3.2 交变电流的描述 基础（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 3.2 交变电流的描述 基础（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 313.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-22 07:58:11 | ||
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文档简介
3.2 交变电流的描述 基础
一、单项选择题（共14小题；共56分）
1. 一正弦式交变电流随时间变化的规律如图所示。由图可知
A. 该交变电流的瞬时值表达式为 （）
B. 该交变电流的频率是
C. 该交变电流的有效值为
D. 若该交变电流通过 的电阻，则电阻消耗的功率是
2. 与我国不同，有些国家照明使用的正弦式交变电流的频率为 ， 内，这种交变电流的电流方向改变的次数为
A. B. C. D.
3. 我国使用的正弦交流的频率为 ，则它的
A. 周期为 ，电流方向每秒改变 次
B. 周期是 ，电流方向每秒改变 次
C. 周期是 ，电流方向每秒改变 次
D. 周期是 ，电流方向每秒改变 次
4. 如图所示，图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈沿逆时针转动。从某时刻开始计时，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈内阻为 ，外接灯泡的电阻为 ，则下列说法正确的是
A. 电压表的示数为
B. 灯泡消耗的电功率是
C. 线圈转动的角速度为
D. 在 时刻，穿过线圈的磁通量最大
5. 如图甲是一个数字触发器，触发器可以将连续的模拟信号转换成数字信号，该触发器的转换规则是：输入端 、 接入图乙所示的交变电流，即连续的模拟信号，当交流电压数值小于 时，输出端 、 的电压为 ；当交流电压数值大于 时，输出端 、 的电压为 ，输出端 、 就有图丙所示的数字信号输出，以下说法正确的是
A. 丙图中的电压有效值为 B. 丙图中的电压有效值为
C. 丙图中的电压有效值约为 D. 丙图中的电压有效值约为
6. 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为 ，从中性面开始计时，当 时，感应电动势的瞬时值为 ，则此交流电电压的有效值为
A. B. C. D.
7. 如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置 使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的示数为
A. B. C. D.
8. 如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位置（线圈平面与磁感线平行）时
A. 穿过线圈的磁通量最大，感应电动势最大
B. 穿过线圈的磁通量最大，感应电动势最小
C. 穿过线圈的磁通量最小，感应电动势最大
D. 穿过线圈的磁通量最小，感应电动势最小
9. 定值电阻接到电压为 的直流电源上，在 时间内产生的热量为 ；若该电阻接到一正弦交变电源上，该电阻的电压的峰值为 ，周期为 ，如图所示，在一个周期 内产生的热量为 ，则 等于
A. B. C. D.
10. 阻值为 的电炉丝通以大小为 的恒定电流时其电功率为 ，当把它接在某正弦交流电源两端时其电功率也为 。则该交流电源电压的最大值为
A. B. C. D.
11. 如图所示，在同一水平面内有两根足够长的光滑水平金属导轨，间距为 ，电阻不计，其左端连接一阻值为 的定值电阻。两导轨之间存在着磁感应强度为 的匀强磁场，磁场边界虚线由多个正弦曲线的半周期衔接而成，磁场方向如图。一接入电阻阻值为 的导体棒 在外力作用下以 的速度匀速向右运动，交流电压表和交流电流表均为理想电表，则
A. 电流表的示数是
B. 电压表的示数是
C. 导体棒运动到图示虚线 位置时，电流表示数为零
D. 导体棒上消耗的热功率为
12. 交变电源与电阻 、交流电压表按图 所示的方式连接，。交变电源产生正弦式电流，图 是电源输出电压的 图象。交流电压表的示数是 。则
A. 通过 的电流峰值为 ，频率为
B. 通过 的电流峰值为 ，频率为
C. 通过 的电流峰值为 ，频率为
D. 通过 的电流峰值为 ，频率为
13. 【 昌平二模 】如图所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻 ，外接 的电阻。闭合开关 ，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势 （），则
