3.2交变电流的描述 学科素养提升练（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 3.2交变电流的描述 学科素养提升练（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 558.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-19 08:44:01 | ||
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文档简介
3.2交变电流的描述 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．交流发电机在工作时的电动势，若仅将线圈的转速提高到原来的两倍，则电动势变为（ ）
A． B．
C． D．
2．如图是验证电容器特性的实验电路图，电路正常工作后，对于灯、的分析正确的是（ ）
A．、都亮 B．、都不亮
C．不亮，亮 D．亮，不亮
3．如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是（ ）
A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电
D．乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
4．如图甲所示是某小型交流发电机的示意图,两磁极 N、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A 为理想交流电流表,面积为 S=1 m2 的线圈绕垂直于磁场的水平轴 OO′沿逆时针方向匀速转动,从图甲所示位置开始计时,产生的交变电流 i随时间t变化的图像如图乙所示,已知线圈的等效电阻R =10Ω,线圈的匝数N = 10,下列说法正确的是（ ）
A．电流表的示数约为14.1A
B．该交变电流的有效值是 A
C．t=0.01s时,通过线圈的磁通量为零
D．该磁场的磁感应强度大小T
5．如图所示，甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示。发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为9 Ω恒定不变，则下列说法中正确的为（ ）
A．电压表的示数为6V
B．发电机的输出功率为4W
C．在0.5×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量最小
D．在1.0×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大
6．如图所示是一交变电流的图象，则该交流电电流的有效值为（ ）
A． B． C． D．
7．多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇。过去是用变压器来实现上述调节的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇转速。现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的。如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每一个周期中，前面的被截去，调节台灯上旋钮可以控制截去多少，从而改变电灯上的电压。则现在电灯上的电压为（ ）
A．Um B． C． D．
8．下列各种情况中，哪一项所指的电压或电流一定不属于交流电的有效值（ ）
A．220V的家庭照明电压
B．保险丝的熔断电流
C．家用电器上标明的额定电压值
D．电容器标明的耐压数值
9．将如图所示的交流电压加在一个阻值R＝1Ω的定值电阻两端，通电时间2min，则下列说法正确的是（ ）
A．通过该电阻的电荷量为120C B．通过电阻的电流的有效值为0.5A
C．电阻产生的焦耳热为500J D．电阻两端电压的有效值为V
10．小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示，单匝矩形线圈的ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压（ ）
A．峰值是e0 B．峰值是2e0
C．有效值是e0 D．有效值是Ne0
11．如图所示，在匀强磁场中圆形线圈匀速转动的周期为T，匝数为10匝，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈总电阻为2Ω，从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，线圈转过30°时的瞬时电流为1A，下列说法中正确的是（ ）
A．线圈中电流的最大值为A
B．线圈中电流的最大值为2A
C．线圈消耗的电功率为8W
D．从图示位置开始计时，感应电流的瞬时值表达式为i＝2cos（t）A
12．如图所示，矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表A组成闭合电路。线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，转动的角速度＝100πrad/s。线圈的匝数N＝100，边长ab＝0.2m、ad＝0.4m，电阻不计。磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小，电容器放电时间不计。下列说法正确的是（ ）
A．该线圈产生的交流电动势峰值为50V
B．该线圈产生的交流电动势有效值为25V
C．电容器的耐压值至少为50V
D．以上说法均错误
13．如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波式的交变电流与时间的变化关系。若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，经过1 min的时间，则( )
A．图甲所示交变电流的有效值为A
B．图乙所示交变电流的有效值为A
C．两电阻消耗的电功之比为1：3
D．两电阻消耗的电功之比为3：1
14．如图是正弦式交变电流的电流随时间变化的图象，以下说法中错误的是（ ）
A．交流电的周期为0.01s B．交流电的频率为0.01Hz
C．电流的最大值为 A D．电流的有效值为 A
15．关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是（ ）
