3.1认识交变电流 随堂演练（解析版）-高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册（word版含答案）

3.1认识交变电流
随堂演练（解析版）
1．通过某用电器的电流i与时间t的关系如图所示，则这种交变电流的有效值为（　　）
A．
B．
C．
D．
2．某矩形线框绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生交流电，该交流电电动势瞬时值的表达式为，以下关于此装置及产生的交流电的说法中正确的是（　　）
A．时刻穿过线框的磁通量最小
B．电动势的有效值为
C．该交流电的周期为
D．若线框转速增大1倍，其他条件不变，则电动势瞬时值表达式：
3．在匀强磁场中，一矩形金属线框（电阻不计）绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，将此线框连接到图丙中理想变压器的原线圈上，变压器的原、副线圈匝数比为2:1，副线圈中电阻R的阻值为110Ω，则（　　）
A．时线框在中性面位置
B．因为原线圈电阻不计，所以原线圈两端电压为零
C．电流表的示数为1.0
A
D．通过电阻R的电流方向每秒改变50次
4．如图所示，为交流发电机的示意图。装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈转动时通过滑环和电刷保持与外电路的闭合。假设线圈沿逆时针方向匀速转动，则下列说法正确的是（　　）
A．线圈通过图中位置瞬间，边的电流方向由A到B
B．线圈通过图中位置瞬间，穿过线圈的磁通量的变化率为零
C．线圈通过图中位置瞬间，通过电阻的电流瞬时值最大
D．若使线圈转动的角速度增大一倍，那么通过电阻电流的有效值变为原来的倍
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．2:1
B．:1
C．1:1
D．1:2
6．如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系.则甲、乙交流电的有效值之比为（　　）
A．
B．
C．
D．
7．如图甲所示，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乙中曲线a、b所示，则（　　）
A．两次t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零
B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C．曲线a表示的交变电动势瞬时值为u=15sin25πt（V）
D．曲线b表示的交变电动势最大值为10
V
8．实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动。今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，读出电压表的示数为10
V。已知R＝10
Ω，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是
（　　）
A．线圈平面与磁场平行时，线圈中的瞬时电流为零
B．从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为i＝sin
50πt
A
C．流过电阻R的电流每秒钟方向改变25次
D．电阻R上的热功率等于10
W
9．图甲是某发电机的示意图，正方形金属线框边长为L，其两端与两个半圆环相连，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，Um为已知，其它电阻不计，则金属框转动一周（　　）
A．框内电流方向不变
B．电动势的有效值大于
C．流过电阻的电荷量为
D．电阻产生的焦耳热为
10．某交变电流瞬时值表达式是。从t=0到电流第一次达到最大，时间间隔是（　　）
A．0.005s
B．0.001s
C．0.02s
D．0.01s
11．如图所示，输入端的输入电压既有直流成分，又有交变电流成分（L的直流电阻等于R），以下说法中正确的是（　　）
A．直流成分只能通过L
B．交变电流成分只能从R通过
C．通过R的既有直流成分，又有交变电流成分
D．通过L的交变电流成分比通过R的交变电流成分必定要多
12．以下所列数据，不属于交流电有效值的是（　　）
A．交流电表测量的示数
B．保险丝标注的额定电流规格
C．电容器标注的耐压值
D．电饭锅上所标的“220V”电压
13．“冲击电流计”可用来测磁感应强度。已知匝数为n、面积为s的线圈与冲击电流计组成闭合电路，总电阻为R。将线圈放在被测匀强磁场中，初始时线圈平面与磁场垂直。现把线圈绕中心轴OO
'转动90°，冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q，则磁感应强度为（　　）
A．
B．
C．
D．
