2022—2023学年物理人教2019选择性必修第二册第3章 交变电流课后习题（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 2022—2023学年物理人教2019选择性必修第二册第3章 交变电流课后习题（word版含答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-07-01 12:41:03 | ||
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文档简介
2022—2023学年物理人教2019选择性必修第二册第3章 交变电流课后习题有答案
人教2019选择性必修第二册第3章 交变电流
一、选择题。
1、如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动。磁场的磁感应强度B＝×10－2 T，线圈的面积S＝0.02 m2，匝数N＝400匝，线圈总电阻r＝2 Ω，线圈的两端经集流环和电刷与R＝8 Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，线圈的转速n＝ r/s。在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是( )
A．交流发电机产生的电动势随时间的变化关系是e＝8sin 100t(V)
B．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C．从t＝0时刻开始线圈平面转过30°的过程中，通过电阻的电量约为5.6×10－3 C
D．此时线圈磁通量的变化率为0.08 Wb/s
2、如图所示，当单匝矩形线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕着垂直于磁场的轴匀速转动时，额定电压为U的小灯泡正常发光。已知线圈的电阻为r，面积为S，小灯泡正常发光时的电阻为R，其他电阻可忽略不计，则下列说法中正确的是( )
A．线圈中产生的感应电动势的最大值为U
B．线圈中产生的感应电动势的最大值为
C．从中性面开始计时，通过小灯泡的电流的瞬时值表达式为i＝sin t
D．从中性面开始计时，通过小灯泡的电流的瞬时值表达式为i＝sin t
3、（双选）如图所示，变压器原线圈两端接正弦交变电流，电流表A和电压表V均为理想交流电表，L为小灯泡，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，P、Q分别为滑动变阻器和副线圈上的滑动触头，二者都有一定的调节范围。若只调节P或者只调节Q，使电流表示数增大，则还可能同时观察到的现象是( )
A．电压表示数增大，小灯泡L变亮
B．电压表示数增大，小灯泡L变暗
C．电压表示数减小，小灯泡L变亮
D．电压表示数减小，小灯泡L变暗
4、输电线路改造前，傍晚时分家里的灯光昏暗，夜深人静时灯光变得亮一些。如图所示是家庭电路的简图，设家庭电路电压为220 V不变，两条输电线电阻分别为r(电阻较小)。下列说法正确的是( )
A.傍晚时分，用电器个数增多，输电线上损耗的电压变大
B．夜深人静时，用电器个数减少，输电线上损耗的功率变大
C．想要减小输电线上电能的损耗，可以换细一点的输电线
D．想要减小输电线上电能的损耗，可以把铜质输电线换成镍铜合金线
5、在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd。线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合。线圈平面与磁场方向垂直。从t＝0时刻起，线圈以恒定角速度ω＝ 绕cd边沿如图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图像为( )
6、某家用电路如图所示，A、B间接有保险丝、交流电压表、“220 V 880 W”的电饭锅及“220 V 220 W”的抽油烟机。现接入电压u＝311sin(100πt) V的交流电，以下说法正确的是( )
A．交流电压表的示数为311 V
B．电饭锅发热功率是抽油烟机发热功率的4倍
C．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于5 A
D.1 min内抽油烟机和电饭锅消耗的电能共为6.6×103 J
7、某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成，发电机中矩形线圈所围成的面积为S，匝数为N，电阻不能忽略，它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动，矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示输电线的电阻，以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是( )
A.发电机线圈某时刻处于图示位置时通过线圈的磁通量变化率为零
B．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式e＝NBSωsin ωt
C．当用户数目增多时，应将滑动触头向上移动
D．当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将降低
8、照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是因为此时( )
A．总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就小
B．总电阻比深夜时大，干路电流小，每一支路的电流就小
C．总电阻比深夜时小，干路电流大，输电线上损失的电压大
D．干路电流一定，支路比深夜时多分去了一部分电流
9、矩形线圈的匝数为50，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，下列结论正确的是( )
A．在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，电动势最大
