第三章交变电流 单元训练（word版含答案）

第三章交变电流
一、选择题（共15题）
1．如图所示表示一交变电流随时间变化的图象，其中，从t＝0开始的每个T/2时间内的图象均为半个周期的正弦曲线．则此交变电流的有效值：
A．A B．A C．3 A D．7A
2．“人工肺ecomo”呼吸机是治疗新冠肺炎重症的重要设备。呼吸机接在电压随时间变化的规律为u=220sin100πt（V）的交流电源上，正常工作时电流为5A，则（　　）
A．该交流电的频率为100Hz
B．该交流电每秒内电流方向变化50次
C．该呼吸机正常工作时电流的峰值为5A
D．该呼吸机正常工作时，1h消耗的电能为1.1度
3．由交变电动势的瞬时表达式e=10sinV可知（ ）
A．此交流的频率是1HZ
B．此交流的周期是0.5s
C．此交流电动势的最大值是10V
D．时，该交流电动势达最大值．
4．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的电动势随时间变化的图象如图所示，则下列说法中正确的是
A．t=0时刻线圈平面在中性面
B．t=0.01秒时刻，Ф的变化率最大
C．t=0.02秒时刻，线圈的磁通量为零
D．该线圈相应磁通量图象如图所示
5．一个的电阻，它两端的电压u随时间t的变化规律如图所示，则（　　）
A．流过电阻的最大电流是22A
B．用交流电压表测量电阻两端的电压，其示数为311V
C．电阻消耗的功率为9680W
D．在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是
6．如图所示，在匀强磁场中匀速转动的单匝纯电阻矩形线圈的周期为T，转轴垂直于磁场方向，线圈电阻为1。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1A。下列说法正确的是（　　）
A．线圈消耗的电功率为1 W
B．线圈中感应电流的有效值为2 A
C．任意时刻穿过线圈的磁通量为sin t
D．任意时刻线圈中的感应电动势为cos t
7．如图所示，理想变压器的原线圈A、B两端接入电压为u=220sin(100πt)V的交变电流．原线圈匝数n=1100，副线圈匝数n1=60匝，副线圈匝数n2=50匝，C、D之间接入电容器，E、F之间接入内阻为10Ω电动机M，它们都能正常工作．则
A．该交流电的频率为100Hz
B．副线圈中磁通量变化率的最大值为0.2Wb/s
C．该电容器的耐压值为12V
D．该电动机的输入功率为10W
8．如图所示，矩形线框的匝数为N，面积为S，理想变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，定值电阻R1、R2的阻值均为R，线框所处磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为B，现让线框由图示位置开始绕轴OO'以恒定的角速度沿逆时针方向转动，忽略线框以及导线的电阻。下列说法正确的是（　　）
A．图示位置，线框的输出电压为
B．流过定值电阻R2的电流为
C．矩形线框的输出功率为
D．定值电阻R1消耗的电功率与理想变压器的输出功率之比为1∶1
9．一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为，该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示。则Q方∶Q正等于（　　）
A．1∶ B．∶1 C．1∶2 D．2∶1
10．如图甲所示，理想变压器的原线圈接在交流电源上，副线圈接有 的电阻，原、副线圈匝数之比为10∶1，交流电压表的示数是20.0V，电流表、电压表均可看作理想电表。图乙是交流电源输出电压u随时间t变化的图像。则下列说法正确的是（　　）
A．电流表的读数为2.0A
B．变压器的输入功率与输出功率之比为10∶1
C．变压器原、副线圈磁通量的变化率之比为10∶1
D．电源输出电压瞬时值的表达式（V）
11．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（　　）
A．当线框位于中性面时，线框的磁通量最大，磁通量变化最快
B．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零
C．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
D．线框绕轴每转动一周，感应电流方向就改变一次
12．如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为，现在电路输入端输入电压，此时电阻和的功率相等，电流表和电压表均为理想电表，电流表的示数为，电压表的示数为，下列说法正确的是（　　）
