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．如图所示的各图像中表示交变电流的是（　　）
A．B．C．D．
2．某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡，已知把开关置于3、4时，电路与交流电源接通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是（ ）
A．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2两个灯泡均发光且亮度相同
B．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2两个灯泡均发光，且L1比L2亮
C．在开关置于3、4的瞬间，L1立即发光，而L2亮度慢慢增大
D．当开关置于3、4时，稳定后，若只增加交变电流的频率，则L1变暗，L2变亮
3．下图中交流电源的电压（有效值）与直流电源的电压相同，四个灯泡完全相同，L的直流电阻不计。当电路达到稳定时，灯泡亮度最暗的是（　　）
A． B．
C． D．
4．图甲为风力发电的简易模型。在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁体转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速一定时，传感器显示如图乙所示，则（　　）
A．磁铁的转速为
B．线圈两端电压的有效值为
C．交变电流的电压表达式为
D．该交变电流可以直接加在击穿电压为的电容器上
5．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
6．如图所示，三只完全相同的灯泡a、b、c分别与电阻R、电感L，电容C串联，再将三者并联，接在220V、50Hz的交变电压两端，三只灯泡亮度相同。若接在220V，100Hz的交变电压两端，则（　　）
A．三只灯泡亮度不变
B．三只灯泡都将变亮
C．a亮度不变，b变亮，c变暗
D．a亮度不变，b变暗，c变亮
7．图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为100Ω的灯泡，不计电路的其他电阻。则（　　）
A．甲图中线圈位于中性面 B．该交流电的频率为100Hz
C．电压的示数为22V D．ls内发电机线圈产生的焦耳热为0.4J
8．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，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则（　　）
A．时线框的磁通量变化率为零
B．时线框平面与中性面重合
C．线框产生的交变电动势有效值为
D．线框产生的交变电动势的频率为
9．一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定转轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示。下列说法中正确的是（　　）
A．t1时刻穿过线圈的磁通量最大
B．t2时刻穿过线圈的磁通量为0
C．t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率最大
D．每当电流方向变化时，线圈平面就会与中性面垂直
10．如图所示，单匝线框在匀强磁场中匀速转动，周期为 T，转轴 O1O2垂直于磁场方向，线框电阻为 2 Ω。若线框从图示位置转过 60°时感应电流的瞬时值为 1A。则下列说法正确的是（　　）
A．线框匀速转动过程中消耗的电功率为 8W
B．线框中感应电流的有效值为 2A
C．线框在图示的位置磁通量变化率为零
D．从图示位置开始计时，在任意时刻穿过线框磁通量的表达式为（Wb）
11．家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的调节，比过去用变压器调压方便且体积较小。如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在台灯上的电压，即在正弦式电压的每一个周期中，前面的波形被截去，从而改变了台灯上的电压，那么现在台灯上电压的有效值为（　　）
A． B． C． D．
12．线圈在匀强磁场中转动产生电动势e＝10sin 20πt V，则下列说法正确的是（　　）
A．t＝0时，线圈平面位于中性面
B．t＝0时，穿过线圈的磁通量为零
C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速率最大
D．t＝0.4 s时，e有最大值且为10 V
13．如图甲所示，单匝矩形线框在匀强磁场B中，绕与磁场B垂直的轴OO'匀速转动。已知线框电阻R，转动周期T，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图，如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）
A．时刻，线框平面与中性面垂直
B．感应电流的有效值为
C．到过程中，线框中平均感应电动势为零
D．线框转动一周，线框中产生的热量为
14．关于感抗，下列说法中正确的是(　　)
A．感抗就是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势，阻碍电流的变化
B．感抗的大小不仅与自感系数有关，还与电流的频率有关
C．感抗虽然对交流电有阻碍作用，但不消耗能量
D．以上说法都不对
15．如图所示，将手摇发电机与灵敏电流表（零刻度在表盘中央）相连，当矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴以恒定的角速度转动过程中，观察电流表的指针，可以判定（　　）
A．指针随着线圈转动而摆动，并且线圈每转一周，线圈经过零刻度线一次
B．当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，电流表的指针偏转最大
C．当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，电流表的指针偏转最大
D．感应电动势和感应电流是周期性变化的
16．如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕竖直固定轴以角速度ω匀速转动。从MN边与磁场方向的夹角为30°时开始计时：
(1)在下图中画出0时刻，沿固定轴从上向下看线框的俯视图，并标出电流方向。
(2)求经过时间t，线框中产生的感应电动势瞬时值表达式。