B．在t＝0.2 s和t＝0.4 s时，电动势改变方向
C．电动势的最大值是157 V
D．在t＝0.4 s时，磁通量的变化率为零
10、如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则
( )
A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面垂直
B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz
D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
11、图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝22∶3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1＝10 Ω、R2＝5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A.1 Ω B．5 Ω C．6 Ω D．8 Ω
12、小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器T1升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器T2，经降低电压后再输送至各用户。设T1、T2都是理想变压器，那么在用电高峰期，随用电器电功率的增加将导致( )
A.升压变压器初级线圈中的电流变小
B．升压变压器次级线圈两端的电压变小
C．高压输电线路的电压损失变大
D．降压变压器次级线圈两端的电压变大
二、计算类题。
13、【计算类综合题】如图所示，在匀强磁场中有一个“”形单匝导线框可绕AB轴转动，AB轴与磁场方向垂直，已知匀强磁场的磁感应强度B＝ T，导线框的CD边长为20 cm，CE、DF长均为10 cm，转速为50 r/s。从图示位置开始计时。
(1)写出导线框中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)用e t坐标系作出导线框中感应电动势随时间变化的图像。
14、如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为l1，宽度为l2，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t＝0时刻线圈平面与磁感线平行。
(1)表示出线圈经过图示位置时通过电阻R的感应电流的方向；
(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式；
(3)求线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势；
(4)交流电压表的示数(最终结果用表达式表示即可)；
(5)由图示位置转过90°角过程中通过电阻R的电荷量为多少？
15、【计算题】如图所示，有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220 V，则输出电压是多少？
16、【计算题】如图1所示，一个小型水力发电站，发电机输出电压U0＝315 V，内电阻可以忽略不计，最大输出功率为Pm＝30 kW，它通过总电阻r线＝2.0 Ω的输电线直接向远处的居民区供电，设居民区所有用电器都是额定电压U用＝220 V的白炽灯，额定总功率为P用＝22 kW，不计灯丝电阻随温度的变化。试求：
(1)当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的实际电压是多少伏？发电机实际输出的电功率多大？
(2)若采用高压输电，在发电机端用升压变压器，在用户端用降压变压器，且不计变压器和用户线路的损耗，如图2所示已知用户变压器的降压比为40∶1。当全部用户电灯正常发光时，输电线上损耗的功率多大？
2022—2023学年物理人教2019选择性必修第二册第3章 交变电流课后习题有答案
人教2019选择性必修第二册第3章 交变电流
一、选择题。
1、如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动。磁场的磁感应强度B＝×10－2 T，线圈的面积S＝0.02 m2，匝数N＝400匝，线圈总电阻r＝2 Ω，线圈的两端经集流环和电刷与R＝8 Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，线圈的转速n＝ r/s。在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是( )
A．交流发电机产生的电动势随时间的变化关系是e＝8sin 100t(V)
B．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C．从t＝0时刻开始线圈平面转过30°的过程中，通过电阻的电量约为5.6×10－3 C
D．此时线圈磁通量的变化率为0.08 Wb/s
【答案】C
2、如图所示，当单匝矩形线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕着垂直于磁场的轴匀速转动时，额定电压为U的小灯泡正常发光。已知线圈的电阻为r，面积为S，小灯泡正常发光时的电阻为R，其他电阻可忽略不计，则下列说法中正确的是( )
A．线圈中产生的感应电动势的最大值为U
B．线圈中产生的感应电动势的最大值为
C．从中性面开始计时，通过小灯泡的电流的瞬时值表达式为i＝sin t
D．从中性面开始计时，通过小灯泡的电流的瞬时值表达式为i＝sin t
【答案】C
3、（双选）如图所示，变压器原线圈两端接正弦交变电流，电流表A和电压表V均为理想交流电表，L为小灯泡，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，P、Q分别为滑动变阻器和副线圈上的滑动触头，二者都有一定的调节范围。若只调节P或者只调节Q，使电流表示数增大，则还可能同时观察到的现象是( )
