3.2交变电流的描述提升检测-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第二册（word版含答案）

3.2交变电流的描述提升检测
一、单选题
1.阻值为R的电阻上通以如图所示的交变电流，则此交流电的有效值为(??
)
A.?1
A??????????????????????????????????????B.?2
A??????????????????????????????????????C.?3
A??????????????????????????????????????D.?
A
2.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比
，原线圈
两端与宽度
的光滑平行金属轨道连接，轨道平面水平，磁感应强度
的匀强磁场垂直于轨道平面向下。一根金属杆以
的速度在轨道上往复运动，并始终与导轨保持良好接触。副线圈
两端连接的电路如图，三个灯泡的电阻均为
，
是直流电阻不计的理想线圈，
是电容器。下列说法正确的是（??
）
A.?三个灯泡中
最亮，
最暗?????B.?副线圈中电流的频率为
C.?灯泡
的功率为
????????????????D.?若导体棒的运动周期变为
，则灯泡
变亮，
变暗
3.如图是一正弦式交变电流的电流图象此正弦交变电流的周期和电流的有效值分别为（
??）
A.????????????????????B.????????????????????C.????????????????????D.?
4.如图所示，线圈自感系数很大，开关闭合且电路达到稳定时，小灯泡正常发光，则当闭合开关和断开开关的瞬间能观察到的现象分别是(??
)
A.?小灯泡慢慢亮，小灯泡立即熄灭
B.?小灯泡立即亮，小灯泡立即熄灭
C.?小灯泡慢慢亮，小灯泡比原来更亮一下再慢慢熄灭
D.?小灯泡立即亮，小灯泡比原来更亮一下再慢慢熄灭
5.已知某电阻元件在正常工作时，通过它的电流按如图所示的规律变化．今与这个电阻元件串联一个多用电表（已调至交变电流电流挡），则多用电表的读数为（
）
A.?4
A??????????????????????????????????B.?4
A??????????????????????????????????C.?5
A??????????????????????????????????D.?5
A
6.如图甲所示，在匀强磁场中，一单匝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，产生的交变电动势与时间的关系图像如图乙中正弦曲线a、b所示，则曲线b表示的交变电动势的有效值为（　　）
A.?8V??????????????????????????????????B.???????????????????????????????????C.???????????????????????????????????D.?
7.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.?
8.—个灯泡通过一个由粗导线制成的线圈与一交流电源相连接，如图所示.一铁棒插进线圈之后，该灯将（
??）
A.?变亮
B.?变暗
C.?没有影响
D.?无法判断
9.三只完全相同的灯泡L1、L2、L3
，
电阻可忽略的电感L和理想二极管D按如图所示接入电路中。闭合开关S，让三只灯泡都正常发光，接着突然断开开关S，下列判断最有可能的是（??
）
A.?L1、L2、L3均先变亮，然后逐渐熄灭
B.?L1逐渐熄灭，L2、L3均先变亮，然后逐渐熄灭
C.?L2、L3立即熄灭，L1逐渐熄灭
D.?L2立即熄灭，L1、L3逐渐熄灭
10.如图所示，LC振荡电路的L不变，C可调，要使振荡的频率从700Hz变为1400Hz，则可以采用的办法有（??
）
A.?把电容增大到原来的4倍?????????????????????????????????????B.?把电容增大到原来的2倍
C.?把电容减小到原来的
???????????????????????????????????????D.?把电容减小到原来的
11.在如图所示电路中，L是电阻不计的线圈，C为电容器，R为电阻，开关S先是闭合的，现将开关S断开，并从这一时刻开始计时，设电容器A极板带正电时电荷量为正，则电容器A极板上的电荷量q随时间t变化的图像是下列选项中的（??
）
A.???????????????????????B.?
C.??????????????????????D.?
12.如图甲所示，是一种振动发电装置，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为
、匝数为20的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图乙所示）。线圈所在位置磁感应强度的大小均为
，线圈的电阻为
，它的引出线接有
的小电珠L，其它电阻均不计。外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠。当线圈速度随时间变化的规律如图丙、丁所示（v取向右为正），其中图丙所示速度按正弦规律变化，下列说法正确的是（??
