3.2 交变电流的描述
一、单选题
1.如图所示的各图像中表示交变电流的是( )
A.B.
C.D.
2.家庭电路中交流电压随时间变化的规律为,则该电压的( )
A.最大值是220V B.有效值是220V
C.周期是100s D.频率是100Hz
3.一矩形线圈,在匀强磁场中绕垂直磁感线的转轴匀速转动,形成如图所示的交变电动势图象,根据图象提供的信息,以下说法正确的是( )
A.线圈转动的角速度为 rad/s
B.电动势的有效值为20 V
C.t=1.0×10-2 s时,线圈平面和磁场方向的夹角为45°
D.t=1.5×10-2 s时,穿过线圈平面的磁通量最大
4.如图甲所示,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。产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.时,金属线框平面与磁感线平行
B.该交变电流的电动势的有效值为
C.矩形金属线框平面与中性面的夹角为60°时,电动势的瞬时值为
D.该交变电流的电动势的瞬时值表达式为
5.一个10Ω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4840W
D.在交流电变化的半个周期内,电阻产生的焦耳热是96.8J
6.如图甲所示是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,V为交流电压表,电阻。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是( )
A.电压表的示数为
B.线圈转动的角速度为50πrad/s
C.0.01s时线圈平面与磁场方向垂直
D.0.02s时电阻R中电流的方向为
7.如图所示的电路中,电源电压,A、B间接有“220V,440W”的电暖宝、“220V,220W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是( )
A.交流电压表的示数为311V
B.电路要正常工作,保险丝的额定电流不能小于A
C.电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍
D.1min抽油烟机消耗的电能为
二、多选题
8.图甲是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为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示,以下判断正确的是( )
A.线圈转动的角速度为50πrad/s
B.电流表的示数为10A
C.0.01s时线圈平面与磁场方向平行
D.0.02s时电阻R中电流的方向自左向右
9.在同一匀强磁场中,两个相同的矩形金属线圈a、b分别绕线圈平面内且与磁场垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的图象如图所示,则( )
A.线圈a的转速是b的3倍
B.线圈b产生的电动势最大值为10V
C.t=0.01s时,线圈a恰好经过中性面
D.t=0.03s时,线圈b恰好经过中性面
10.如图所示,小型旋转电枢式交流发电机中矩形线圈的电阻r=1 Ω,匝数为10匝,线圈处于匀强磁场中,线圈绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与电路连接,电路中电表均为理想交流电表,滑动变阻器R的最大阻值为4 Ω,滑片P位于滑动变阻器的中点,线圈的转速为10 r/s,闭合开关S,电压表的示数为4 V,电流表的示数为0.5 A,则下列说法正确的是( )
A.从图示时刻开始,线圈中产生的电动势瞬时表达式为e=4.5cos2πt(V)
B.灯泡消耗的功率为1.5 W
C.线圈转动过程中,通过线圈的最大磁通量约为1×10-2 Wb
D.滑动变阻器的滑片向左移动,电压表、电流表的示数均变小
11.如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω从中性面开始匀速转动,下列说法中正确的是( )
A.线框转过时,线框中的电流方向为abcda
B.线框中感应电流的有效值为
C.线框转一周过程产生的热量为
D.线框从中性面开始转过过程,通过导线横截面的电荷量为
三、填空题
12.我国照明电路中使用的正弦交流电的周期是______s,频率是______Hz,一秒内交流电的方向改变______次.日常生活中照明电路的电压为220V,该交流电的有效值为________V,最大值为________V.
13.已知交变电流的瞬时值的表达式是i=5sin50πt(A),从t=0到第一次出现最大值的时间是______
14.如图所示电路,当在a、b两端加上直流电压时,L1正常发光,L2不亮;当a、b两端加上同样电压的交变电流时,L1发光亮度变暗,而L2正常发光.则A、B分别为________和________.( 可选择:电阻、电容器、电感线圈 )
四、解答题
15.某一正弦式电流通过一个阻值为的电阻,其热效应与1A的恒定电流在相同时间内通过该电阻所产生的热效应相同。
(1)这个正弦式电流的电压、电流的有效值分别是多少?