14．在匀强磁场中，一个50匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则（
）
A．t＝0.5
s时，线圈平面恰与中性面重合
B．t＝1
s时，线圈中的电流改变方向
C．t＝1.5
s时，线圈中的感应电动势为零
D．一个周期内，线圈产生的热量为8π2
J
15．如图所示，虚线下方区域内有磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场。半径为L、圆心角为θ=60°的扇形闭合导线框Oab绕垂直于纸面的O轴（O轴位于磁场边界的虚线上），闭合导线框电阻为3R，其中弧ab电阻为R，现将导线框以角速度ω顺时针匀速转动一周，下列说法正确的是（　　）
A．闭合导线框中的感应电流方向一直沿着逆时针方向
B．闭合导线框的Ob边刚要进入磁场时产生感应电流大小为BL2ω
C．闭合导线框的Oa边刚离开磁场时弧ab上的功率为
D．闭合导线框上产生的电流有效值为
16．如图LC电路中，平行板电容器已充电，上极板带正电，电容C为0.6μF，电感L为1.5mH。闭合S并开始计时，则（　　）
A．t=0时，线圈中电流为零
B．时，极板不带电，电路中电流最大
C．时，下极板带正电，且极板间电场能最大
D．到，电流在逐渐变大
17．如图所示，边长为L的正方形线圈，其匝数为n，总电阻为r，外电路的电阻为，ad中点和中点的连线恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。若线圈从图示位置开始以角速度绕轴垂直纸面向外匀速转动，通过两电刷与右侧电路连接，下列说法正确的是（　　）
A．该线圈产生的是正弦式交变电流
B．经通过电阻R的电流方向向下
C．R两端电压的最大值为
D．通过R的电流有效值为
18．如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈在转动中产生的感应电动势最大值为（V），转动的角速度为（rad/s）。若线圈转到图示位置开始计时，那么下列四个式子中正确表达了该线圈上产生的电动势e随时间变化的函数式是（　　）
A．e=sint（V）
B．e=cost（V）
C．e=sin（t+90°）（V）
D．e=cos（t+90°）（V）
19．如图甲为电热毯电路示意图，交流电压u＝311sin（100πt）V，当开关S闭合时，电热丝的电功率为P0；当开关S断开时，加在电热丝上的电压如图乙所示，则（　　）
A．开关闭合时，交流电压表的读数为220V
B．开关闭合时，交流电压表的读数为311V
C．开关断开时，电热丝功率为
D．开关断开时，电热丝功率为
20．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OO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Um为已知量。则金属框转动一周（　　）
A．电动势的最大值为Um
B．框内电流方向不变
C．流过电阻的电荷
D．电阻产生的焦耳热
参考答案
1．B
【详解】
根据有效值的概念可知
解得
故选B。
2．D
【详解】
A．根据电动势瞬时值表达式可知，时刻，则有
说明此时线圈处于中性面，穿过线框的磁通量最大，选项A错误；
B．电动势的最大值为
则电动势的有效值为
选项B错误；
C．交流电的角速度为
则周期为
选项C错误；
D．若转速度增大1倍，则角速度增大1倍，根据知电动势的最大值也增大1倍，故电动势瞬时值表达式为
选项D正确；
故选D。
3．C
【详解】
A.从图像可以看出
时电动势最大，此时磁通量为零，所以线框在与中性面垂直的位置，故A错误；
B.原线圈两端电压为路端电压不为零，故B错误；
C.
原线圈电压的有效值为220V，根据匝数与电压比可知副线圈电压为110V，所以电流表的示数为
故C正确；
D.
交流电的周期为0.02s,一个周期电流方向改变两次，所以通过电阻R的电流方向每秒改变100次，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】
A．由图示知，
AB边和CD边切割磁感线产生电流，根据右手定则判断可知，感应电流方向为有B指向A，故A错误；
BC．图示位置为垂直中性面的位置，根据其特点可知，穿过线框的磁通量为零，感应电动势最大，感应电流最大，穿过线圈的磁通量的变化率也最大，通过电流表的电流瞬时值最大，故B错误，C正确；
D．根据可知，ω增大一倍，则E也增大一倍，根据可知，通过电流表电流的有效值也增大一倍，故D错误。
故选C。
5．A
【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
所以A正确；BCD错误；
故选A。
6．C
【详解】
甲图中，在一个周期内，电阻发热的时间是0～2×10-2s、4×10-2s～6×10-2s内，根据电流的热效应有
解得电流的有效值
乙图中，在一个周期内，电阻发热的时间为0～4×10-2s，根据电流的热效应有
解得电流的有效值
甲、乙交流电的有效值之比为。
故选C。
7．D
【详解】
A．在t=0时刻，线圈一定处在中性面上，此时磁通量最大，A错误；