）
A.?线圈两种运动的小灯泡亮度相同
B.?线圈按丁图情况运动产生的电动势是恒定不变的
C.?线圈按丙图情况运动产生的电动势的瞬时值表达式为
D.?线圈按丙图情况运动，灯泡两端的电压为
13.如图所示为无线充电原理示意图，送电线圈中接入交流电，受电线圈中也产生交流电，受电线圈中的交流电经整流电路转变成直流电后对用电器的电池充电。如果送电线圈的a、b两端接如图乙所示的正弦交流电，则下列说法正确的是（??
）
A.?若受电线圈的c、d两端断开，
时刻，c端电势比d端电势高
B.?若受电线圈的c、d两端断开，
时刻，c、d两端的电压最大
C.?若受电线圈的c、d两点用导线连接，
时刻两线圈相互吸引
D.?若受电线圈的c、d两点用导线连接，从
时刻到
时刻，以俯视角度受电线圈中的感应电流一直沿逆时针方向
14.以下说法正确的是（??
）
A.?交变电流的平均值就是它的有效值
B.?任何交变电流的有效值都是它峰值的
C.?交变电流峰值越大则交变电流越大
D.?如果交变电流接在电阻R上时间t内产生的热量为Q，那么该交变电流的有效值为
15.一只电阻分别通过四种不同形式的电流，电流随时间变化的情况如图所示，在相同时间内电阻产生的热量最大的是（?
）
A.???????????????????????????????????????????B.?
C.??????????????????????????????????????????D.?
16.如图所示，一正方形线圈
abcd
在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴
OO′匀速转动，沿着
OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为
B，线圈匝数为n，边长为
l，电阻为
R，转动的角速度为ω。则当线圈转至图示位置时，下列说法不正确的是（??
）
A.?线圈中感应电流的方向为
abcda
B.?线圈中的感应电流为
C.?穿过线圈的磁通量为0
D.?穿过某匝线圈磁通量的变化率为
Bl2ω
二、综合题
17.在LC振荡电路中，线圈的自感系数
，电容
。
（1）该回路的周期多大？
（2）设
时，电容器上电压最大，在
时，通过线圈的电流是增大还是减小？这时电容器是处在充电过程还是放电过程？
18.如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r=1
，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度
rad/s，外电路电阻R=4
。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°角的过程中流经线框的电荷量；
（3）交流电压表的示数；
（4）线圈转动半周期的过程中外力做的功。
19.如图所示，匝数为100匝、面积为0.01m2的线圈处于磁感应强度为B1=
T的匀强磁场中。当线圈绕O1O2轴以转速n=300r/min匀速转动时，电压表、电流表的读数分别为7V、1A。电动机的内阻r=1Ω，牵引一根原来静止的、长为L=1m、电阻为R=1Ω、质量为m=0.2kg的导体棒MN沿金属框架上升。框架倾角为30°，框架宽1m，框架和导体棒处于方向与框架平面垂直、磁感应强度B2=1T的匀强磁场中。当导体棒沿框架上滑1.6m时获得稳定的速度，这一过程中导体棒上产生的热量为4J。导体棒始终与框架轨道垂直且接触良好，不计框架和线圈电阻及一切摩擦，g取10m/s2。
（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈产生的电动势e的瞬时值表达式；
（2）求导体棒MN的最大速度大小；
（3）求导体棒MN从静止到达到最大速度所用的时间t。
答案解析
1.【答案】
D
【解析】设交流电电流的有效值为I，周期为T，电阻为R，则：
，解得：
，D符合题意，A、B、C不符合题意；
故答案为：D。
【分析】电流的有效值是根据电流的热效应来确定的，选定一个周期，在这个周期内利用焦耳定律求解电流的有效值即可。
2.【答案】
C
【解析】A．变压器中产生交变电流，线圈
和电容
对交变电流均有一定的阻碍作用，所以三个灯泡亮度不同，
亮度最大，A不符合题意；
B．根据角速度与频率的关系
可知
B不符合题意；
C．原线圈产生的电动势为
