3.2描述交变电流的物理量 同步练习(word解析版)

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名称 3.2描述交变电流的物理量 同步练习(word解析版)
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资源类型 教案
版本资源 粤教版(2019)
科目 物理
更新时间 2021-11-07 08:11:49

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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 同步练习(解析版)
1.一内阻值为R的电动机接到如图甲所示的正弦交流电源上,另一内阻值为的电动机接到如图乙所示的正弦交流电源上。已知两电动机的输出效率相同,则在相同时间内,两电动机产生的电热之比为(  )
A. B. C. D.
2.某旋转电枢式发电机产生的交流电的电压随时间变化的图象如图,若仅将线圈转动的转速变为原来的两倍,则产生的新交流电的电压随时间变化的图象是(  )
A. B.
C. D.
3.如图所示是交流发电机模型示意图。在匀强磁场中,有一匝数为10的矩形线圈可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴以恒定角速度逆时针转动,由线圈引出的导线和分别与两个跟线圈一起绕转动的金属环相连接,金属环分别与两个固定的电刷保持滑动接触,矩形线圈在转动中保持和外电路的电阻形成闭合电路。当线圈处在中性面时,穿过矩形线圈的磁通量。若线圈电阻,其他电阻不计,则下列说法中正确的是(  )
A.电流表的示数为
B.时间内电阻R上产生的热量为
C.线圈由中性面位置开始转过30°时,电流表的示数为
D.线圈从中性面位置开始转过90°过程中,通过电阻R的电荷量为
4.家庭电路中交流电压随时间变化的规律为u=220sin100t V,则该电压的(  )
A.最大值是 B.有效值是 C.周期是 D.频率是
5.某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin100πt(V),对此电动势,下列表述正确的有(  )
A.最大值是 B.频率是100Hz C.有效值是 D.周期是0.2s
6.交流发电机线圈电阻r=1Ω,用电器电阻R=9Ω,闭合开关S,电压表示数为9V,如图所示,则该交流发电机(  )
A.产生的感应电动势的峰值为10V
B.产生的感应电动势的有效值为9V
C.线圈通过中性面时产生的感应电动势的瞬时值为0V
D.线圈自中性面转过90°的过程中平均感应电动势为5V
7.图甲所示电压按正弦规律变化,图乙所示电压是正弦交流电的一部分,则下列说法正确的是(  )
A.图乙所示的电压也是正弦式交流电压
B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=10sin50πt(V)
C.图乙所示电压的周期与图甲所示电压周期相同
D.图甲所示电压的有效值比图乙所示电压的有效值小
8.如图甲所示,一正方形线框abcd绕ab轴在匀强磁场中匀速转动,ab边和磁场垂直,在ab间接一理想电流表,穿过线框的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化,如图乙所示。已知线框各边的电阻均为1Ω,则下列说法中正确的是(  )
A.当线框平面与中性面夹角为60°时,线框中感应电动势的瞬时值为2V
B.1min内线框中产生的热量为120J
C.电流表的示数为1A
D.从图示位置转过90°角的过程中,通过电流表的电荷量为5×10-2C
9.一边长为L的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动,线框中产生的感应电动势e随时间t的变化情况如图所示。已知匀强磁场的磁感应强度为B,则结合图中所给信息可判定(  )
A.t1时刻穿过线框的磁通量最大
B.t2时刻穿过线框的磁通量为零
C.t3时刻穿过线框的磁通量变化率为零
D.线框转动的角速度为
10.交流电流通过的电阻,下列说法正确(  )
A.第1秒内,电阻产生的热量为
B.第1秒内,有的电荷量通过该电阻
C.该电阻两端电压的瞬时值为
D.第1秒末,该电阻的瞬时功率为0
11.如图甲,一个100匝的矩形闭合铜线框在匀强磁场中绕与磁感线方向垂直的转轴匀速转动,线框中产生的交变电流的图象如图乙所示。已知线框的总电阻为5Ω,则(  )
A.时穿过线框的磁通量为零 B.穿过线框的磁通量最大变化率为
C.线框的热功率为160W D.0~0.5s内线框克服安培力做的功为40J
12.如图所示,面积为S的矩形线圈共N匝,线圈总电阻为R,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中以竖直线为轴,以角速度匀速旋转,图示位置C与纸面共面,位置A与位置C成角。线圈从位置A转过到达位置B的过程中,下列说法正确的是(  )
