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 课时练(解析版)
1.下列关于交变电流的说法中正确的是( )
A.让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流一周期内交变电流产生的热效应与等时间内恒定电流产生的热效应相同,则恒定电流的电压、电流表示该交变电流的电压、电流平均值
B.让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流一周期内交变电流产生的热效应与等时间内恒定电流产生的热效应相同,则恒定电流的电压、电流表示该交变电流的电压、电流有效值
C.交流电表上显示的电流数值是该交变电流的瞬时值
D.交流用电器铭牌上所标的电压和电流值是所允许的交变电流的最大值
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
3.一正弦式交变电流的i - t图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.在t0.4 s时电流改变方向 B.该交变电流的周期为0.5 s
C.该交变电流的表达式为 D.该交变电流的有效值为
4.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.
5.一交流电流的图像如图所示,由图可知( )
A.该交流电流的频率为50Hz
B.用电流表测该电流其示数为
C.该交流电流通过电阻时,电阻消耗的电功率为500W
D.该交流电流即时值表达式为
6.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,产生的感应电动势最大值为50 V,那么该线圈由图示位置(线圈平面与磁场方向平行)转过30°时,线圈中的感应电动势大小为( )
A. B. C. D.
7.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
8.钳型表的工作原理如图所示。当通有交流电的导线从环形铁芯的中间穿过时,与绕在铁芯上的线圈相连的电表指针会发生偏转。由于通过环形铁芯的磁通量与导线中的电流成正比,所以通过偏转角度的大小可以测量导线中的电流。我国日常所用交流电的频率为50Hz,现用一钳型电流表测量某一电流,电表读数为10A;若被测交流电的电流大小一样但频率变为60Hz,用该钳型电流表再次进行测量,则读数将是( )
A.8.3A B.10A C.12A D.14A
9.如图所示的半波正弦交流电,它的有效值是( )
A.2A B.A C.A D.1A
10.如图所示是一个判定电源性质的仪器,电感L自感系数很大,下列说法正确的是( )
A.若接通电源后只有绿灯亮,则A、B之间可能是直流电源
B.若接通电源后只有黄灯亮,则A、B之间一定是交流电源
C.若接通电源后只有红灯亮,则A、B之间一定是直流电源,且A端接电源负极
D.若接通电源后只有黄灯亮,则A、B之间一定是直流电源,且A端接电源负极
11.图甲是一台小型发电机的构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈的内阻不计,外接灯泡的电阻为12Ω,则( )
A.在t=0.1s时刻,穿过线圈的磁通量为零
B.电压表的示数为6V
C.灯泡消耗的电功率为3W
D.若其他条件不变,仅将线圈的转速提高一倍,则线圈电动势的表达式e=12sin100πt(V)
12.如图所示,以绕中心轴匀速转动的线圈的面积是,线圈共100 匝,线圈电阻 ,定值电阻,匀强磁场的磁感应强度大小,从如图所示的线圈位置开始计时,则( )
A.电路中电压表的示数为
B.线圈转过90°的过程中通过电阻的电荷量为
C.线圈转动时,通过电阻的电流为
D.线圈转动时,磁通量的变化量大小为
13.如图所示,N 匝矩形线圈的长与宽分别为 L1、L2,线圈电阻为 r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕 OO'轴以角速度ω匀速转动,在线圈由图示位置(线圈与磁场平行)转过 90°的过程中,下列说法正确的是( )
A.磁通量的变化量 BL1L2
B.通过线圈某一横截面积的电荷量为
C.如果在线圈中串联一个理想交流电流表,测得的电流示数为
D.线圈中产生的焦耳热
14.关于交变电流的周期和频率,下列说法正确的是( )
A.正弦式交变电流连续两次出现正向最大值的时间间隔等于周期
B.的交变电流,其周期为
C.频率为的交变电流,内方向变化100次
D.频率为的交变电流,内方向变化50次
15.一台小型发电机与计算机相连接,计算机能将发电机产生的电动势随时间变化的图象记录下来,如图甲所示,让线圈在匀强磁场中以不同的转速匀速转动,计算机记录了两次不同转速所产生正弦交流电的图象如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.发电机先后两次的转速之比na:nb=3:2
B.交流电b的峰值为V
C.0s时刻线圈平面与磁场方向垂直
D.若改用交流电压表接在发电机的输出端,电压表显示交流电a的值为10V
16.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,边长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝,线圈电阻r=2Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动,过程中感应电动势的最大值Em=31.4V;外电路电阻R=8Ω,求:
(1)转动过程中的角速度;
(2)写出感应电流的瞬时表达式(从图示位置开始计时);
(3)电压表的示数(结果保留一位小数);
17.如图所示,匝的矩形线圈,边长,边长,放在磁感应强度的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的轴以的转速匀速转动,线圈电阻,外电路电阻,时线圈平面与磁感线平行,边正转出纸外、边转入纸里。求:
(1)感应电动势的瞬时值表达式;
(2)外力的功率;
(3)从图示位置转过的过程中流过电阻的电荷量。
参考答案
1.B
【详解】
AB.根据有效值的定义知让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流一周期内交变电流产生的热效应与等时间内恒定电流产生的热效应相同,则恒定电流的电压、电流表示该交变电流的电压、电流有效值让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流一周期内交变电流产生的热效应与等时间内恒定电流产生的热效应相同,则恒定电流的电压、电流表示该交变电流的电压、电流有效值,故B正确,A错误;
C.交流电表上显示的电流数值是该交变电流的有效值,故C错误;
D.交流用电器铭牌上所标的电压和电流值是所允许的交变电流的有效值,故D错误。
故选B。
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
则
金属框转过一周电阻产生的焦耳热
D正确。
故选D。
3.C
【详解】
A.由图可知t0.4 s时电流为正方向最大,电流方向没有发生变化,故A错误;
B.由图可知,该交变电流的周期为T=0.4s,故B错误;
C.由图可知,电流的最大值为,角速度为
故该交变电流的表达式为
故C正确;
D.该交变电流的有效值为
故D错误。
故选C。
4.C
【详解】
根据有效值的概念可知
解得
故选C。
5.C
【详解】
A.由图像知周期为,频率为周期的倒数100Hz,故A错误;
B.电流表显示的是有效值,示数为
故B错误;
C.电阻消耗的功率
故C正确;
D.角速度
所以瞬时值表达式
故D错误;
故选B。
6.C
【详解】
线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动,从垂直中性面的位置开始计时,感应电动势的瞬时值为
故当时,感应电动势的瞬时值为
所以C正确;ABD错误;
故选C。
7.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。
8.C
【详解】
由于通过环形铁芯的磁通量与导线中的电流成正比,即
由于
可得
即感应电动势的有效值与交变电流的频率成正比,由欧姆定律可知,电流的有效值与交变电流的频率成正比,故用该钳型电流表再次进行测量,则读数将是
C正确。
故选C。
9.D
【详解】
由有效值的定义可得
解得
故D正确,ABC错误。
故选D。
10.D
【详解】
电容器具有通交流,隔直流作用;而电感线圈具有通直流,阻交流,通低频,阻高频作用。
A.若接通电源后只有绿灯亮,而绿灯与电容器串联,因此电源一定是交流电源,而红、黄灯不亮可能是交流电的频率太高,电感线圈对交流阻碍作用太大的原因,A错误;
BD.若接通电源后只有黄灯亮,而红、绿灯不亮,电源一定是直流电源,而且根据二极管的单向导电性可知,A端接电源负极,B错误,D正确;
C.若接通电源后只有红灯亮,而黄、绿灯不亮,电源一定是直流电源,而且根据二极管的单向导电性可知, B端接电源负极,C错误。
故选D。
11.C
【详解】
A.在t=0.1s的时刻,电动势为0,则为中性面,穿过线圈磁通量最大,故A错误;
B.电动势的最大值为,电压表测量的为有效值,又发电机线圈的内电阻不计,故示数为
故B错误;
C.灯泡消耗的功率
故C正确;
D.周期为0.02s,则瞬时电动势的表达式为
由公式可知,转速提高一倍后,角速度变为原来的2倍,最大值也增大一倍,则
故D错误。
故选C。
12.B
【详解】
A.感应电动势的最大值为
从图示位置开始计时,则瞬时值为
电路中电压表的示数为有效值,即
故A错误;
B.线圈转过90°的过程中通过电阻的电荷量为
故B正确;
C.线圈转动时,通过电阻的电流为
故C错误;
D.线圈转动时,转过的角度
磁通量的变化量大小为
故D错误。
故选B。
13.ABD
【详解】
A.磁通量的变化量
BL1L2
A正确;
B.产生的平均感应电动势为
平均电流为
通过线圈某一横截面积的电荷量为
通联立解得
B正确;
C.该线圈转动产生的是余弦式交流电,感应电动势的最大值为
有效值为
回路电流为
如果在线圈中串联一个理想交流电流表,示数为
C错误;
D.线圈中产生的焦耳热
其中
联立解得
D正确。
故选ABD。
14.AC
【详解】
A.正弦式交变电流连续两次出现正向最大值的时间间隔等于一个周期,故A正确;
B.的交变电流,其周期为,故B错误;
CD.频率为的交变电流,在一个周期内交流电方向改变2次,故1s内改变的次数
n=2f=100次
故C正确,D错误。
故选AC。
15.AC
【详解】
AB.由图可知,a的周期为0.4s;b的周期为0.6s,转速与周期成反比,故曲线a、b对应的线圈转速之比为
na:nb=3:2
曲线a表示的交变电动势最大值是10V,根据交变电流的最大值
所以有
得曲线b表示的交变电动势最大值是
故A正确,B错误;
C.由图可知,0s时刻电压为0,说明线圈位于中性面,所以0s时刻线圈平面与磁场方向垂直,故C正确;
D.交流电压表读数是有效值,所以若改用交流电压表接在发电机的输出端,电压表显示交流电a的值为
故D错误。
故选AC。
16.(1);(2);(3)
【详解】
(1)线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的最大感应电动势为
解得转动过程中的角速度
(2)从图示位置开始计时,感应电动势的瞬时表达式为
根据闭合电路欧姆定律得,感应电流的瞬时表达式为
(3)感应电流的有效值
根据欧姆定律得,电压表的示数
17.(1) ; (2)500W;(3)0.1C.
【详解】
(1)角速度与转速的关系为
所以线圈的角速度为
感应电动势的最大值为
所以感应电动势的瞬时值表达式为
(2)电动势的有效值
外力功率等于电功率,即
(3)线圈由如图位置转过的过程中
通过R的电量为