原线圈电压的有效值
根据理想变压器的电压规律
解得
两端的电压为
则
的功率为
C符合题意；
D．导体棒的运动周期为
，根据周期与频率的关系
可知交变电流的频率变为
频率变大，线圈对交变电流的阻碍作用增大，则
变暗，电容对交变电流的阻碍作用减小，则
变亮，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用变压器原副线圈匝数比与电压的关系求解副线圈的电压，再利用欧姆定律求解电流，进而求解功率；电感的特性值通直流阻交流，电流的频率越大，电感的阻抗就越大，电容的特性是通交流阻直流，电流的频率越小，电容的阻抗就越大。
3.【答案】
C
【解析】由图可知，该交流电的电流最大值为10A，周期为0.02s，所以有效值
故答案为：C
【分析】电流的有效值是根据电流的热效应来确定的，选定一个周期，在这个周期内利用焦耳定律求解电流的有效值即可。
4.【答案】
A
【解析】当开关闭合时，穿过线圈的电流增大，线圈中产生自感电流，阻碍电路电流增大，所以小灯泡是慢慢的亮起来的，当开关断开后，由于电路中小灯泡和线圈组成不了闭合回路，所以小灯泡会立即熄灭，A符合题意，BCD不符合题意.
故答案为：A
【分析】电感的特性值通直流阻交流，电流的频率越大，电感的阻抗就越大，电容的特性是通交流阻直流，电流的频率越小，电容的阻抗就越大，结合电路中电流的变化分析即可。
5.【答案】
C
【解析】根据有效值的定义可得：
，解得
；
故答案为：C.
【分析】电流的有效值是根据电流的热效应来确定的，选定一个周期，在这个周期内利用焦耳定律求解电流的有效值即可。
6.【答案】
D
【解析】联立
解得
又有
解得
故答案为：D。
【分析】利用周期的大小可以求出角速度的大小，结合电动势峰值的表达式可以求出b曲线其电动势的有效值。
7.【答案】
D
【解析】如图所示，当交流电的图像属于正弦交流电时，根据电压的峰值和有效值的关系可得：?
从图像可知，其实线图线对应每一时刻的电压瞬时值都小于或等于虚线图线的电压瞬时值，则一个周期内所产生的热量中，其虚线所对应图线的热量要大于实线图线所对应的热量，根据焦耳定律可以判别虚线所对应的有效值要大于实线对应的电压有效值；根据虚线的有效值大小可以得出实线对应电压的有效值为：
故选D。
【分析】利用正弦交流电的峰值可以求出电压的有效值大小，利用图像电压的瞬时值比较可以判别实线所代表的交流电有效值的大小。
8.【答案】
B
【解析】线圈的自感系数与线圈的长度、匝数以及是否有铁芯等都有关，与电流的大小、电流变化的快慢无关，同一线圈，插有铁芯时线圈的自感系数会变大，因此当铁插进线圈之后，对交流的阻碍变大，则导致灯泡变暗，B符合题意．
故答案为：B
【分析】由于加了铁芯后其线圈的自感系数变大所以对电流的阻碍作用变大则其灯泡变暗。
9.【答案】
D
【解析】开关S从闭合状态突然断开时，原来通过L2和L3的电流立即消失；由于线圈L中产生自感电动势阻碍电流的减小，则在L1和L3中形成新的回路，使得L1、L3均逐渐变暗，由于L2的电路中的二极管由单向导电性，电流不能从右向左通过二极管，所以L2立即熄灭。
故答案为：D。
【分析】利用电感对变化电流的阻碍作用可以判别其开关断开时其L1和L3逐渐熄灭，L2由于二极管的作用立即熄灭。
10.【答案】
D
【解析】由题意，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来的
，由
及L不变知，当
时符合要求，其中
为原电容，D符合题意，ABC不符合题意。
故答案为：D。
【分析】通过LC震荡回路的周期公式推导出频率的公式，结合频率的变化即可得知电容的变化情况。
11.【答案】
B
【解析】开关S闭合时，线圈中有自左向右的电流通过，由于线圈电阻不计，所以线圈两端电压为零，与线圈并联的电容器极板上不带电，本题LC回路的初始条件是线圈中电流最大，磁场能最大，电场能为零。断开开关S时，线圈中产生与电流方向相同的自感电动势，阻碍线圈中电流的减小，使线圈中电流继续自左向右流动，从而给电容器充电，B板带正电，A板带负电，电荷量逐渐增加，经
电荷量达到最大，这时LC回路中电流为零，从
时间内，电容器放电，A板上负电荷量逐渐减少到零，此后在线圈中自感电动势的作用下，电容器反向充电，A板带正电，B板带负电，并且带电荷量逐渐增多，增至最多后，又再次放电，所以A极板上电荷量随时间变化的情况如B所示.