A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化
B．线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流一直增大
C．线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次
D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置
二、解答题
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=1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω=2πrad/s，外电路电阻R=4Ω．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°角时的瞬时感应电动势；
（3）交流电压表的示数。
17．如图所示，正方形线圈abcd绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动，转速为 r/s，已知ab=ad=20cm，匝数N=100，磁感应强度B=1T，图示位置线圈平面与磁感线平行．闭合回路中线圈的电阻r=4Ω，外电阻R=12Ω．求：
（1）线圈转动过程中感应电动势的最大值；
（2）从图示位置开始计时，写出感应电流的瞬时表达式；
（3）交流电压表的示数；
（4）从图示位置转过90°过程中的平均电动势；
（5）从图示位置转过90°过程中的通过线圈截面的电荷量q。
参考答案
1．B
【详解】
根据交流发电机工作原理
可知，当转速n提高到原来的两倍时，和都变为原来的2倍，所以电动势变为
故ACD错误，B正确。
故选B。
2．C
【详解】
根据电容器特性，可知，恒定直流不能通过电容器，即电容器是“隔直通交”，当电路正常工作后，L1不亮，L2亮，故C正确，ABD错误。
故选C。
3．A
【详解】
A．甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故A正确；
B．乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故B错误；
C．根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故C错误；
D．乙图中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，故D错误；
故选A。
4．C
【详解】
AB．由题图乙可知，交变电流的最大值为
由于交变电流表的示数为交变电流的有效值，所以有
AB错误；
C．由题图乙可知，交变电流的周期为T=0.02s，所以在t=0.01s时，线圈中的交变电流值最大，即线圈平面与磁场方向平行，通过线圈的磁通量是零，C正确；
D．线圈在磁场中的角速度为
因此线圈中产生交流电动势的最大值为
则有磁感应强度大小为
D错误。
故选C。
5．C
【详解】
A．发电机产生的电动势有效值为
电压表的示数为
故A错误；
B．发电机的输出功率为
故B错误；
C．在0.5×10-2s时刻，电动势最大，线圈平面与磁感线平行，此时穿过线圈的磁通量最小，故C正确；
D．在1.0×10-2s时刻，电动势最小，穿过线圈的磁通量变化率最小，故D错误。
故选C。
6．B
【详解】
根据有效值的定义得
解得
故B正确，ACD错误。
故选B。
7．C
【详解】
设交变电流的有效值为U，将交变电流与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：交变电流为
直流电为
由
Q1=Q2
得
ABD错误，C正确。
故选C。
8．D
【详解】
220V的家庭照明电压、保险丝的熔断电流、家用电器上标明的额定电压值，都是指的交流电的有效值；但电容器标明的耐压数值，是交流电的峰值。故D正确。
故选D。
9．A
【详解】
A．在一个周期T＝2s内，通过该电阻的电荷量为
＝2C
2 min内共有60个周期，所以总电量
q总＝60q＝60×2C＝120C
故A正确；
B D．在一个周期内，电阻产生的焦耳热为
代入数据解得电阻两端电压的有效值，则通过电阻的电流的有效值为
故BD错误；
C．电阻产生的焦耳热
故C错误；
故选：A。
10．D
【详解】
矩形线圈的ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以发电机输出电压的峰值是
Um=2Ne0
根据正弦式交变电流最大值与有效值的关系，可得该发电机输出电压的有效值
U＝＝Ne0
D正确，ABC错误。
故选D。
11．B
【详解】
AB．从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势的表达式为
e＝Emsinωt
则感应电流为
由题意得，ωt＝30°时
i＝1A
代入数据解得
Em＝4V
电流最大值
A错误，B正确；
C．电流的有效值为
线圈中消耗的电功率为
C错误；
D．从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电流的瞬时值表达式为
D错误。
故选B。
12．B
【详解】
A．线圈产生的交流电动势峰值为
Em＝NBSω＝100××（0.2×0.4）×100πV＝50V
故A错误；
BD．线圈中产生正弦式交变电流，但只有半个周期有电流，根据电流的热效应有
2×R×＝T
解得交流电动势的有效值
E＝25V
故B正确，D错误；
C．电容器的耐压值至少为电动势的最大值，即至少为50V，故C错误。
故选B。
13．AC
【详解】
A．甲图中，在一个周期内，电阻发热的时间是、内，根据电流的热效应有
代入数据，解得
A正确；
B．乙图中，在一个周期内，电阻发热的时间是，根据电流的热效应有
代入数据，可得
CD．根据公式
可知，在相同时间内消耗的电功之比等于1：3，D错误，C正确。
故选AC。
14．BD
【详解】
AB．根据图像可得，周期为
根据
B错误A正确；
CD．根据图像可得，电流的最大值为 A，根据
D错误C正确。
故选BD。
15．BC
【详解】
线圈转动过程中，在中性面位置，磁通量最大、电流等于零，方向改变，2个周期方向改变4次，由中性面经周期到与中性面垂直，电流逐渐增大到最大。故BC正确AD错误。
故选BC。
16．（1）π；（2）；（3）
【详解】
(1)根据
可得感应电动势的最大值
(2)当线圈转过60°角时的瞬时感应电动势
(3) 交流电压表测量R的电压有效值，则