A.平均电动势为
B.平均电动势为
C.通过线圈某一截面的电荷量
D.在此转动过程中,电流方向会发生改变
13.有两支交变电流,其表达式分别是,下列关于这两支交变电流的说法正确的是
A.峰值相同 B.周期相同
C.相位差恒定 D.变化步调一致
14.一交流电压为u=100sin(100πt)V,由此表达式可知(  )
A.用电压表测该电压其示数为50V
B.该交流电压的周期为0.02s
C.将该电压加在“100V,100W”的灯泡两端,灯泡的实际功率小于100W
D.t=s时,该交流电压的瞬时值为50V
15.发电机的示意图如图(a)所示,单匝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(b)所示。其它电阻不计,图中的U0、t0为已知量,则(  )
A.t=0时,线框平面位于中性面
B.线框的转动周期为4t0
C.0~t0时间内,流过电阻的电荷量为
D.0~t0时间内,电阻产生的焦耳热为
16.如图所示,电阻不计的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴 匀速转动.矩形线圈产生的交流电通过一理想变压器为标有“220 V,22 W”的灯泡和一电动机供电,此时灯泡正常发光.已知矩形线圈的匝数匝,面积,转速,内阻不计,磁场的磁感应强度,电动机的内阻为,电流表的示数为0.1 A.求:
(1)从图示位置开始计时,线圈产生的感应电动势的瞬时表达式;
(2)电动机的输出功率.
17.如图所示,在xOy平面内有两根金属丝MN和PQ,其形状分别满足y=asin和y=-asin,在两根金属丝端点M、P和N、Q之间分别接一根阻值为R的电阻丝,两根金属丝中间三个相交处均有绝缘表面层相隔,金属丝电阻不计.x<0的区域内存在垂直于xOy平面向里的磁感应强度大小为B且较宽的匀强磁场,两金属丝在沿x轴负方向的外力作用下,以速度v匀速进入磁场.
(1)求金属丝进入磁场的过程中感应电流的最大值;
(2)求将两根金属丝全部拉入磁场中所产生的热量;
(3)假设仅在≤x≤0的区域内存在垂直于xOy平面向里的磁感应强度大小为B的匀强磁场,求将两根金属丝以速度v匀速拉过磁场过程中外力的最大功率.
参考答案
1.A
【详解】
由题图可知,两电源电压的有效值之比为
依题意有
解得
在相同时间内,两电动机产生的电热之比为
故选A。
2.C
【详解】
根据交流电压的最大值
可知,当转速变为原来两倍时,电压的最大值变为原来的两倍,又周期
可知,周期将变为原来的一半,ABD错误,C正确,故选C。
3.B
【详解】
A.交流电动势的最大值
电动势的有效值
电流的有效值
即电流表读数为2.83A,选项A错误;
B.时间内电阻R上产生的热量为
选项B正确;
C.电流表的读数为交流电的有效值,则线圈由中性面位置开始转过30°时,电流表的示数仍为2.83A,选项C错误;
D.线圈从中性面位置开始转过90°过程中,通过电阻R的电荷量为
选项D错误。
故选B。
4.B
【详解】
AB.根据交流电压随时间变化的瞬时电压表达式为,可知该电压的最大值为
正弦交流电压的有效值为
故A错误,B正确;
CD.根据瞬时表达式可知,可得周期为
频率为
故CD错误。
故选B。
5.C
【详解】
A.此交流电电动势的最大值为50V,故A错误;
B.频率为
故B错误;
C.有效值为
故C正确;
D.周期为
故D错误。
故选C。
6.C
【详解】
AB.用电器电阻,电压表示数为9V,则电路中的电流
所以感应电动势有效值
其最大值
故A、B错误;
C.交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值最小,为零,故C正确;
D.线圈自中性面转过90°的过程中平均感应电动势为
解得
故D错误。
故选C。
7.D
【详解】
A.题图乙所示电压只有一部分按正弦规律变化,不能称为正弦式交流电压,故A错误;
B.题图甲所示电压的瞬时值表达式为
u=10sin100πt(V)
故B错误;
C.图乙所示电压的周期为图甲所示电压周期的2倍,故C错误;
D.图甲所示电压的有效值为5V,对图乙,由
·=T
得电压的有效值为
U=10V
故D正确。
故选D。
8.B
【详解】
A.由题意可知,线框转动过程产生正弦交流电,最大值为
瞬时值为
故当线框平面与中性面夹角为60°时,代入可得线框中感应电动势的瞬时值为,A错误;
B.电动势的有效值为
故1min内线框中产生的热量为
代入数据可得
Q=120J
B正确;
C.电流表的示数为
C错误;
D.从图示位置转过90°角的过程中,产生的平均感应电动势为
平均感应电流为
通过电流表的电荷量为
代入数据可得
q=5×10-3C
D错误。
故选B。
9.D
【详解】
A.t1时刻,感应电动势最大,穿过线框的磁通量为零,故A错误;
B.t2时刻,感应电动势为零,穿过线框的磁通量最大,故B错误;
C.t3时刻,感应电动势最大,磁通量变化率最大,故C错误;
D.感应电动势的最大值为