故答案为：B。
【分析】充电时，电荷量增大，放电时，电荷量减小，再结合充放电以及极板的正负进行判断。
12.【答案】
C
【解析】A．线圈两种运动过程中速度变化情况不同，根据法拉第电磁感应定律可得
产生的感应电动势随时间的变化不同，则感应电动势的有效值不同，则小灯泡亮度不相同，A不符合题意；
B．根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势为
由于图丁中线圈v随时间变化，则感应电动势会发生变化，B不符合题意；
C．线圈按丙图情况运动时，速度随时间变化情况为
产生的电动势的瞬时值表达式为
C符合题意；
D．线圈按丙图情况运动时，电动势有效值
感应电流有效值为
则灯泡两端的电压为
D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】（1）根据法拉第电磁感应定律
，
比较感应电动势，比较亮度。（2）根据法拉第电磁感应定律
，
由于图丁中线圈v随时间变化，则感应电动势会发生变化。（3）电动势的瞬时值表达式且代入即可。（4）电动势有效值
，
电流有效值为
且解方程即可。
13.【答案】
D
【解析】A．若受电线圈的c、d两端断开，在
时刻，送电线圈中的电流在从a到b逐渐减小的过程中，穿过受电线圈中磁通量减小，根据楞次定律可知，
时刻，c点的电势比d点的电势低，A不符合题意；
B．若受电线圈的c、d两端断开，
时刻，受电线圈的磁通量的变化率为零，因此c、d两端的电压为零，B不符合题意；
C．若受电线圈的c、d两端连接，
时刻受电线圈中感应电流最大，但送电线圈中的电流为零，两线圈不会有相互作用，C不符合题意；
D．由图乙可知，从
时刻到
时刻，电流先从a端流入逐渐减小到零然后从b端流入逐渐增大，根据安培定则可知，送电线圈中电流产生的磁场在受电线圈中先向上逐渐减小，后向下逐渐增大，根据楞次定律可知，俯视来看，受电线圈中的电流一直沿逆时针方向，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】结合送电线圈中电流的变化分析磁感线在受电线圈中磁通量的变化，闭合电路中的磁通量发生改变，回路中就会产生感应电流，利用楞次定律判断电流的流向。
14.【答案】
D
【解析】A．交流电的有效值与平均值是两个不同的概念，A不符合题意；
B．正弦式交流电的有效值是它最大值的
倍，其它不满足此关系，B不符合题意；
C．交变电流峰值越大，交变电流不一定越大，根据电流热效应可知，还与时间有关，C不符合题意；
D．根据电流热效应可知
得
D符合题意。
故答案为：D。
【分析】交流电的平均值不等于有效值；只有正余弦交流电的有效值才等于峰值的大小除以；峰值越大其交流电不一定大；利用电流的热效应可以求出交流电的有效值大小。
15.【答案】
D
【解析】对A、对于正弦式电流，有效值：
．
根据焦耳定律得：
；
对B、对于正弦式电流，有效值：
．
根据焦耳定律得：
；
对C、根据焦耳定律得：Q3＝I2RT＝2．25RT
对D、对于方波，根据焦耳定律得：
；
故答案为：D．
【分析】利用交流电的电流有效值结合欧姆定律可以求出产生的焦耳热大小。
16.【答案】
A