17．(1)400V；(2) i=25cos（100t）A；(3)；(4)；(5)0.25C
【详解】
(1)角速度为
产生的感应电动势最大值为
(2)根据闭合电路欧姆定律得电流的最大值为
感应电流的瞬时表达式为
i=Imcosωt
所以电流的瞬时表达式为
i=25cos（100t）A
(3)电压表的示数为
(4)平均电动势为
(5)通过线框截面电量为
一、选择题
1．交流发电机在工作时的电动势，若仅将线圈的转速提高到原来的两倍，则电动势变为（ ）
A． B．
C． D．
2．如图是验证电容器特性的实验电路图，电路正常工作后，对于灯、的分析正确的是（ ）
A．、都亮 B．、都不亮
C．不亮，亮 D．亮，不亮
3．如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是（ ）
A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电
D．乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
4．如图甲所示是某小型交流发电机的示意图,两磁极 N、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A 为理想交流电流表,面积为 S=1 m2 的线圈绕垂直于磁场的水平轴 OO′沿逆时针方向匀速转动,从图甲所示位置开始计时,产生的交变电流 i随时间t变化的图像如图乙所示,已知线圈的等效电阻R =10Ω,线圈的匝数N = 10,下列说法正确的是（ ）
A．电流表的示数约为14.1A
B．该交变电流的有效值是 A
C．t=0.01s时,通过线圈的磁通量为零
D．该磁场的磁感应强度大小T
5．如图所示，甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示。发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为9 Ω恒定不变，则下列说法中正确的为（ ）
A．电压表的示数为6V
B．发电机的输出功率为4W
C．在0.5×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量最小
D．在1.0×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大
6．如图所示是一交变电流的图象，则该交流电电流的有效值为（ ）
A． B． C． D．
7．多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇。过去是用变压器来实现上述调节的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇转速。现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的。如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每一个周期中，前面的被截去，调节台灯上旋钮可以控制截去多少，从而改变电灯上的电压。则现在电灯上的电压为（ ）
A．Um B． C． D．
8．下列各种情况中，哪一项所指的电压或电流一定不属于交流电的有效值（ ）
A．220V的家庭照明电压
B．保险丝的熔断电流
C．家用电器上标明的额定电压值
D．电容器标明的耐压数值
9．将如图所示的交流电压加在一个阻值R＝1Ω的定值电阻两端，通电时间2min，则下列说法正确的是（ ）
A．通过该电阻的电荷量为120C B．通过电阻的电流的有效值为0.5A
C．电阻产生的焦耳热为500J D．电阻两端电压的有效值为V
10．小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示，单匝矩形线圈的ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压（ ）
A．峰值是e0 B．峰值是2e0
C．有效值是e0 D．有效值是Ne0
11．如图所示，在匀强磁场中圆形线圈匀速转动的周期为T，匝数为10匝，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈总电阻为2Ω，从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，线圈转过30°时的瞬时电流为1A，下列说法中正确的是（ ）
A．线圈中电流的最大值为A
B．线圈中电流的最大值为2A
C．线圈消耗的电功率为8W
D．从图示位置开始计时，感应电流的瞬时值表达式为i＝2cos（t）A
12．如图所示，矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表A组成闭合电路。线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，转动的角速度＝100πrad/s。线圈的匝数N＝100，边长ab＝0.2m、ad＝0.4m，电阻不计。磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小，电容器放电时间不计。下列说法正确的是（ ）
A．该线圈产生的交流电动势峰值为50V
B．该线圈产生的交流电动势有效值为25V
C．电容器的耐压值至少为50V
D．以上说法均错误
13．如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波式的交变电流与时间的变化关系。若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，经过1 min的时间，则( )
A．图甲所示交变电流的有效值为A
B．图乙所示交变电流的有效值为A
C．两电阻消耗的电功之比为1：3
D．两电阻消耗的电功之比为3：1
14．如图是正弦式交变电流的电流随时间变化的图象，以下说法中错误的是（ ）
A．交流电的周期为0.01s B．交流电的频率为0.01Hz
C．电流的最大值为 A D．电流的有效值为 A
15．关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是（ ）
A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化
B．线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流一直增大
C．线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次