(2)这个正弦式电流的电压、电流的峰值分别是多少?
16.某单匝线圈面积s=0.5m2,在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动产生正弦式交流电,电动势随时间变化的函数图像如图所示,试求:
(1)电动势的有效值;
(2)线圈转动的周期;
(3)线圈转动角速度的大小
17.如图所示,匝的矩形线圈,边长,边长,放在磁感应强度的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的轴以的转速匀速转动,线圈电阻,外电路电阻,时线圈平面与磁感线平行,边正转出纸外、边转入纸里。求:
(1)感应电动势的瞬时值表达式;
(2)从图示位置转过的过程中流过电阻的电荷量;
(3)此后t0=1min内,电阻R上产生的热量。
18.某同学设计了如图所示的实验电路图来观察电阻、电容、电感三个电器元件对直流和交流电路的影响,其中三个小灯泡、、是相同的,S为双刀双掷开关。
(1)为了观察三个电器元件对直流电路的影响,要怎样操作开关?
(2)为了观察三个电器元件对交流电路的影响要怎样操作开关?
试卷第1页,共3页
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.B
【解析】
【详解】
AB.根据交流电压随时间变化的表达式 ,可知该电压的最大值为
有效值为
A错误B正确;
CD.根据交流电压随时间变化的表达式可知, ,可得周期为
频率为
CD错误。
故选B。
3.A
【详解】
A.由题知,周期T=6.0×10-2 s,则角速度
A正确;
B.由题知,电动势的最大值Em=20V,则电动势的有效值
E=≈14.1 V
B错误;
C.根据
θ=ωt=t
将t=1.0×10-2 s代入该式,解得,这是线圈从中性面开始转过的夹角,故线圈平面和磁场方向的夹角为30°,C错误;
D.t=1.5×10-2 s时,线圈平面与磁场平行,穿过线圈平面的磁通量最小,D错误。
故选A。
4.A
【解析】
【详解】
A.时,金属线框产生的感应电动势最大,则金属线框平面与磁感线平行,A正确;
B.该交变电流的电动势的有效值为
B错误;
C.由题图乙可知,矩形金属线框平面与中性面的夹角为60°时,电动势的瞬时值为
C错误;
D.由题图乙可知,该交变电流的电动势的瞬时值表达式为
D错误。
故选A。
5.C
【解析】
【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正确;
D.半个周期内电阻产生的焦耳热
选项D错误。
故选C。
6.D
【详解】
A.电压表的示数为
A错误;
B.线圈转动的角速度为
B错误;
C.根据图像,0.01s时电流强度最大,线圈平面与磁场方向平行,C错误;
D.根据图像,0.02s时电阻R中电流正最大,与 时刻的电流相同,根据题意,从图示位置开始计时,且线圈沿逆时针方向匀速转动,根据右手定则,电阻R中的方向为,D正确;
故选D。
7.D
【详解】
A.交流电压表的示数为有效值为
故A错误;
B.由公式
知电路要正常工作,干路中电流为3A,所以保险丝的额定电流不能小于3A,故B错误;
C.电暖宝是纯电阻,而抽油烟机是非纯电阻,故C错误;
D.1min抽油烟机消耗的电能为
故D正确;
故选D。
8.CD
【详解】
A.由题图乙可知交流电的角速度为
故A错误;
B.由题图乙可知交流电电流的最大值是,则有效值为
电流表的示数为10A,故B错误;
C.0.01s时线圈中的感应电流达到最大,感应电动势最大,则穿过线圈的磁通量变化最快,磁通量为0,故线圈平面与磁场方向平行,故C正确;
D.由楞次定律可判断出0.02s时流过电阻的电流方向自左向右,故D正确。
故选CD。
9.BD
【解析】
【详解】
A.由图可知
由线圈a、b的转速之比为3:2,故A错误;
B.由于最大感应电动势为
由图像可知,a线圈最大感应电动势为15V,则b线圈最感应电动势为10V,
故B正确;