A．电压表的示数为 B．电流表的示数为
C． D．
二、多选题
13．某交变电压为u=6sin314t V，则（ ）
A．用此交变电流作打点计时器的电源时，打点周期为0.02 s
B．把额定电压为6 V的小灯泡接在此电源上，小灯泡正常发光
C．把额定电压为6 V的小灯泡接在此电源上，小灯泡将烧毁
D．耐压6 V的电容器不能直接用在此电源上
14．在一阻值为R=10Ω的定值电阻中通入如图所示的交流电，则（ ）
A．此交流电的频率为2Hz
B．此交流电的有效值为A
C．在0～2s内电阻产生的焦耳热为25J
D．在2～4s内通过该电阻的电荷量为1C
15．如图甲所示，原、副线圈匝数比为5：1的理想变压器，其原线圈中的输入电压按照图乙所示的图象变化，R、R0均为定值电阻，电路中接入开关S，V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是（　　）
A．原线圈中的输入电压的有效值U1＝Um，交变电流的周期为T
B．电压表V1的示数为
C．闭合开关S，U2变小，I1变小，I2变大
D．闭合开关S，U2不变，I1变大，I2变大
三、填空题
16．判断下列说法的正误。
（1）如图所示的电流为交流电。_________
（2）只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。_________
（3）线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。_________
（4）线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。_________
17．我们采用高压输电的原因是为了降低___________。升压变压器的原线圈的匝数比副线圈的线圈匝数__________（填“多”或“少”）。
18．李明最近购买了一台冷热两用空调，这台空调的说明书主要技术数据如下表所示。
电源电压 220V
频率 50Hz
额定制冷功率 1320W
额定制热功率 1420W
(1)空调工作时应选下图中______孔插座（填“二”或“三”）。
(2)空调正常制冷时工作电流为______A，连续正常制冷30min消耗的电能为______kW﹒h。
19．交流电压的图形如图所示，由图像可知，有效值是_______V，频率是_________Hz．
四、解答题
20．如图甲所示，面积为S的N匝线圈A处在磁场中，磁场方向垂直于线圈平面。磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，设垂直线圈平面向外为磁场的正方向。电阻R1、R2，电容C，线圈A的电阻r，B0、t0均为已知量。t=0时刻，闭合开关S。
(1)t=时，求通过R2的电流大小及方向；
(2)t=t1时刻断开S，求S断开后通过R2的电荷量。
21．如图，矩形线圈面积为S，匝数为n，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴O、以角速度匀速转动，外电路电阻R，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：
（1）磁通量的变化量；
（2）平均感应电动势；
（3）通过电阻的电量为多少；
（4）电阻R产生的焦耳热。
22．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2 rad/s，外电路中的电阻R＝4 Ω，（结果可以保留根号和π）求：
(1)感应电动势的最大值；
(2)交流电压表的示数；
23．如图所示，在光滑水平面上，有一坐标系xOy，其第一象限内充满着垂直平面坐标向里的，大小为B0=1T的匀强磁场，有一长l1=2m，宽l2=1m的形线框abcd，其总电阻为R=1Ω，初始时两边正好和xy轴重合．
（1）当线框绕ab轴以角速度ω=π匀速转动时线框产生的感应电动势的表达式是什么？
（2）线框绕ab轴转动90°过程中，产生的热量为多少？
（3）若磁感应强度B沿y方向不变，沿x方向的变化满足B=B0+x，使线框以速度v=1m/s沿x轴正方向匀速运动，需沿x轴方向施加多大外力？方向指向哪儿？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【解析】
【详解】
取一个周期时间，由电流的热效应求解；设电流的有效值为I，则 求得：I=A；故ACD错误，B正确，故选B.
点睛：求有效值方法：是将交流电在一个周期内产生热量与将恒定电流在相同时间内产生的热量相等，则恒定电流的值就是交流电的有效值.
