3.1交变电流的特点-2021-2022学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 3.1交变电流的特点-2021-2022学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册（word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 307.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-02 09:32:24 | ||
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文档简介
2021-2022学年（下）高二年物理《选择性必修二》物理
3.1 交变电流的特点
一．单项选择题
下列四个电流的图象中，不属于交变电流的是
A B C D
有一交变电流如图所示，则由此图像可知
A．它的周期是1.0 s B．它的峰值是4 A
C．它的有效值是2 A D．它的频率是0.8 Hz
在相同的时间内，某正弦式交变电流通过一阻值为100 Ω的电阻产生的热量，与一电流为3 A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则
A．此交变电流的有效值为3 A，最大值为3 A
B．此交变电流的有效值为3 A，最大值为6 A
C．电阻两端的交流电压的有效值为100 V，最大值为100 V
D．电阻两端的交流电压的有效值为300 V，最大值为600 V
三个相同的电阻分别接入电压为Um的恒压电路，电压峰值为Um、频率为f的正弦交流电路，电压峰值为Um、频率为2f的正弦交流电路中，在相同时间内三个电阻上产生的热量之比为
A．1∶1∶1 B．1∶1∶2 C．2∶1∶1 D．4∶2∶1
一束重力不计的带电粒子沿着通有交流电的螺线管的轴线射入管内，则粒子在管内的运动状态是
A．往复运动 B．匀速直线运动
C．匀加速直线运动 D．匀速圆周运动
如图，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下.一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动.线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是
二、多项选择题
关于交变电流下列说法正确的是
A．照明电压220V、动力电压380V指的都是有效值
B．用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值
C．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下是指有效值
D．保险丝的额定电流、电容器的击穿电压是交变电流的最大值
如图所示为一正弦交变电压随时间变化的图象，由图可知
A．交流电的频率为2Hz
B．交变电压的有效值为220V
C．用电压表测量该交变电压时，读数为220V
D．将它加在电容器上时，电容器耐压值必须等于311V
一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图．则
A．该交变电流每秒内电流方向改变50次
B．该交变电流的频率为25 Hz
C．该交变电流的电压的有效值为100 V
D．若将该交变电流压加在阻值为R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W
电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω。合上开关S后，通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。则
A．R1两端的电压有效值是0.6 V
B．电流表的读数为0.6A
C．通过R2的电流最大值是6 A
D．R2两端的电压最大值是12 V
如图所示，水平放置的两组光滑轨道上分别放有可自由移动的金属棒PQ和MN，并且分别放置在磁感应强度为B1和B2的匀强磁场中，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是
A．向左加速运动
B．向右加速运动
C．向右减速运动
D．向右匀速运动
三、非选择题
(1) 一个灯泡，上面写着“220V 40W”．当它正常工作时，通过灯丝电流的峰值是______A;
(2) 两个相同的电阻，分别通以如图所示的正弦式交变电流和方波式交变电流，两种交变电流的最大值相等，周期相等．则在一个周期内，正弦式交变电流在电阻上产生的焦耳热Q1与方波式交变电流在电阻上产生的焦耳热Q2之比为___________
(
甲
)如图所示，图甲为交变电压波形、图乙为直流电流波形，分别求交变电压的有效值和直流电流的有效值.