C.由图像可知,t=0.01s时,线圈a中感应电动势最大,则此时线圈a位于垂直中性面位置,故C错误;
D.t=0.03s时,线圈b中感应电动势为0,则此时线圈b恰好经过中性面,故D正确。
故选BD。
10.BC
【解析】
【详解】
A.由题可知,电源的电动势有效值
E=U+Ir=4 V+0.5×1 V=4.5 V
所以电动势最大值为
Em=E=V
则从图示位置开始计时,线圈中产生的电动势瞬时值表达式为
e=Emcos 2πnt=cos 20πt(V)
故A错误;
B.滑动变阻器两端的电压为
UR=IR=0.5×2 V=1 V
因此灯泡两端的电压
UL=U-UR=4 V-1 V=3 V
灯泡消耗的功率为
P=ULI=1.5 W
故B正确;
C.由
Em=NBSω=NBS·2πn
Φm=BS
得,通过线圈的最大磁通量
Φm==Wb≈0.01 Wb
故C正确;
D.滑动变阻器的滑片向左移动时,其接入电路的电阻变大,电路中电流减小,电流表的示数减小,电源的内电压减小,输出电压增大,则电压表示数增大,故D错误。
故选BC。
11.BD
【详解】
A.根据楞次定律可知线框中的电流方向为adcba,A错误;
B.线圈转动过程中感应电动势的最大值为
Em=BSω
感应电压的有效值为
则线框中感应电流的有效值为
B正确;
C.线框转一周的过程中,产生的热量为
故C错误;
D.线框从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量为
D正确。
故选BD。
12. 0.02 50 100 220 220V
【解析】
【详解】
我国照明电路中使用的正弦交流电的周期是0.02s,频率是50Hz,一个周期内电流的方向改变2次,则一秒内交流电的方向改变100次.日常生活中照明电路的电压为220V,该交流电的有效值为220V,最大值为220V.
13.0.01s
【解析】
【详解】
交变电流瞬时表达式i=5sin50πt(A),角频率为,则周期为
由于是正弦式交变电流,从线圈经过中性面开始计时的,在时刻第一次出现电流峰值,则从t=0到第一次出现最大值的时间是0.01s.
14. 电感线圈 电容器
【解析】
【详解】
电感线圈的作用是通直流阻交流,电容的作用是通交流隔直流.由题意叙述A应为电感线圈、B为电容器
15.(1),;(2),
【详解】
(1)某一正弦式电流流过阻值为的电阻产生的热量,与1A的恒定电流流过该电阻所产生的热量相等,则根据电流热效应可知,该交变电流的电流有效值
根据欧姆定律可知,电阻两端电压
则该正弦式交变电流的电压有效值。
(2)根据正弦式交变电流的有效值和最大值可知,正弦式交变电流的电压峰值
电流峰值
16.(1)100V;(2)0.04s;(3)50πrad/s
【解析】
【详解】
(1)由e-t图象得到最大值Em=100V,
电动势的有效值
.
(2)由e-t图象得到周期T=0.04s.
(3)根据得线圈转动角速度的大小
17.(1);(2)0.1C;(3)2.7×104 J
【详解】
(1)由题意可知
所以,可得最大感应电动势为
则感应电动势的瞬时值表达式为
(2)线圈由如图位置转过的过程中
由公式可得,通过R的电量为
(3)根据电动势的有效值与最大值的关系可得
根据热量的公式,可得1min内外电阻R产生的热量Q为
18.(1)闭合单刀开关S1、S2、S3,把双刀双掷开关S扳到a、b一边,将低压直流电源接入电路,观察三只小灯泡的亮度;
(2)将双刀双掷开关S扳到c、d一边,将低压交流电源接入电路,观察三只小灯泡亮度的变化,将单刀开关S2闭合观察亮度的变化。
【详解】
(1)闭合单刀开关S1、S2、S3,把双刀双掷开关S扳到a、b一边,将低压直流电源接入电路,观察三只小灯泡的亮度。
(2)将双刀双掷开关S扳到c、d一边,将低压交流电源接入电路,观察三只小灯泡亮度的变化,将单刀开关S2闭合观察亮度的变化。
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