2．D
【解析】
【详解】
A．因为，则该交流电的频率为
选项A错误；
B．交流电每周期方向变化2次，则该交流电每秒内电流方向变化100次，选项B错误；
C．该呼吸机正常工作时电流的峰值为5A，选项C错误；
D．该呼吸机正常工作时，1h消耗的电能为
选项D正确。
故选D。
3．A
【解析】
【详解】
A、根据可得，根据可得，故选项A正确；
B、此交流的周期，故选项B错误；
C、此交流电动势的最大值是，故选项C错误；
D、时，该交流电动势，为最小值，故选项D错误．
4．C
【解析】
【详解】
由图知t=0时刻磁通量最大，线圈平面应在中性面，A错误；感应电动势的大小正比于磁通量变化率，所以在0.01s时感应电动势不是最大，故磁通量变化率不是最大，B错误；在0.02s时感应电动势最大，磁通量变化率最大，此时磁通量为零，C正确；在0时刻感应电动势最大，磁通量变化率最大，磁通量为零，故图像不符，D错误．
【点睛】
本题关键是记住两个特殊位置：在中性面时磁通量最大，磁通量变化率最小，感应电动势最小，电动势方向改变；垂直中性面位置磁通量为零，但磁通量变化率最大，电动势最大．
5．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由题图可知，故
选项A错误；
B．电压表的示数指的是有效值，而最大值是有效值的倍，则示数为220V，选项B错误；
C．电阻消耗的功率
选项C错误；
D．半个周期内电阻产生的焦耳热
选项D正确。
故选D。
6．C
【解析】
【分析】
【详解】
AB．线圈平面与磁场方向平行时开始计时，电流的瞬时值表达式为，则电流的最大值为
电流的有效值为
线圈消耗的电功率为
AB错误；
C．任意时刻穿过线圈的磁通量为
感应电动势的最大值为
根据公式
得
可得任意时刻穿过线圈的磁通量为
C正确；
D．任意时刻线圈中的感应电动势为
D错误。
故选C。
7．B
【解析】
【详解】
根据u=220sin(100πt)V可得2πf=100π，解得f=50Hz，故A错误；原副线圈磁通量变化率相等，根据可得，副线圈中磁通量变化率的最大值为，故B正确；该电容器的耐压值为最大值，即为，故C错误；电动机两端电压：，若EF之间接阻值是10Ω的纯电阻，则消耗的功率为10W，因若EF之间接阻值是10Ω的电动机，则电动机输入的功率不等于10W，选项D错误.
8．B
【解析】
【详解】
A．图示位置，线框的输出电压为
故A错误；
B．根据理想变压器变压规律可知R2两端电压为
流过定值电阻R2的电流为
故B正确；
C．矩形线框的输出功率为
故C错误；
D．定值电阻R1消耗的电功率与理想变压器的输出功率之比为
故D错误。
故选B。
9．D
【解析】
【分析】
【详解】
由有效值概念知，一个周期内产生的热量
可得
故D正确，ABC错误。
故选D。
10．D
【解析】
【详解】
A．次级电流有效值为
原、副线圈匝数之比为10∶1，可知初级电流为I1=0.2A，选项A错误；
B．变压器的输入功率与输出功率相等，选项B错误；
C．变压器原、副线圈共用相同的铁芯，则磁通量的变化率相等，选项C错误；
D．变压器输入电压为
电源输出电压瞬时值的表达式
选项D正确。
故选D。
11．B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生正弦式交流电；中性面时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，各边不切割磁感线，感应电动势为零，感应电流为零；故A错误，B正确；
C．当线圈平面与中性面垂直时，线圈平面与磁感线平行，此时磁通量最小为零，而感应电动势最大，故C错误；
D．每当线圈经过中性面时，感应电流的方向一定会改变一次；在一个周期内交流电的方向会改变两次，故D错误；
故选B。
12．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由变压器规律可知，电压表的示数为
A错误；
BC．由于电阻和的功率相等，有
得
