高二物理人教版（2019）选择性必修二 3.2交变电流的描述 课时作业（含解析）
文档属性
| 名称 | 高二物理人教版（2019）选择性必修二 3.2交变电流的描述 课时作业（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 3.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-17 20:58:56 | ||
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文档简介
3.2交变电流的描述
一、单选题
1．2021年10月21日，我国首台永磁直驱海上风力发电机成功下线。如图为海上风力发电机，若旋转电枢式发电机产生的感应电动势为，仅将风力发电机的转速增加到原来的2倍，其他条件不变，则感应电动势为（ ）
A． B．
C． D．
2．如图所示是一正弦式交变电流的电流图像．由图像可知，这个电流的
A．最大值为10A，周期为0.02s
B．最大值为10A，周期为0.01s
C．最大值为A，周期为0.02s
D．最大值为A，周期为0.01s
3．一正弦交变电流的电流i随时间t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i＝10sin（50t）A
B．该交变电流的频率为25 Hz
C．该交变电流的有效值为10A
D．若该交变电流通过阻值R＝40Ω的白炽灯，则电灯消耗的功率是8 kW
4．交流电源电压u=20sin（100πt）V，电路中电阻R=10Ω。则如图电路中电流表和电压表的读数分别为（ ）
A．1.41A，14.1V B．1.41A，20V C．2A，20V D．2A，14.1V
5．如图甲所示为手摇发电机，发电机线圈内阻为3Ω，产生的电动势随时间变化的规律为。现将发电机与阻值为17Ω的灯泡组成闭合电路，如图乙所示，则电压表的示数为（ ）
A．42.5V B． C．50V D．
6．如图所示，（a）→（b）→（c）→（d）过程是交流发电机发电的示意图，下列说法正确的是（ ）
A．当线圈转到图（a）位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大
B．从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是
C．当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且感应电流方向将要改变
D．当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最小，ab边感应电流方向为b→a
7．正方形金属线框的边与匀强磁场的边界重合，匀强磁场垂直纸面，范围足够大，第一次将金属线框以速度匀速拉进匀强磁场内（如图甲）；第二次金属框以边为轴匀速转动，边的线速度大小为，线框旋转（如图乙），设两过程中线框中产生的焦耳热相同，则等于（ ）
A． B． C． D．
8．如图所示，导轨OPQS的电阻忽略不计，OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M可 在PQS上自由滑动，空间存在与导轨平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为I先 让OM从OQ位置以角速度ω1沿逆时针方向匀速转到OS位置（过程I）；再将OM固定在OS位置，使整个装置以OQ为轴，以角速度ω2匀速转动90°（过程II）．要使过程I、II回路中产生的热量相同，应等于
A． B． C． D．
二、多选题
9．在电图中，用不同的字母表示各种元件，下列元件与字母匹配正确的有（ ）
A．电容器C B．电感器R C．电容器L D．电阻器R
10．下面关于交变电流的说法中正确的是（ ）
A．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下都是有效值
B．跟交变电流有相同热效应的直流电的数值是交变电流的有效值
C．交流电器设备上所标的电压和电流值是交变电流的最大值
D．用交流电表测定的读数值是交流电的瞬时值
11．如图所示是小型交流发电机的示意图，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，线圈的匝数为n、电阻为r，外接电阻为R，交流电流表A．线圈从图示位置（线圈平面平行于电场方向）开始转过时的感应电流为I．下列说法中正确的有（ ）
A．电流表的读数为2I
B．转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为
C．从图示位置开始转过的过程中，通过电阻R的电荷量为
D．线圈转动一周的过程中，电阻R产生的热量为
12．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示已知发电机线圈内阻为，现外接一只电阻为的灯泡，如图乙所示，则
A．电压表的示数为220V
B．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C．发电机线圈在时磁通量最大
D．发电机线圈在内产生的平均感应电动势为
三、解答题
13．下图所示的是交流发电机模型。采取哪些措施可以使它产生的电动势增大？
14．如图所示，线圈abcd的面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为r=1Ω，外接电阻R=4Ω，匀强磁场的磁感应强度为B=T，当线圈以5r/s的转速匀速转动时，求：
（1）转动中感应电动势的最大值和有效值；
（2）电路中交流电压表和电流表的示数。
15．如图所示，匀强磁场磁感应强度、匝数为匝的矩形线圈，绕垂直于匀强磁场的转轴匀速转动，每匝线圈长为、宽为。线圈每分钟转动1500转，在匀速转动过程中，从线圈平面经过图示位置时开始计时。
(1)写出感应电动势e的瞬时值表达式；
(2)若每匝线圈本身电阻，外接一阻值为的用电器，使线圈与外电路组成闭合电路，写出感应电流的瞬时值表达式；
(3)若从线圈平面垂直于磁感线的位置开始计时，感应电动势和感应电流的瞬时值表达式如何？
参考答案：
1．C
【详解】由感应电动势的瞬时表达式为可知
仅将风力发电机的转速增加到原来的2倍，又因为转速与角速度成正比，故角速度变为原来的两倍，所以有
所以感应电动势的瞬时值表达式为
故选C。
2．A
【详解】由图像可知，这个电流的最大值为10A，周期为0.02s，故选A.