A. 该电动势的有效值为
B. 该交变电流的频率为
C. 外接电阻 所消耗的电功率为
D. 电路中理想交流电流表的示数为
14. 如图甲所示为一发电机原理图，产生的交变电流接理想变压器的原线圈，原副线圈匝数之比为 ，副线圈输出的电动势 随时间 变化的规律如图乙所示，发电机线圈电阻忽略不计，则
A. 在 时刻，穿过发电机线圈的磁通量最大
B. 变压器原线圈中瞬时电动势的表达式为
C. 若仅使发电机线圈的转速增大一倍，则变压器副线圈输出电压的频率增大一倍，而电压最大值不变
D. 若仅使发电机线圈的转速增大一倍，则变压器副线圈输出电压的频率和最大值都增大一倍
二、双项选择题（共1小题；共4分）
15. 如图所示，图线 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线 所示。以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是
A. 线圈先后两次转速之比为
B. 在图中 时刻穿过线圈的磁通量均为零
C. 交流电 的电动势瞬时值的表达式为
D. 交流电 的电动势最大值为
三、解答题（共1小题；共13分）
16. 如图所示，为一交流发电机和外接负载的示意图，发电机电枢线圈为 匝的正方形线圈，边长为 ，绕 轴在磁感强度为 的匀强磁场中以角速度 转动（不计一切摩擦），线圈电阻为 ，外电路负载电阻为 。试求：
（1）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始计时，写出转动过程中感应电动势的瞬时表达式
（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过 时感应电动势；
（3）由图示位置转过 的过程中产生的平均感应电动势
（4）线圈转动过程中电路中交流电压表的示数
（5）图示位置转过 的过程中电阻 中流过的电量
（6）计算流过界面电量用 值；计算电功、焦耳热用 值；测量仪表显示 值。（填瞬时值、峰值、平均值、有效值）
答案
第一部分
1. D
【解析】由题图可知，，，所以 ，故该交变电流的瞬时值表达式为 （），该交变电流的频率 ，选项A、B错误；该交变电流的有效值为 ，选项C错误；电阻消耗的功率 ，选项D正确。
2. D
【解析】一个周期内交流电电流方向改变零次，故 内改变的次数 次，故D正确。
3. B
【解析】 ，所以交流电的周期是 。我国交流电的频率是 ，表示电流方向在 内电流改变 次，故选B。
4. B
【解析】由图象可知产生的电动势的最大值为 ，则有效电压就是 ，电压表测量的是灯泡的电压，所以电压为 ，故选项A错误；由 可知灯泡消耗的电功率是 ，故选项B正确；线圈转动的角速度为 ，故选项C错误；在 时刻，由图象可知此时的电动势为最大，则此时的穿过线圈的磁通量最小，故选项D错误。
5. C
6. C
7. B
【解析】从 图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为 ；后半周期电压为零。
根据有效值的定义，，得 ，选项 B 正确。
8. C
【解析】当线圈平面转到与磁感线平行的位置时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，则线圈中的感应电动势也最大。
9. D
10. B
【解析】根据焦耳定律公式有：
直流电时：
交流电时：
因 则有：；
即 ；电压的有效值 ；
因为是正弦式交流电，故电压的最大值为：；故B正确，ACD错误。
11. D
【解析】回路中产生的感应电动势的最大值为：，则电动势的有效值 ，
电压表测量 两端的电压，则 ，电流表的示数为有效值，为 ，故AB错误；
电流表示数为有效值，一直为 ，故C错误；
导体棒上消耗的热功率 ，D正确。
12. C
【解析】由欧姆定律可知，通过电阻 的有效值：，电流的峰值：；由图 所示图线可知，电流的周期：，频率：，故C正确，ABD错误。
13. D
14. D
【解析】根据题图乙可知，在 时刻，变压器副线圈上产生的感应电动势的瞬时值为零，说明穿过原副线圈的磁通量的变化率为零，磁通量最大，而此时发电机线圈中的瞬时电流最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，选项A错误；
根据变压器的工作原理可知，原、副线圈中电流的周期、频率相同，根据题图乙可知，周期 ， 角速度 ， 所以副线圈输出的电动势 ， 原线圈输入的瞬时电动势 ， 选项B错误；
若仅使发电机线圈的转速 增大一倍，根据关系式 ， 以及 可知，变压器原线圈输入电压（或副线圈输出电压）的频率和最大值都增大一倍，所以选项C错误，D正确.