A．电压表示数增大，小灯泡L变亮
B．电压表示数增大，小灯泡L变暗
C．电压表示数减小，小灯泡L变亮
D．电压表示数减小，小灯泡L变暗
【答案】A、B
4、输电线路改造前，傍晚时分家里的灯光昏暗，夜深人静时灯光变得亮一些。如图所示是家庭电路的简图，设家庭电路电压为220 V不变，两条输电线电阻分别为r(电阻较小)。下列说法正确的是( )
A.傍晚时分，用电器个数增多，输电线上损耗的电压变大
B．夜深人静时，用电器个数减少，输电线上损耗的功率变大
C．想要减小输电线上电能的损耗，可以换细一点的输电线
D．想要减小输电线上电能的损耗，可以把铜质输电线换成镍铜合金线
【答案】A
5、在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd。线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合。线圈平面与磁场方向垂直。从t＝0时刻起，线圈以恒定角速度ω＝ 绕cd边沿如图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图像为( )
【答案】B
6、某家用电路如图所示，A、B间接有保险丝、交流电压表、“220 V 880 W”的电饭锅及“220 V 220 W”的抽油烟机。现接入电压u＝311sin(100πt) V的交流电，以下说法正确的是( )
A．交流电压表的示数为311 V
B．电饭锅发热功率是抽油烟机发热功率的4倍
C．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于5 A
D.1 min内抽油烟机和电饭锅消耗的电能共为6.6×103 J
【答案】C
7、某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成，发电机中矩形线圈所围成的面积为S，匝数为N，电阻不能忽略，它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动，矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示输电线的电阻，以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是( )
A.发电机线圈某时刻处于图示位置时通过线圈的磁通量变化率为零
B．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式e＝NBSωsin ωt
C．当用户数目增多时，应将滑动触头向上移动
D．当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将降低
【答案】C
8、照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是因为此时( )
A．总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就小
B．总电阻比深夜时大，干路电流小，每一支路的电流就小
C．总电阻比深夜时小，干路电流大，输电线上损失的电压大
D．干路电流一定，支路比深夜时多分去了一部分电流
【答案】C
9、矩形线圈的匝数为50，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，下列结论正确的是( )
A．在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，电动势最大
B．在t＝0.2 s和t＝0.4 s时，电动势改变方向
C．电动势的最大值是157 V
D．在t＝0.4 s时，磁通量的变化率为零
【答案】C
10、如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则
( )
A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面垂直
B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz
D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
【答案】C
11、图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝22∶3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1＝10 Ω、R2＝5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A.1 Ω B．5 Ω C．6 Ω D．8 Ω
【答案】A
12、小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器T1升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器T2，经降低电压后再输送至各用户。设T1、T2都是理想变压器，那么在用电高峰期，随用电器电功率的增加将导致( )
A.升压变压器初级线圈中的电流变小
B．升压变压器次级线圈两端的电压变小
C．高压输电线路的电压损失变大
D．降压变压器次级线圈两端的电压变大
【答案】C
二、计算类题。
13、【计算类综合题】如图所示，在匀强磁场中有一个“”形单匝导线框可绕AB轴转动，AB轴与磁场方向垂直，已知匀强磁场的磁感应强度B＝ T，导线框的CD边长为20 cm，CE、DF长均为10 cm，转速为50 r/s。从图示位置开始计时。
(1)写出导线框中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)用e t坐标系作出导线框中感应电动势随时间变化的图像。
【答案】(1)e＝10cos(100πt) V (2)见解析图。
【解析】(1)导线框平面与磁感线平行时开始计时，在t时刻线框转过的角度为ωt，
此时，e＝Bl1l2ωcos ωt，
即e＝BSωcos ωt。
其中B＝ T，
S＝0.1×0.2 m2＝0.02 m2，