中电流为
又示数为，由变压器规律可知流过变压器原线圈的电流为
可得电流表的示数为
BC错误；
D．输入端输入电压的最大值为，则有效值，所以电阻
正确。
故选D。
13．ABD
【解析】
【详解】
A. 由交流电u=6sin314t(V)，可知ω=314rad/s,由T=2π/ω=0.02s，故A正确；
B. 由题电压的最大值Um=6V.有效值U=Um=6V，可以使额定电压为6 V的小灯泡接在此电源上，正常发光．故B正确，C错误；
D. 使用此交流电时，耐压6 V的电容器不能直接接在此电源上，因为最大值超过6V.故D正确．
故选ABD
点睛：由交流电的表达式可知角速度，从而求出频率与周期，由正弦交流电压最大值求出电压的有效值，判断灯泡能否正常发光．电容器的耐压值是电容器能够承受的交流电的最大值．
14．BD
【解析】
【详解】
由图象可知其周期为T=2s，所以频率为f=1/T=0.5Hz，故A错误；根据图象可知，设交流电的有效值为I，根据电流的热效应得：，代入数据解得：I=2.5A，故B正确；根据焦耳定律得在0～2s内电阻产生的焦耳热为：Q=I2RT=（2.5）2×10×2J=250J，故C错误．根据得在2～4s内通过该电阻的电荷量为：q=I2t-I1t=4×1-3×1C=1C，故D正确；故选BD.
15．BD
【解析】
【分析】
【详解】
AB．由理想变压器原线圈中的输入电压
u＝Umsint
可知，该交变电流的周期为T，原线圈中的输入电压的有效值为
U1＝
电压表V1的示数为，选项A错误，B正确。
CD．闭合开关S，两个电阻并联，其等效电阻的阻值减小，因输出电压不变，则U2不变，I2变大，输出功率增大，根据变压器的输出功率决定输入功率可知，输入功率增大，因输入电压的有效值不变，则输入电流增大，即I1变大，选项D正确，C错误。
故选BD。
16． 错误 错误 错误 正确
【解析】
略
17． 输电线上的电损 少
【解析】
【详解】
[1] 我们采用高压输电的原因是为了降低输电线上的电损。
[2]根据
可知升压变压器的原线圈的匝数比副线圈的线圈匝数少。
18． 三 6 0.66
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]空调工作时应选下图中三孔插座。
(2)[2]空调正常制冷时工作电流为
[3]连续正常制冷30min消耗的电能
19． 220 50
【解析】
【详解】
由图象可知电压最大值为311V，周期为0.02s，所以频率为=50Hz，，电压有效值为.
【点睛】本题考查了交流电的峰值和有效值的关系，要会从图象中获取有用的物理信息．
20．(1) ，由a到b ；(2)
【解析】
【详解】
(1)根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律，有
所以
根据楞次定律知，通过的电流方向为由a到b；
(2)S断开后，则通过的电荷量为S断开前电容器C所带的电荷量
解得
21．（1）BS；（2）；（3）；（4）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）图示位置磁通量为，转过磁通量为，整个过程磁通量的变化为
（2）根据法拉第电磁感应定律得，平均感应电动势为
又
解得，平均感应电动势为
（3）根据公式，可得通过电阻的电量为
可得
（4）电流的有效值为
又
电阻所产生的焦耳热为
解得
22．(1)1 V　　(2)0.4V（或0.57 V）
【解析】
【详解】
（1）感应电动势的最大值为：Em=NBSω=100×0.5×0.12×2V=1V．
（2）交流电压表的示数为外电路电压的有效值，即为：
23．（1） （2）π2J（3）4N
【解析】
【详解】
（1）
感应电动势的表达式
（2）
产生的热量：
（3）Bab=B0+x1 Bcd=B0+x1+l1
E= Bl2v=2V
方向：水平向右（或沿x轴正方向）
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页