈的磁通量最大，选项D正确。
故选BCD。
15．BD
【详解】
A．感应电动势的最大值
因此电压表的示数为有效值
A错误；
B．电流的最大值
而线圈从垂直中性面位置开始转动，因此R中的电流i随时间t变化的规律是
B正确；
C．R两端的电压u随时间t变化的规律是
C错误；
D．经过中性面前后，电流方向会改变一次，而经过甲图所示位置前后瞬间，电流方向不会改变，D正确。
故选BD。
16．AD
【详解】
A．开关闭合，电压表的示数即为输入电压的有效值，为
故A正确；
BC．由题可知，电路中电流频率为
故BC错误；
D．若开关断开，由于二极管的单向导电性，只有方向向右的电流能够通过二极管，所以电热丝的电功率为原来的一半，即0.5P0。故D正确。
故选AD。
17．（1）2.0A；（2）；（3）；（4）240J
【详解】
（1）由电流与时间图可知，通过线圈导线的任一个横截面的电流最大值为
（2）由图可知，交流电的周期为，所以矩形线圈转动的周期为；
（3）由有效值
可知，线圈电阻上产生的电热功率为
（4）外界对线圈做功转化为电能再转化为电热，1分钟内外界对线圈做的功为
18．（1）；（2）；（3）12J
【详解】
（1）电动势的最大值：
有效电动势：
电压表读数：
（2）从线圈通过中性面开始计时，转过90°过程中，由法拉第电磁感应定律得，
电动势平均值：
通过电阻R的平均电流：
在这个过程中通过R的电荷量：
（3）感应电流的有效值：
在1min内，作用在线圈上的外力所做的功转化为电路上产生的热量：
19．（1）i=（A）；（2）Wb；（3）10J
【详解】
（1）根据灯泡正常工作，流过灯泡的电流
I=
Im=
i=
Imsinωt
i=（A）
（2）根据题意，线圈中产生感应电动势最大值为
Em=nBSω
Em=
Imr+
Фm=BS
Фm=Wb
（3）由功能关系可得
W克安=EIT
E
=Em
W克安==10J
20．（1）43.3
V；（2）3.54A，
31.86V；（3）C
【详解】
（1）转动的角速度为
电动势的最大值为
则感应电动势的瞬时值表达式为为
线圈转过s时电动势的瞬时值
（2）电动势的有效值为
则电流表的示数为
电压表的示数为
（3）从中性面开始计时，经
s内线圈转过的角度
该过程中
根据
21．
【详解】
根据公式可得，线路中感应电动势的峰值
感应电流的峰值为
电流的有效值为
R上产生的电热为
联立解得