ω＝2πn＝2π×50 rad/s＝100π rad/s，
故e＝×0.02×100πcos(100πt) V
＝10cos (100πt) V。
(2)导线框中感应电动势随时间变化的图像如图所示
14、如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为l1，宽度为l2，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t＝0时刻线圈平面与磁感线平行。
(1)表示出线圈经过图示位置时通过电阻R的感应电流的方向；
(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式；
(3)求线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势；
(4)交流电压表的示数(最终结果用表达式表示即可)；
(5)由图示位置转过90°角过程中通过电阻R的电荷量为多少？
【答案】(1)向上 (2)e＝nB l1l2ωcos (ωt) V
(3) (4) (5)
【解析】(1)根据右手定则可知，在图示位置时线圈中产生的感应电流的方向为dcba，则通过电阻R的感应电流的方向向上；
(2)最大感应电动势Em＝nBl1l2ω
从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为
e＝nB l1l2ωcos (ωt) V
(3)线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势：
＝n＝n＝
(4)电动势的有效值E＝＝
交流电压表的示数U＝＝
(5)由图示位置转过90°角过程中
＝n＝
q＝Δt＝Δt＝
15、【计算题】如图所示，有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220 V，则输出电压是多少？
【答案】136匝 21 V
【解析】根据变压器的电压与匝数成正比，
可知＝，
解得副线圈的匝数为
n2＝n1＝1 440×≈136，
当输入电压只有220 V时，输出电压为
U′2＝U′1＝220× V≈21 V
16、【计算题】如图1所示，一个小型水力发电站，发电机输出电压U0＝315 V，内电阻可以忽略不计，最大输出功率为Pm＝30 kW，它通过总电阻r线＝2.0 Ω的输电线直接向远处的居民区供电，设居民区所有用电器都是额定电压U用＝220 V的白炽灯，额定总功率为P用＝22 kW，不计灯丝电阻随温度的变化。试求：
(1)当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的实际电压是多少伏？发电机实际输出的电功率多大？
(2)若采用高压输电，在发电机端用升压变压器，在用户端用降压变压器，且不计变压器和用户线路的损耗，如图2所示已知用户变压器的降压比为40∶1。当全部用户电灯正常发光时，输电线上损耗的功率多大？
【答案】(1)165 V 23 625 W (2)12.5 W
【解析】(1)由P用＝ eq \f(U,R用) ，
求得用户总的电阻R用＝2.2 Ω，
电路中的电流为I＝＝ A＝75 A
U灯＝IR用＝165 V，P输＝U0I＝23 625 W；
(2)用户的总功率为P用＝U4I4，U4＝220 V
用户的总电流I4＝＝100 A，
根据＝＝
可得输电电流I3＝＝2.5 A，
输电线上损耗的功率P损＝Ir线＝12.5 W。
人教2019选择性必修第二册第3章 交变电流
一、选择题。
1、如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动。磁场的磁感应强度B＝×10－2 T，线圈的面积S＝0.02 m2，匝数N＝400匝，线圈总电阻r＝2 Ω，线圈的两端经集流环和电刷与R＝8 Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，线圈的转速n＝ r/s。在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是( )
A．交流发电机产生的电动势随时间的变化关系是e＝8sin 100t(V)
B．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C．从t＝0时刻开始线圈平面转过30°的过程中，通过电阻的电量约为5.6×10－3 C
D．此时线圈磁通量的变化率为0.08 Wb/s
2、如图所示，当单匝矩形线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕着垂直于磁场的轴匀速转动时，额定电压为U的小灯泡正常发光。已知线圈的电阻为r，面积为S，小灯泡正常发光时的电阻为R，其他电阻可忽略不计，则下列说法中正确的是( )
A．线圈中产生的感应电动势的最大值为U
B．线圈中产生的感应电动势的最大值为
C．从中性面开始计时，通过小灯泡的电流的瞬时值表达式为i＝sin t
D．从中性面开始计时，通过小灯泡的电流的瞬时值表达式为i＝sin t
3、（双选）如图所示，变压器原线圈两端接正弦交变电流，电流表A和电压表V均为理想交流电表，L为小灯泡，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，P、Q分别为滑动变阻器和副线圈上的滑动触头，二者都有一定的调节范围。若只调节P或者只调节Q，使电流表示数增大，则还可能同时观察到的现象是( )
A．电压表示数增大，小灯泡L变亮
B．电压表示数增大，小灯泡L变暗
C．电压表示数减小，小灯泡L变亮
D．电压表示数减小，小灯泡L变暗
4、输电线路改造前，傍晚时分家里的灯光昏暗，夜深人静时灯光变得亮一些。如图所示是家庭电路的简图，设家庭电路电压为220 V不变，两条输电线电阻分别为r(电阻较小)。下列说法正确的是( )
A.傍晚时分，用电器个数增多，输电线上损耗的电压变大
B．夜深人静时，用电器个数减少，输电线上损耗的功率变大
C．想要减小输电线上电能的损耗，可以换细一点的输电线
D．想要减小输电线上电能的损耗，可以把铜质输电线换成镍铜合金线