第二部分
15. C， D
【解析】由图象知 ，故 ，选项A错误；图中 时刻 ，线圈处于中性面，磁通量最大，选项B错误；，，，故 ，选项C正确；，选项D正确。
第三部分
16. （1）
【解析】该交流电的最大值 ；
开始位置与磁感线平行，故瞬时表达式
（2）
【解析】从图示位置转过 时，即 ；
故瞬时电动势
（3）
【解析】根据法拉第电磁感应定律可得：
转 的过程中产生的平均感应电动势大小
（4）
【解析】转动过程中，交流电压表的示数为有效值，
电流的最大值：
所以
（5）
【解析】转过 时的电量 。
（6） 平均；有效；有效
【解析】在求解电流、电压、电表的示数及功率和热量时都要用到有效值；而求解电量要用到平均值。
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一、单项选择题（共14小题；共56分）
1. 一正弦式交变电流随时间变化的规律如图所示。由图可知
A. 该交变电流的瞬时值表达式为 （）
B. 该交变电流的频率是
C. 该交变电流的有效值为
D. 若该交变电流通过 的电阻，则电阻消耗的功率是
2. 与我国不同，有些国家照明使用的正弦式交变电流的频率为 ， 内，这种交变电流的电流方向改变的次数为
A. B. C. D.
3. 我国使用的正弦交流的频率为 ，则它的
A. 周期为 ，电流方向每秒改变 次
B. 周期是 ，电流方向每秒改变 次
C. 周期是 ，电流方向每秒改变 次
D. 周期是 ，电流方向每秒改变 次
4. 如图所示，图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈沿逆时针转动。从某时刻开始计时，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈内阻为 ，外接灯泡的电阻为 ，则下列说法正确的是
A. 电压表的示数为
B. 灯泡消耗的电功率是
C. 线圈转动的角速度为
D. 在 时刻，穿过线圈的磁通量最大
5. 如图甲是一个数字触发器，触发器可以将连续的模拟信号转换成数字信号，该触发器的转换规则是：输入端 、 接入图乙所示的交变电流，即连续的模拟信号，当交流电压数值小于 时，输出端 、 的电压为 ；当交流电压数值大于 时，输出端 、 的电压为 ，输出端 、 就有图丙所示的数字信号输出，以下说法正确的是
A. 丙图中的电压有效值为 B. 丙图中的电压有效值为
C. 丙图中的电压有效值约为 D. 丙图中的电压有效值约为
6. 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为 ，从中性面开始计时，当 时，感应电动势的瞬时值为 ，则此交流电电压的有效值为
A. B. C. D.
7. 如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置 使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的示数为
A. B. C. D.
8. 如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位置（线圈平面与磁感线平行）时
A. 穿过线圈的磁通量最大，感应电动势最大
B. 穿过线圈的磁通量最大，感应电动势最小
C. 穿过线圈的磁通量最小，感应电动势最大
D. 穿过线圈的磁通量最小，感应电动势最小
9. 定值电阻接到电压为 的直流电源上，在 时间内产生的热量为 ；若该电阻接到一正弦交变电源上，该电阻的电压的峰值为 ，周期为 ，如图所示，在一个周期 内产生的热量为 ，则 等于
A. B. C. D.
10. 阻值为 的电炉丝通以大小为 的恒定电流时其电功率为 ，当把它接在某正弦交流电源两端时其电功率也为 。则该交流电源电压的最大值为
A. B. C. D.
11. 如图所示，在同一水平面内有两根足够长的光滑水平金属导轨，间距为 ，电阻不计，其左端连接一阻值为 的定值电阻。两导轨之间存在着磁感应强度为 的匀强磁场，磁场边界虚线由多个正弦曲线的半周期衔接而成，磁场方向如图。一接入电阻阻值为 的导体棒 在外力作用下以 的速度匀速向右运动，交流电压表和交流电流表均为理想电表，则
A. 电流表的示数是
B. 电压表的示数是
C. 导体棒运动到图示虚线 位置时，电流表示数为零
D. 导体棒上消耗的热功率为
12. 交变电源与电阻 、交流电压表按图 所示的方式连接，。交变电源产生正弦式电流，图 是电源输出电压的 图象。交流电压表的示数是 。则
A. 通过 的电流峰值为 ，频率为
B. 通过 的电流峰值为 ，频率为
C. 通过 的电流峰值为 ，频率为
D. 通过 的电流峰值为 ，频率为
13. 【 昌平二模 】如图所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻 ，外接 的电阻。闭合开关 ，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势 （），则
A. 该电动势的有效值为
B. 该交变电流的频率为
C. 外接电阻 所消耗的电功率为
D. 电路中理想交流电流表的示数为
14. 如图甲所示为一发电机原理图，产生的交变电流接理想变压器的原线圈，原副线圈匝数之比为 ，副线圈输出的电动势 随时间 变化的规律如图乙所示，发电机线圈电阻忽略不计，则