B．由图可知，a的周期为4×10-2s；b的周期为6×10-2s，则由
可知，转速与周期成反比，故转速之比为3：2，
B错误；
C．由图可知，a的周期为4×10-2s，则
曲线a表示的交变电动势瞬时值为
C错误；
D．曲线a、b对应的线圈转速之比为3：2，曲线a表示的交变电动势最大值是15V，根据
得曲线b表示的交变电动势最大值是10V
D正确。
故选D。
8．D
【详解】
A．线圈平面与磁场平行时，瞬时感应电流最大，选项A错误；
B．从线圈平面与磁场平行时开始计时，Εm＝10V，f＝25
Hz，则顺时针表达式
i＝cos
50πt
A
选项B错误；
C．线圈每秒转25圈，则电流方向每秒改变50次，选项C错误；
D．电阻R上的热功率等于
PR＝＝10
W
选项D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．金属框每次经过中性面时框内电流方向都会改变，故A错误；
B．由题图乙可知，线框产生感应电动势的图像应为完整的正弦曲线，所以电动势的有效值等于，故B错误；
C．金属框转动一周的过程中，流过电阻的电荷量为
故C错误；
D．设金属框转动的角速度为ω，则有
金属框转动的周期为
根据焦耳定律可得电阻产生的焦耳热为
联立上述三式解得
故D正确。
故选D。
10．D
【详解】
因周期为
从t=0到电流第一次达到最大，时间间隔是
故选D。
11．C
【详解】
ABC．交变电流和直流成分都可以通过电阻，也可以通过电感器，AB错误，C正确；
D．电感器有“通直流、阻交流”的作用，所以通过L的交流成分比通过R的交流成分要少，D错误；
故选C。
12．C
【详解】
A．交流电表测量的示数是交流电的有效值，选项A不符合题意；
B．保险丝标注的额定电流规格是交流电的有效值，选项B不符合题意；
C．电容器标注的耐压值是交流电的最大值，选项C符合题意；
D．电饭锅上所标的“220V”电压是交流电的有效值，选项D不符合题意；
故选C。
13．C
【详解】
由法拉第电磁感应定律可求出感应电动势大小，再由闭合电路欧姆定律
可求出感应电流大小
根据电量的公式，可得
由于开始线圈平面与磁场垂直，现把探测圈翻转90°，则有
所以由上公式可得
则磁感应强度
故C正确，ABD错误；
故选C。
14．AC
【详解】
A．t＝0.5s时，磁通量最大，故线圈平面恰与中性面重合，A正确；
B．t＝1s时，磁通量为零，线圈平面与中性面垂直，线圈中的电流最大，未改变方向，B错误；
C．t＝1.5s时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，故线圈中的感应电动势为零，C正确；
D．电动势的最大值为
有效值为
一个周期内，线圈产生的热量为
D错误。
故选AC。
15．BD
【详解】
A．闭合导线框只有进、出磁场时才有感应电流产生,根据右手定则可知,闭合导线框进人磁场时,电流沿着逆时针方向,闭合导线框出磁场时,电流沿着顺时针方向,A错误;
B．闭合导线框的Ob边刚进入磁场时产生的感应电动势大小为
感应电流的大小为
故B正确；
C．闭合导线框的Oa边刚离开磁场时产生的电动势为
闭合导线框的Oa边刚离开磁场时闭合线框上的总功率为
C错误；
D．闭合导线框在运动过程中产生的感应电流为
设闭合导线框运动一周的时间为T,闭合导线框运动一周的过程中只有的时间产生感应电流，根据电流有效值的定义可知
解得
故D正确。
故选BD。
16．AC
【详解】
A．刚开始电容器充满电，此时线圈中电流为0，A正确。
BC．根据电磁振荡频率计算公式，则有
所以周期为
所以时为半个周期，此时电容器上下极板电性对调，此时电流仍然为0，电场能最大，B错误C正确。
D．到为四分之一到二分之一个周期，此时电容器正在充电，电流逐渐减小，D错误。
故选AC。
17．AD
【详解】
A．该线圈在匀强磁场中绕垂直与磁场的轴匀速转动，且从中性面开始，故产生的是正弦式交变电流，A正确；
B．转动周期为
经
线圈中磁通量减小，据楞次定律可知，产生顺时针的感应电流，故通过电阻R的电流方向向上，B错误；
C．因为只有一条边框在切割磁感线，故感应电动势的最大值为
据串联电路正比分压可知，R两端电压的最大值为
C错误；
D．通过R的电流有效值为
D正确。
故选AD。
18．BC
【详解】
图示位置面积和磁场平行，垂直于中性面，所以感应电动势的瞬时值表达式为
e=Emcosωt（V）或e=sin（t+90°）（V）
故选BC。
19．AD
【详解】
AB．电压表读数为有效值，开关接通时，电压表测量原线圈电压，所以电压表的示数为
故A正确，B错误；
CD．温控器是二极管，具有正向通电性，所以开关断开后，只有一半周期的电流通过电路，根据电流的热效应得
解得
可得
故C错误，D正确；
故选AD。
20．AC
【详解】
A．由图乙可知，电动势的最大值为Um，选项A正确；
B．框内将产生正弦交变电流，一周内其电流方向改变两次，选项B错误；
C．转过半周流过电阻的电荷
则转过一周流过电阻的电荷，选项C正确；
D．因
解得
一周内电阻产生的焦耳热
选项D错误。
故选AC。