【解析】A．图示时刻，ad速度方向向里，bc速度方向向外，根据右手定则判断出ad中感应电流方向为a→d，bc中电流方向为c→b，线圈中感应电流的方向为adcba，A符合题意；
B．线圈中的感应电动势为E=nBSω=nBl2ω
线圈中的感应电流为
B不符合题意；
CD．图示时刻ad、bc两边垂直切割磁感线，穿过线圈磁通量为0，由法拉第电磁感应定律分析得知，磁通量的变化率最大，磁通量的变化率为Bl2ω，CD不符合题意。
故答案为：A。
【分析】利用楞次定律可以判别感应电流的大小；利用欧姆定律可以求出感应电流的大小；利用线圈位置可以判别磁通量的大小；利用法拉第电磁感应定律可以求出磁通量变化率的大小。
17.【答案】
（1）解：回路的周期
（2）解：因为
相当于
个周期，则
所以当
时，LC回路中的电磁振荡正处在一个周期中的第二个
的变化过程中，
时，电容器上电压最大，极板上电荷量最多，电路中电流值为零，回路中电流随时间的变化规律如图所示。
一个周期中的第一个
内，电容器放电，电流由零增至最大；一个周期中的第二个
内，电容器被反向充电，电流由最大减小到零。显然，在
时，即在一个周期中的第二个
内，线圈中的电流在减小，电容器正处在反向充电过程中。
【解析】根据振荡电路的周期公式求解公式解出周期；在LC振荡电路中，当电容器放电过程中，电场能在减小，磁场能在增加，电容器上的电量的在减少；从能量看，电场能在向磁场能转化；当电容器充电过程中，电场能在增大，磁场能在减少，回路中的电流在减小，电容器上的电量在增加。
18.【答案】
（1）解：感应电动势最大值为
（2）解：图示位置磁通量
位置时磁通量
根据
，
，
可得
（3）解：电动势的有效值为
转动过程中，交流电压表的示数为有效值，所以有
（4）解：线圈转动半周期外力所做的功为
【解析】【分析】（1）根据最大电动势表达式：
??计算即可。
（2）根据公式
??
，
??
，
?
解q，且
，
?。
（3）
电动势的有效值
，
?
，根据电压分配规律，
计算即可。
（4）
半周期外力所做的功
，
根据公式
计算即可。
19.【答案】
（1）解：由题可知，转速为n=300r/min=5r/s
则可得ω=2πn=10πrad/s
线圈转动过程中电动势的最大值为Em=NB1Sω=100×
×0.01×10πV=10V
则从线圈处于中性面开始计时，线圈产生的电动势瞬时值表达式为e=Emsinωt=10sin10πt（V）
（2）解：电动机的输出功率P出=IU-I2r=6W
且有P出=Fv
棒产生的感应电流
速度最大时棒处于平衡状态，故有F=mgsin30°+B2
L
联立解得此时棒的速度大小v=2m/s或v=-3m/s（舍去）
即棒的最大速度大小为2m/s。
（3）解：由能量守恒定律得P出t=mgh+
mv2+Q
其中h=xsin30°=0.80m
解得t=1.0s
【解析】【分析】（1）已知转速的大小，可以求出线圈角速度的大小，利用杆的电动势的表达式可以求出感应电动势的峰值，结合角速度可以求出对应电动势瞬时值的表达式；
（2）电动机的输出功率为总功率与热功率之差，利用动生电动势和欧姆定律可以求出导体棒中电流的大小；结合机械功率的表达式及平衡方向可以求出棒的最大速度大小；
（3）导体棒从静止到最大速度的过程，利用能量守恒定律可以求出所花的时间。