A. 在 时刻，穿过发电机线圈的磁通量最大
B. 变压器原线圈中瞬时电动势的表达式为
C. 若仅使发电机线圈的转速增大一倍，则变压器副线圈输出电压的频率增大一倍，而电压最大值不变
D. 若仅使发电机线圈的转速增大一倍，则变压器副线圈输出电压的频率和最大值都增大一倍
二、双项选择题（共1小题；共4分）
15. 如图所示，图线 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线 所示。以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是
A. 线圈先后两次转速之比为
B. 在图中 时刻穿过线圈的磁通量均为零
C. 交流电 的电动势瞬时值的表达式为
D. 交流电 的电动势最大值为
三、解答题（共1小题；共13分）
16. 如图所示，为一交流发电机和外接负载的示意图，发电机电枢线圈为 匝的正方形线圈，边长为 ，绕 轴在磁感强度为 的匀强磁场中以角速度 转动（不计一切摩擦），线圈电阻为 ，外电路负载电阻为 。试求：
（1）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始计时，写出转动过程中感应电动势的瞬时表达式
（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过 时感应电动势；
（3）由图示位置转过 的过程中产生的平均感应电动势
（4）线圈转动过程中电路中交流电压表的示数
（5）图示位置转过 的过程中电阻 中流过的电量
（6）计算流过界面电量用 值；计算电功、焦耳热用 值；测量仪表显示 值。（填瞬时值、峰值、平均值、有效值）
答案
第一部分
1. D
【解析】由题图可知，，，所以 ，故该交变电流的瞬时值表达式为 （），该交变电流的频率 ，选项A、B错误；该交变电流的有效值为 ，选项C错误；电阻消耗的功率 ，选项D正确。
2. D
【解析】一个周期内交流电电流方向改变零次，故 内改变的次数 次，故D正确。
3. B
【解析】 ，所以交流电的周期是 。我国交流电的频率是 ，表示电流方向在 内电流改变 次，故选B。
4. B
【解析】由图象可知产生的电动势的最大值为 ，则有效电压就是 ，电压表测量的是灯泡的电压，所以电压为 ，故选项A错误；由 可知灯泡消耗的电功率是 ，故选项B正确；线圈转动的角速度为 ，故选项C错误；在 时刻，由图象可知此时的电动势为最大，则此时的穿过线圈的磁通量最小，故选项D错误。
5. C
6. C
7. B
【解析】从 图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为 ；后半周期电压为零。
根据有效值的定义，，得 ，选项 B 正确。
8. C
【解析】当线圈平面转到与磁感线平行的位置时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，则线圈中的感应电动势也最大。
9. D
10. B
【解析】根据焦耳定律公式有：
直流电时：
交流电时：
因 则有：；
即 ；电压的有效值 ；
因为是正弦式交流电，故电压的最大值为：；故B正确，ACD错误。
11. D
【解析】回路中产生的感应电动势的最大值为：，则电动势的有效值 ，
电压表测量 两端的电压，则 ，电流表的示数为有效值，为 ，故AB错误；
电流表示数为有效值，一直为 ，故C错误；
导体棒上消耗的热功率 ，D正确。
12. C
【解析】由欧姆定律可知，通过电阻 的有效值：，电流的峰值：；由图 所示图线可知，电流的周期：，频率：，故C正确，ABD错误。
13. D
14. D
【解析】根据题图乙可知，在 时刻，变压器副线圈上产生的感应电动势的瞬时值为零，说明穿过原副线圈的磁通量的变化率为零，磁通量最大，而此时发电机线圈中的瞬时电流最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，选项A错误；
根据变压器的工作原理可知，原、副线圈中电流的周期、频率相同，根据题图乙可知，周期 ， 角速度 ， 所以副线圈输出的电动势 ， 原线圈输入的瞬时电动势 ， 选项B错误；
若仅使发电机线圈的转速 增大一倍，根据关系式 ， 以及 可知，变压器原线圈输入电压（或副线圈输出电压）的频率和最大值都增大一倍，所以选项C错误，D正确.
第二部分
15. C， D
【解析】由图象知 ，故 ，选项A错误；图中 时刻 ，线圈处于中性面，磁通量最大，选项B错误；，，，故 ，选项C正确；，选项D正确。
第三部分
16. （1）
【解析】该交流电的最大值 ；
开始位置与磁感线平行，故瞬时表达式
（2）
【解析】从图示位置转过 时，即 ；
故瞬时电动势
（3）
【解析】根据法拉第电磁感应定律可得：
转 的过程中产生的平均感应电动势大小
（4）
【解析】转动过程中，交流电压表的示数为有效值，
电流的最大值：
所以
（5）
【解析】转过 时的电量 。
（6） 平均；有效；有效
【解析】在求解电流、电压、电表的示数及功率和热量时都要用到有效值；而求解电量要用到平均值。
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