D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置
二、解答题
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=1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω=2πrad/s，外电路电阻R=4Ω．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°角时的瞬时感应电动势；
（3）交流电压表的示数。
17．如图所示，正方形线圈abcd绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动，转速为 r/s，已知ab=ad=20cm，匝数N=100，磁感应强度B=1T，图示位置线圈平面与磁感线平行．闭合回路中线圈的电阻r=4Ω，外电阻R=12Ω．求：
（1）线圈转动过程中感应电动势的最大值；
（2）从图示位置开始计时，写出感应电流的瞬时表达式；
（3）交流电压表的示数；
（4）从图示位置转过90°过程中的平均电动势；
（5）从图示位置转过90°过程中的通过线圈截面的电荷量q。
参考答案
1．B
【详解】
根据交流发电机工作原理
可知，当转速n提高到原来的两倍时，和都变为原来的2倍，所以电动势变为
故ACD错误，B正确。
故选B。
2．C
【详解】
根据电容器特性，可知，恒定直流不能通过电容器，即电容器是“隔直通交”，当电路正常工作后，L1不亮，L2亮，故C正确，ABD错误。
故选C。
3．A
【详解】
A．甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故A正确；
B．乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故B错误；
C．根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故C错误；
D．乙图中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，故D错误；
故选A。
4．C
【详解】
AB．由题图乙可知，交变电流的最大值为
由于交变电流表的示数为交变电流的有效值，所以有
AB错误；
C．由题图乙可知，交变电流的周期为T=0.02s，所以在t=0.01s时，线圈中的交变电流值最大，即线圈平面与磁场方向平行，通过线圈的磁通量是零，C正确；
D．线圈在磁场中的角速度为
因此线圈中产生交流电动势的最大值为
则有磁感应强度大小为
D错误。
故选C。
5．C
【详解】
A．发电机产生的电动势有效值为
电压表的示数为
故A错误；
B．发电机的输出功率为
故B错误；
C．在0.5×10-2s时刻，电动势最大，线圈平面与磁感线平行，此时穿过线圈的磁通量最小，故C正确；
D．在1.0×10-2s时刻，电动势最小，穿过线圈的磁通量变化率最小，故D错误。
故选C。
6．B
【详解】
根据有效值的定义得
解得
故B正确，ACD错误。
故选B。
7．C
【详解】
设交变电流的有效值为U，将交变电流与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：交变电流为
直流电为
由
Q1=Q2
得
ABD错误，C正确。
故选C。
8．D
【详解】
220V的家庭照明电压、保险丝的熔断电流、家用电器上标明的额定电压值，都是指的交流电的有效值；但电容器标明的耐压数值，是交流电的峰值。故D正确。
故选D。
9．A
【详解】
A．在一个周期T＝2s内，通过该电阻的电荷量为
＝2C
2 min内共有60个周期，所以总电量
q总＝60q＝60×2C＝120C
故A正确；
B D．在一个周期内，电阻产生的焦耳热为
代入数据解得电阻两端电压的有效值，则通过电阻的电流的有效值为
故BD错误；
C．电阻产生的焦耳热
故C错误；
故选：A。
10．D
【详解】
矩形线圈的ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以发电机输出电压的峰值是
Um=2Ne0
根据正弦式交变电流最大值与有效值的关系，可得该发电机输出电压的有效值
U＝＝Ne0
D正确，ABC错误。
故选D。
11．B
【详解】
AB．从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势的表达式为
e＝Emsinωt
则感应电流为
由题意得，ωt＝30°时
i＝1A
代入数据解得
Em＝4V
电流最大值
A错误，B正确；
C．电流的有效值为
线圈中消耗的电功率为
C错误；
D．从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电流的瞬时值表达式为
D错误。
故选B。
12．B
【详解】
A．线圈产生的交流电动势峰值为
Em＝NBSω＝100××（0.2×0.4）×100πV＝50V
故A错误；
BD．线圈中产生正弦式交变电流，但只有半个周期有电流，根据电流的热效应有
2×R×＝T
解得交流电动势的有效值
E＝25V
故B正确，D错误；
C．电容器的耐压值至少为电动势的最大值，即至少为50V，故C错误。
故选B。
13．AC
【详解】
A．甲图中，在一个周期内，电阻发热的时间是、内，根据电流的热效应有
代入数据，解得
A正确；
B．乙图中，在一个周期内，电阻发热的时间是，根据电流的热效应有
代入数据，可得
CD．根据公式
可知，在相同时间内消耗的电功之比等于1：3，D错误，C正确。
故选AC。
14．BD
【详解】
AB．根据图像可得，周期为
根据
B错误A正确；
CD．根据图像可得，电流的最大值为 A，根据
D错误C正确。
故选BD。
15．BC
【详解】
线圈转动过程中，在中性面位置，磁通量最大、电流等于零，方向改变，2个周期方向改变4次，由中性面经周期到与中性面垂直，电流逐渐增大到最大。故BC正确AD错误。
故选BC。
16．（1）π；（2）；（3）
【详解】
(1)根据
可得感应电动势的最大值
(2)当线圈转过60°角时的瞬时感应电动势
(3) 交流电压表测量R的电压有效值，则
17．(1)400V；(2) i=25cos（100t）A；(3)；(4)；(5)0.25C
【详解】
(1)角速度为
产生的感应电动势最大值为
(2)根据闭合电路欧姆定律得电流的最大值为
感应电流的瞬时表达式为
i=Imcosωt
所以电流的瞬时表达式为
i=25cos（100t）A
(3)电压表的示数为
(4)平均电动势为
(5)通过线框截面电量为