17．如图所示，线圈abcd的面积是0.05m2，共200匝，线圈电阻为2Ω，外接电阻R为8Ω，匀强磁场的磁感应强度为，线圈以rad/s的角速度绕垂直于磁场方向的转轴匀速旋转时．
(1)若从线圈处于中性面时开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式．
(2)电路中电流表的示数是多少？
(3)在1s时间内电阻R上产生的热量是多少？
参考答案
1．D
【详解】
大小和方向随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，A、B、C三幅图中的电流大小虽然变化，但方向不随时间做周期性变化，不是交流电。
故选D。
2．D
【详解】
AB．当开关置于1、2时，稳定后因电容器隔直流，故L2不发光，AB错误；
C．在开关置于3、4的瞬间，电容器通交流，L2立即发光，由于电感的自感作用，L1亮度慢慢增大，C错误；
D．当开关置于3、4稳定后，增加交变电流频率，容抗减小，感抗增大，L1变暗，L2变亮，D正确。
故选D。
3．D
【详解】
A．电容与灯泡串联，电容有容抗，对交流电有阻碍作用，故灯泡两端的电压低于电源电压；
B．电容与灯泡并联，直流电不能通过电容器，故灯泡两端的电压等于电源电压；
C．电感与灯泡串联，电感有感抗，对交流电有阻碍作用，故灯泡两端的电压低于电源电压；
D．电感与灯泡并联，由于电感的直流电阻不计，稳定时灯泡被短路，灯泡两端的电压为零；
对比可知，B图的灯最亮，A、C图的灯较暗，D图的灯不亮，故灯泡最暗的是D图，D正确。
故选D。
4．C
【详解】
A．电流的周期为T=0.4s，故磁体的转速为n=2.5r/s，故A错误；
B．通过乙图可知电压的最大值为12V，故有效值
故B错误；
C．周期T=0.4s，故ω=5πrad/s，故电压的表达式为
u=12sin5πt（V）
故C正确；
D．电容器的击穿电压为交流电的最大值，而交流电的最大值大于电容器的击穿电压，故不能加在击穿电压为的电容器上，故D错误。
故选C。
5．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。
6．D
【详解】
根据电感的特性：通低频、阻高频，当电源的频率变高时，电感对电流的感抗增大，b灯变暗；根据电容器的特性：通调频、阻低频，当电源的频率变高时，电容器对电流的容抗减小，c灯变亮。而电阻的亮度与频率无关，a灯亮度不变。所以选项ABC错误，D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．甲图中线圈不是位于中性面，A错误；
B．由图象可知，电动势周期为0.02 s，所以频率为50 Hz， B错误；
C．由图象可知：电动势的有效值为22 V，所以灯泡两端的电压为:
U＝×22 V＝20V
C错误；
D．根据公式可得， ls内发电机线圈产生的焦耳热为
D正确。
故选D。
8．B
【详解】
A．时，感应电动势最大，则此时线框的磁通量变化率最大，选项A错误；
B．时，感应电动势为零，则线框平面与中性面重合，选项B正确；
C．线框产生的交变电动势最大值为，选项C错误；
D．线框产生的交变电动势的频率为
选项D错误。
故选B。
9．C
【详解】
A．t1时刻感应电动势最大，线圈通过与中性面垂直的位置，穿过线圈的磁通量最小，A错误；
B．t2时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，B错误；
C．t3时刻感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，C正确；
D．每当电流方向变化时，线圈平面与磁场垂直，即线圈转到中性面位置，D错误。
故选C。
10．D
【详解】
B．从垂直中性面开始其瞬时表达式为
转过 60°时感应电流的瞬时值为 1A，则
有效值为
B错误；
A．线框匀速转动过程中消耗的电功率
A错误；
C．线圈在如图所示的电动势最大，线框在图示的位置磁通量变化率最大，C错误；
D．任意时刻穿过线圈的磁通量为
根据公式
感应电动势的最大值为
可得
故
D正确。
故选D。
11．C
【详解】
设交流电的有效值为，将交流电与直流电分别通过电阻，分析一个周期内的热量，交流电产生的热量
直流电产生的热量
由
得
故选C。
12．A
【详解】
ABC．由电动势的瞬时值表达式知，计时从中性面开始，所以t＝0时，线圈平面位于中性面，磁通量最大，但此时导线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速率为零，选项A正确，BC错误；
D．当t＝0.4 s时
选项D错误。
故选A。
13．ABD
【详解】
A．时刻，回路磁通量为零，则线框平面与中性面垂直，故A正确；
B．角速度
感应电动势最大值
感应电流
有效值
故B正确；
C．到过程中，磁通量变化不是零，则平均感应电动势不为零，故C错误；
D．线框转动一周，线框中产生的热量为
故D正确。
故选ABD。
14．ABC
【解析】
当交流电通过有电感器的电路时，电路中产生自感电动势，阻碍电流的改变，形成了感抗，A正确；线圈的自感系数越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大，因此感抗的大小不仅与自感系数有关，还与电流的频率有关，B正确；在电感电路中，感抗不消耗电能，C正确，D错误；故选ABC.
15．CD
【详解】
A．矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴以恒定的角速度转动，产生正弦式交流电，每次经过中性面电流改变一次方向，则线圈每转一周线圈经过零刻度线两次，故A错误；
B．当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，切割的两边与磁感线平行，此时的感应电流为零，则电流表的指针不偏转，故B错误；
C．当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，切割的速度与磁感线垂直，感应电流最大，电流表的指针偏转最大，故C正确；
D．感应电动势和感应电流都是按正弦做周期性变化，周期为，故D正确；
故选CD。
16．(1) ；(2)
【详解】
(1)0时刻，沿固定轴从上向下看线框的俯视图及电流方向如下图
(2)感应电动势的峰值为
由于从MN边与磁场方向的夹角为30°时开始计时，则线框中产生的感应电动势瞬时值表达式为
17．(1) (2) (3)Q=400J
【解析】
(1) 感应电动势的最大值Em=NBSω=100V
则瞬时值表达式：e=Emsinωt=100sin10πt(V)
(2)电动势的有效值为
电流表示数
(3)1s内通过电阻R的电流，产生的热量是：
点睛：考查对交流发电机原理的理解能力．对于交流电表，显示的是交流电的有效值．瞬时值表达式要注意计时起点，不同的计时起点表达式的初相位不同．