5、在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd。线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合。线圈平面与磁场方向垂直。从t＝0时刻起，线圈以恒定角速度ω＝ 绕cd边沿如图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图像为( )
6、某家用电路如图所示，A、B间接有保险丝、交流电压表、“220 V 880 W”的电饭锅及“220 V 220 W”的抽油烟机。现接入电压u＝311sin(100πt) V的交流电，以下说法正确的是( )
A．交流电压表的示数为311 V
B．电饭锅发热功率是抽油烟机发热功率的4倍
C．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于5 A
D.1 min内抽油烟机和电饭锅消耗的电能共为6.6×103 J
7、某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成，发电机中矩形线圈所围成的面积为S，匝数为N，电阻不能忽略，它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动，矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示输电线的电阻，以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是( )
A.发电机线圈某时刻处于图示位置时通过线圈的磁通量变化率为零
B．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式e＝NBSωsin ωt
C．当用户数目增多时，应将滑动触头向上移动
D．当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将降低
8、照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是因为此时( )
A．总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就小
B．总电阻比深夜时大，干路电流小，每一支路的电流就小
C．总电阻比深夜时小，干路电流大，输电线上损失的电压大
D．干路电流一定，支路比深夜时多分去了一部分电流
9、矩形线圈的匝数为50，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，下列结论正确的是( )
A．在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，电动势最大
B．在t＝0.2 s和t＝0.4 s时，电动势改变方向
C．电动势的最大值是157 V
D．在t＝0.4 s时，磁通量的变化率为零
10、如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则
( )
A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面垂直
B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz
D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
11、图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝22∶3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1＝10 Ω、R2＝5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A.1 Ω B．5 Ω C．6 Ω D．8 Ω
12、小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器T1升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器T2，经降低电压后再输送至各用户。设T1、T2都是理想变压器，那么在用电高峰期，随用电器电功率的增加将导致( )
A.升压变压器初级线圈中的电流变小
B．升压变压器次级线圈两端的电压变小
C．高压输电线路的电压损失变大
D．降压变压器次级线圈两端的电压变大
二、计算类题。
13、【计算类综合题】如图所示，在匀强磁场中有一个“”形单匝导线框可绕AB轴转动，AB轴与磁场方向垂直，已知匀强磁场的磁感应强度B＝ T，导线框的CD边长为20 cm，CE、DF长均为10 cm，转速为50 r/s。从图示位置开始计时。
(1)写出导线框中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)用e t坐标系作出导线框中感应电动势随时间变化的图像。
14、如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为l1，宽度为l2，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t＝0时刻线圈平面与磁感线平行。
(1)表示出线圈经过图示位置时通过电阻R的感应电流的方向；
(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式；
(3)求线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势；
(4)交流电压表的示数(最终结果用表达式表示即可)；
(5)由图示位置转过90°角过程中通过电阻R的电荷量为多少？
15、【计算题】如图所示，有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220 V，则输出电压是多少？
16、【计算题】如图1所示，一个小型水力发电站，发电机输出电压U0＝315 V，内电阻可以忽略不计，最大输出功率为Pm＝30 kW，它通过总电阻r线＝2.0 Ω的输电线直接向远处的居民区供电，设居民区所有用电器都是额定电压U用＝220 V的白炽灯，额定总功率为P用＝22 kW，不计灯丝电阻随温度的变化。试求：