故D正确。
故选D。
10.D
【详解】
A.第1秒内,电阻产生的热量为
故A错误;
B.第1秒内,通过该电阻的电荷量为
故B错误;
C.由欧姆定律可得该电阻两端的最大电压为
该电阻两端电压的瞬时值为
故C错误;
D.第1秒末,该交变电流的瞬时电流值为0,该电阻的瞬时功率为0,故D正确。
故选D。
11.B
【详解】
A.由题图乙知时线框中产生的感应电流为零,穿过线框的磁通量最大,A错误;
B.感应电流的最大值
感应电动势的最大值
根据法拉第电磁感应定律
可得穿过线框的磁通量最大变化率
B正确;
C.线框的热功率
C错误;
D.0~0.4s内线框克服安培力做的功为
0.4~0.5s内,由题图乙可知感应电流的有效值小于4A,则线框克服安培力做的功小于8J,则0~0.5s内线框克服安培力做的功小于40J,D错误。
故选B。
12.B
【详解】
AB.平均电动势为
磁通量的瞬表达式为
则线圈从位置A转过到达位置B的过程中磁通量的变化量为
线圈从位置A转过到达位置B的过程中所用时间为
联立解得平均电动势为
所以A错误;B正确;
C.通过线圈某一截面的电荷量为
所以C错误;
D.线框每次经过中性面电流方向才发生变化,所以在此转动过程中,电流方向没有发生改变,则D错误;
故选B。
13.BC
【详解】
代表的交流电压的峰值为,角速度为,则周期,初相位为 ;代表的交流电压的峰值为,角速度为,则周期,初相位为;它们的相位差恒为。故选项BC正确,AD错误;
故选BC。
14.BC
【详解】
A.由交流电压瞬时值表达式可知电压的有效值为50V,故用电压表测该电压其示数为70.7V,A错误;
B.ω=100πrad/s,则周期
T==0.02s
B正确;
C.该电压加在“100V,100W”的灯泡两端,其电压小于额定电压,则实际功率小于额定功率,C正确;
D.把t=s代入瞬时值表达式得电压的瞬时值为50V,D错误。
故选BC。
15.BC
【详解】
A.线框位于中性面时,感应电流和感应电动势均为0,故A错误;
B.一个周期内线框经过两次中性面,由图(b)可知,线框的转动周期为4t0,故B正确;
C.0~t0时间内,线框转过90°即线框从垂直于中性面的位置转到中性面位置,设正方形金属线框边长为L,流过电阻的电荷量为q,则
又因为

联立解得
故C正确;
D.0~t0时间内,电阻产生的焦耳热为

所以
故D错误。
故选BC。
16.(1) (2)
【详解】
(1)线圈转动的角速度为,感应电动势最大值为,
感应电动势的瞬时表达式为
(2)原线圈两端的电压为
由电压与匝数关系得
由电流与匝数关系得:,
流过灯泡的电流为
流过电动机的电流为,
电动机的输出功率为
17.(1) (2) (3)
【解析】
【详解】
(1)由法拉第电磁感应定律可得:E=BLv
而,x=vt,
则可得
产生的感应电动势是一种正弦交流电,其最大值为:Em=2Bva,
则感应电流的最大值:
(2)感应电流有效值为:I有= .
则将两根金属丝全部拉入磁场中产生的热量为:
(3)假设仅在-≤x≤0的区域内存在垂直于xOy平面向里的磁感应强度大小为B的匀强磁场,则感应电流的最大值应出现在两金属丝在磁场中穿过时如图所示的一种状态,此时:
.
则Pm=Im′2·2R=.
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