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abcd共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，（产生正弦式交流电）角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω，求：
(1)图示位置(线圈平面与磁感线平行)的瞬时感应电动势；
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过90°角时的瞬时感应电动势；
(3)由图示位置转过90°角的过程中产生的平均感应电动势；
(4)线圈转过90°角的过程中，通过R的电荷量是多少？
(5)线圈转过90°角的过程中，通过R的产生的焦耳热多少？
15．如图甲，倾角为θ的光滑斜面固定在地面上，空间存在垂直斜面向上的匀强磁场，直线L1和L2为磁场的上、下边界，磁场的磁感强度B随时间t变化的规律如图乙所示。质量为m、电阻为R的单匝矩形线框abcd有一半处在磁场中，0~t0时间内线框在外力作用下处于静止状态，t0时刻撤去外力，线框沿斜面向下运动，线框离开磁场前已经做匀速运动，ab=l，bc=2l，L1和L2之间的距离为x0，重力加速度为g。求∶
（1）0~t0时间内，线框中的电流I1的大小和方向；
（2）t=0时线框所受到的外力F外的大小
（3）线框从开始运动到离开磁场，线框中产生的热量Q。
参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
答案 D B A C B D AC BC BD BD AC
4．产热与频率无关仅与有效值有关，因此
5．螺线管轴线处，磁感线沿轴线，速度平行于磁感应强度，因此无论磁场强度大小如何变化，均不受洛伦兹力作用。
7．B选项，电表读数均为有效值，D选项，保险丝主要工作原理是电流的热效应，因此其额定电流是指有效值，电容器的击穿电压是最大值
11．【答案】AC
【解析】
【详解】
根据安培定则可知，MN处于垂直纸面向里的磁场中，MN在磁场力作用下向右运动，说明MN受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由M指向N，L2中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，L1线圈中电流的磁场应该是向上减弱，或向下增强。
若L1中磁场方向向上减弱，根据安培定则可知PQ中电流方向为Q→P且减小，根据右手定则可知PQ向右减速运动；若L1中磁场方向向下增强，根据安培定则可知PQ中电流方向为P→Q且增大，根据右手定则可知PQ向左加速运动。
故选AC。
12． 1：2
13．①交流电压一个周期内发热： 等效于恒定电压：
解得：
直流电流：前半个周期发热与正弦式交流电相同，后半个周期发热为0
等效于恒定电流：
解得：
14．
(1) ad和bc边同时切割磁感线，产生的电动势叠加，同时每匝线圈产生的电动势也是叠加因此
ad和bc边切割的速度：
解得：
(2)90°时，不切割磁感线，因此
(3) 根据法拉第电磁感应定律：
周期：
解得：
(4)
解得：
(5)对于正弦式交流电
解得：
15．【答案】（1），沿逆时针方向；（2）；（3）
【解析】
【详解】
（1）根据法拉第电磁感应定律有
其中
又
解得
电流沿逆时针方向或者沿abcda方向；
（2）t=0时安培力大小为
线框静止
所以
（3）匀速运动时线框受到的合力为零，设安培力大小为F2，有
又
解得
由能量守恒得
解得
3.1 交变电流的特点
一．单项选择题
下列四个电流的图象中，不属于交变电流的是
A B C D
有一交变电流如图所示，则由此图像可知
A．它的周期是1.0 s B．它的峰值是4 A
C．它的有效值是2 A D．它的频率是0.8 Hz
在相同的时间内，某正弦式交变电流通过一阻值为100 Ω的电阻产生的热量，与一电流为3 A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则
A．此交变电流的有效值为3 A，最大值为3 A
B．此交变电流的有效值为3 A，最大值为6 A
C．电阻两端的交流电压的有效值为100 V，最大值为100 V
D．电阻两端的交流电压的有效值为300 V，最大值为600 V
三个相同的电阻分别接入电压为Um的恒压电路，电压峰值为Um、频率为f的正弦交流电路，电压峰值为Um、频率为2f的正弦交流电路中，在相同时间内三个电阻上产生的热量之比为
A．1∶1∶1 B．1∶1∶2 C．2∶1∶1 D．4∶2∶1
一束重力不计的带电粒子沿着通有交流电的螺线管的轴线射入管内，则粒子在管内的运动状态是
A．往复运动 B．匀速直线运动
C．匀加速直线运动 D．匀速圆周运动
如图，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下.一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动.线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是
二、多项选择题
关于交变电流下列说法正确的是
A．照明电压220V、动力电压380V指的都是有效值
B．用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值
C．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下是指有效值
D．保险丝的额定电流、电容器的击穿电压是交变电流的最大值
如图所示为一正弦交变电压随时间变化的图象，由图可知
A．交流电的频率为2Hz
B．交变电压的有效值为220V
C．用电压表测量该交变电压时，读数为220V
D．将它加在电容器上时，电容器耐压值必须等于311V
一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图．则
A．该交变电流每秒内电流方向改变50次
B．该交变电流的频率为25 Hz
C．该交变电流的电压的有效值为100 V
D．若将该交变电流压加在阻值为R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W
电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω。合上开关S后，通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。则
A．R1两端的电压有效值是0.6 V
B．电流表的读数为0.6A
C．通过R2的电流最大值是6 A
D．R2两端的电压最大值是12 V
如图所示，水平放置的两组光滑轨道上分别放有可自由移动的金属棒PQ和MN，并且分别放置在磁感应强度为B1和B2的匀强磁场中，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是
A．向左加速运动
B．向右加速运动
C．向右减速运动
D．向右匀速运动
三、非选择题
(1) 一个灯泡，上面写着“220V 40W”．当它正常工作时，通过灯丝电流的峰值是______A;
(2) 两个相同的电阻，分别通以如图所示的正弦式交变电流和方波式交变电流，两种交变电流的最大值相等，周期相等．则在一个周期内，正弦式交变电流在电阻上产生的焦耳热Q1与方波式交变电流在电阻上产生的焦耳热Q2之比为___________
(
甲
)如图所示，图甲为交变电压波形、图乙为直流电流波形，分别求交变电压的有效值和直流电流的有效值.