(1)当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的实际电压是多少伏？发电机实际输出的电功率多大？
(2)若采用高压输电，在发电机端用升压变压器，在用户端用降压变压器，且不计变压器和用户线路的损耗，如图2所示已知用户变压器的降压比为40∶1。当全部用户电灯正常发光时，输电线上损耗的功率多大？
2022—2023学年物理人教2019选择性必修第二册第3章 交变电流课后习题有答案
人教2019选择性必修第二册第3章 交变电流
一、选择题。
1、如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动。磁场的磁感应强度B＝×10－2 T，线圈的面积S＝0.02 m2，匝数N＝400匝，线圈总电阻r＝2 Ω，线圈的两端经集流环和电刷与R＝8 Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，线圈的转速n＝ r/s。在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是( )
A．交流发电机产生的电动势随时间的变化关系是e＝8sin 100t(V)
B．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C．从t＝0时刻开始线圈平面转过30°的过程中，通过电阻的电量约为5.6×10－3 C
D．此时线圈磁通量的变化率为0.08 Wb/s
【答案】C
2、如图所示，当单匝矩形线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕着垂直于磁场的轴匀速转动时，额定电压为U的小灯泡正常发光。已知线圈的电阻为r，面积为S，小灯泡正常发光时的电阻为R，其他电阻可忽略不计，则下列说法中正确的是( )
A．线圈中产生的感应电动势的最大值为U
B．线圈中产生的感应电动势的最大值为
C．从中性面开始计时，通过小灯泡的电流的瞬时值表达式为i＝sin t
D．从中性面开始计时，通过小灯泡的电流的瞬时值表达式为i＝sin t
【答案】C
3、（双选）如图所示，变压器原线圈两端接正弦交变电流，电流表A和电压表V均为理想交流电表，L为小灯泡，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，P、Q分别为滑动变阻器和副线圈上的滑动触头，二者都有一定的调节范围。若只调节P或者只调节Q，使电流表示数增大，则还可能同时观察到的现象是( )
A．电压表示数增大，小灯泡L变亮
B．电压表示数增大，小灯泡L变暗
C．电压表示数减小，小灯泡L变亮
D．电压表示数减小，小灯泡L变暗
【答案】A、B
4、输电线路改造前，傍晚时分家里的灯光昏暗，夜深人静时灯光变得亮一些。如图所示是家庭电路的简图，设家庭电路电压为220 V不变，两条输电线电阻分别为r(电阻较小)。下列说法正确的是( )
A.傍晚时分，用电器个数增多，输电线上损耗的电压变大
B．夜深人静时，用电器个数减少，输电线上损耗的功率变大
C．想要减小输电线上电能的损耗，可以换细一点的输电线
D．想要减小输电线上电能的损耗，可以把铜质输电线换成镍铜合金线
【答案】A
5、在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd。线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合。线圈平面与磁场方向垂直。从t＝0时刻起，线圈以恒定角速度ω＝ 绕cd边沿如图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图像为( )
【答案】B
6、某家用电路如图所示，A、B间接有保险丝、交流电压表、“220 V 880 W”的电饭锅及“220 V 220 W”的抽油烟机。现接入电压u＝311sin(100πt) V的交流电，以下说法正确的是( )
A．交流电压表的示数为311 V
B．电饭锅发热功率是抽油烟机发热功率的4倍
C．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于5 A
D.1 min内抽油烟机和电饭锅消耗的电能共为6.6×103 J
【答案】C
7、某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成，发电机中矩形线圈所围成的面积为S，匝数为N，电阻不能忽略，它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动，矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示输电线的电阻，以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是( )
A.发电机线圈某时刻处于图示位置时通过线圈的磁通量变化率为零
B．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式e＝NBSωsin ωt
C．当用户数目增多时，应将滑动触头向上移动
D．当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将降低
【答案】C
8、照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是因为此时( )
A．总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就小
B．总电阻比深夜时大，干路电流小，每一支路的电流就小
C．总电阻比深夜时小，干路电流大，输电线上损失的电压大
D．干路电流一定，支路比深夜时多分去了一部分电流
【答案】C
9、矩形线圈的匝数为50，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，下列结论正确的是( )
A．在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，电动势最大
B．在t＝0.2 s和t＝0.4 s时，电动势改变方向
C．电动势的最大值是157 V
D．在t＝0.4 s时，磁通量的变化率为零
【答案】C
10、如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则
( )
A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面垂直
B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz
D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
【答案】C
11、图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝22∶3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1＝10 Ω、R2＝5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A.1 Ω B．5 Ω C．6 Ω D．8 Ω
【答案】A
12、小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器T1升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器T2，经降低电压后再输送至各用户。设T1、T2都是理想变压器，那么在用电高峰期，随用电器电功率的增加将导致( )
A.升压变压器初级线圈中的电流变小
B．升压变压器次级线圈两端的电压变小
C．高压输电线路的电压损失变大
D．降压变压器次级线圈两端的电压变大
【答案】C
二、计算类题。
13、【计算类综合题】如图所示，在匀强磁场中有一个“”形单匝导线框可绕AB轴转动，AB轴与磁场方向垂直，已知匀强磁场的磁感应强度B＝ T，导线框的CD边长为20 cm，CE、DF长均为10 cm，转速为50 r/s。从图示位置开始计时。
(1)写出导线框中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)用e t坐标系作出导线框中感应电动势随时间变化的图像。
【答案】(1)e＝10cos(100πt) V (2)见解析图。
【解析】(1)导线框平面与磁感线平行时开始计时，在t时刻线框转过的角度为ωt，
此时，e＝Bl1l2ωcos ωt，
即e＝BSωcos ωt。
其中B＝ T，
S＝0.1×0.2 m2＝0.02 m2，
ω＝2πn＝2π×50 rad/s＝100π rad/s，
故e＝×0.02×100πcos(100πt) V
＝10cos (100πt) V。
(2)导线框中感应电动势随时间变化的图像如图所示
14、如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为l1，宽度为l2，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t＝0时刻线圈平面与磁感线平行。
(1)表示出线圈经过图示位置时通过电阻R的感应电流的方向；
(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式；
(3)求线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势；
(4)交流电压表的示数(最终结果用表达式表示即可)；
(5)由图示位置转过90°角过程中通过电阻R的电荷量为多少？
【答案】(1)向上 (2)e＝nB l1l2ωcos (ωt) V
(3) (4) (5)
【解析】(1)根据右手定则可知，在图示位置时线圈中产生的感应电流的方向为dcba，则通过电阻R的感应电流的方向向上；
(2)最大感应电动势Em＝nBl1l2ω
从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为
e＝nB l1l2ωcos (ωt) V
(3)线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势：
＝n＝n＝
(4)电动势的有效值E＝＝
交流电压表的示数U＝＝
(5)由图示位置转过90°角过程中
＝n＝
q＝Δt＝Δt＝
15、【计算题】如图所示，有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220 V，则输出电压是多少？
【答案】136匝 21 V
【解析】根据变压器的电压与匝数成正比，
可知＝，
解得副线圈的匝数为
n2＝n1＝1 440×≈136，
当输入电压只有220 V时，输出电压为
U′2＝U′1＝220× V≈21 V
16、【计算题】如图1所示，一个小型水力发电站，发电机输出电压U0＝315 V，内电阻可以忽略不计，最大输出功率为Pm＝30 kW，它通过总电阻r线＝2.0 Ω的输电线直接向远处的居民区供电，设居民区所有用电器都是额定电压U用＝220 V的白炽灯，额定总功率为P用＝22 kW，不计灯丝电阻随温度的变化。试求：
(1)当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的实际电压是多少伏？发电机实际输出的电功率多大？
(2)若采用高压输电，在发电机端用升压变压器，在用户端用降压变压器，且不计变压器和用户线路的损耗，如图2所示已知用户变压器的降压比为40∶1。当全部用户电灯正常发光时，输电线上损耗的功率多大？
【答案】(1)165 V 23 625 W (2)12.5 W
【解析】(1)由P用＝ eq \f(U,R用) ，
求得用户总的电阻R用＝2.2 Ω，
电路中的电流为I＝＝ A＝75 A
U灯＝IR用＝165 V，P输＝U0I＝23 625 W；
(2)用户的总功率为P用＝U4I4，U4＝220 V
用户的总电流I4＝＝100 A，
根据＝＝
可得输电电流I3＝＝2.5 A，
输电线上损耗的功率P损＝Ir线＝12.5 W。