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abcd共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，（产生正弦式交流电）角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω，求：
(1)图示位置(线圈平面与磁感线平行)的瞬时感应电动势；
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过90°角时的瞬时感应电动势；
(3)由图示位置转过90°角的过程中产生的平均感应电动势；
(4)线圈转过90°角的过程中，通过R的电荷量是多少？
(5)线圈转过90°角的过程中，通过R的产生的焦耳热多少？
15．如图甲，倾角为θ的光滑斜面固定在地面上，空间存在垂直斜面向上的匀强磁场，直线L1和L2为磁场的上、下边界，磁场的磁感强度B随时间t变化的规律如图乙所示。质量为m、电阻为R的单匝矩形线框abcd有一半处在磁场中，0~t0时间内线框在外力作用下处于静止状态，t0时刻撤去外力，线框沿斜面向下运动，线框离开磁场前已经做匀速运动，ab=l，bc=2l，L1和L2之间的距离为x0，重力加速度为g。求∶
（1）0~t0时间内，线框中的电流I1的大小和方向；
（2）t=0时线框所受到的外力F外的大小
（3）线框从开始运动到离开磁场，线框中产生的热量Q。
参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
答案 D B A C B D AC BC BD BD AC
4．产热与频率无关仅与有效值有关，因此
5．螺线管轴线处，磁感线沿轴线，速度平行于磁感应强度，因此无论磁场强度大小如何变化，均不受洛伦兹力作用。
7．B选项，电表读数均为有效值，D选项，保险丝主要工作原理是电流的热效应，因此其额定电流是指有效值，电容器的击穿电压是最大值
11．【答案】AC
【解析】
【详解】
根据安培定则可知，MN处于垂直纸面向里的磁场中，MN在磁场力作用下向右运动，说明MN受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由M指向N，L2中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，L1线圈中电流的磁场应该是向上减弱，或向下增强。
若L1中磁场方向向上减弱，根据安培定则可知PQ中电流方向为Q→P且减小，根据右手定则可知PQ向右减速运动；若L1中磁场方向向下增强，根据安培定则可知PQ中电流方向为P→Q且增大，根据右手定则可知PQ向左加速运动。
故选AC。
12． 1：2
13．①交流电压一个周期内发热： 等效于恒定电压：
解得：
直流电流：前半个周期发热与正弦式交流电相同，后半个周期发热为0
等效于恒定电流：
解得：
14．
(1) ad和bc边同时切割磁感线，产生的电动势叠加，同时每匝线圈产生的电动势也是叠加因此
ad和bc边切割的速度：
解得：
(2)90°时，不切割磁感线，因此
(3) 根据法拉第电磁感应定律：
周期：
解得：
(4)
解得：
(5)对于正弦式交流电
解得：
15．【答案】（1），沿逆时针方向；（2）；（3）
【解析】
【详解】
（1）根据法拉第电磁感应定律有
其中
又
解得
电流沿逆时针方向或者沿abcda方向；
（2）t=0时安培力大小为
线框静止
所以
（3）匀速运动时线框受到的合力为零，设安培力大小为F2，有
又
解得
由能量守恒得
解得