3．B
【详解】C．根据图象可知，交变电流的最大值为10A，该交变电流的有效值为5A，C错误；
B．周期为0.04s，则频率为25Hz，B正确；
A．因
瞬时值表达式为
i＝10sin（50πt）
A错误；
D．根据
P=I2R
得该交变电流通过阻值R＝40Ω的白炽灯，则电灯消耗的功率是
P=(5)2×40W=2 kW
D错误。
故选B。
4．A
【详解】电路中电流表和电压表的读数为有效值，则有
故选A。
5．A
【详解】由题意可知，正弦交变电流的电动势峰值为
则其有效值为
由闭合电路欧姆定律，可得
解得电路中电流为
所以电压表的示数为
故选A。
6．C
【详解】A．当线圈转到图（a）位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但是此时是中性面，产生的感应电流为零，即磁通量的变化率为0，选项A错误；
B．从图（b）开始计时，b图是与中性面垂直的平面，此时线圈中产 生的感应电流最大，故线圈中电流i随时间t变化的关系是，选项B错误；
C．当线圈转到图（c）位置时，此时也是线圈的中性面的位置，此时感应电流最小，且感应电流方向将要改变，选项C正确；
D．当线圈转到图（d）位置时，线圈的两边切割磁感线的速度最大，故感应电动势最大，由右手定则可知，ab边感应电流方向为b→a，选项D错误。
故选C。
7．D
【详解】设正方形金属线框的边长为l，电阻为R，磁场的磁感应强度为B，图甲产生的感应电动势为，时间为
产生的热量为
图乙产生的感电动势的最大值，时间为
有效值，产生的热量为
根据题意，求得
故选D。
8．A
【详解】令OM棒长为L，从OQ位置以角速度ω1沿逆时针方向匀速转到OS位置的过程中，产生的感应电动势为：
回路中产生的热量为：
将OM固定在OS位置，使整个装置以OQ为轴，以角速度ω2匀速转动90°过程中，产生的感应电动势最大值为：
回路中产生的热量为：
联立可得：
故A正确，BCD错误．
9．AD
【详解】电容器是容纳电荷的仪器，符号为C，故A正确，C错误；电感器的符号为L，故B错误；电阻器的符号为R，故D正确．
10．AB
【详解】A．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下都是有效值，选项A正确；
B．跟交变电流有相同热效应的直流电的数值是交变电流的有效值，选项B正确；
C．交流电器设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值，选项C错误；
D．用交流电表测定的读数值是交流电的有效值，选项D错误；
故选AB.
【点睛】本题考查了有关交流电的基础知识，正确理解交流电瞬时值、最大值、平均值、有效值的含义，设备上数值，电表读数，公式中的值均是有效值．
11．BCD
【详解】A．由题有：I＝Imcos，则得感应电流的最大值Im＝2I，有效值
I有＝Im＝I
则电流表的读数为I，故A错误；
B．感应电动势的最大值
Em＝Im(R＋r)＝2I(R＋r)
又Em＝nBSω，磁通量的最大值Φm＝BS，联立解得：
Φm＝BS＝
故B正确；
C．从图示位置开始转过的过程中，通过电阻R的电荷量
n
故C正确；
D．线圈转动一周的过程中，电阻R产生的热量Q=，故D正确.
故选BCD。
12．CD
【分析】由甲图知电压峰值、周期，从而求电压有效值、角速度和频率，交流电每周期方向改变两次，电压表测量的是路端电压，在图示位置磁通量为零，磁通量的变化率最大；根据法拉第电磁感应定律求解感应电动势的平均值．
【详解】由甲图知电压峰值为，周期，所以有效值为220V，角速度．电压表测的是路端电压，故A错误；交流电的频率为50Hz，每一周期电流改变两次，所以每秒改变100次，B错误；角速度，故周期；
在时，感应电动势为零，故线圈处于中性面位置，磁通量最大，故C正确；发电机线圈在内产生的平均感应电动势为： ；感应电动势的最大值为： ；联立解得：，故D正确；故选CD．
13．见解析
【详解】根据
可以通过增大线圈匝数、增大磁场强度、增大线框面积、增大转动角速度等措施使它产生的电动势增大。
14．（1）最大值是50V，有效值是；（2）和A
【详解】（1）依题意，可得交流电的频率
f=5Hz
角速度为
ω=2πf=2π×5=10πrad/s
最大值
Em=NBSω=100××0.05×10π=50V
感应电动势的有效值
（2）线圈电阻为1Ω，外接电阻R=4Ω，根据闭合电路欧姆定律，则有交流电压表的电压
而电流表的示数
15．(1)；(2)；(3)，
【详解】(1)线圈匝数，磁场的磁感应强度，线圈转动的角速度
线圈的面积
所以
从图示位置计时，有
(2)若，则，则
则
(3)若从线圈平面与磁感线垂直的位置开始计时，感应电动势瞬时值为
感应电流的瞬时值为
一、单选题
1．2021年10月21日，我国首台永磁直驱海上风力发电机成功下线。如图为海上风力发电机，若旋转电枢式发电机产生的感应电动势为，仅将风力发电机的转速增加到原来的2倍，其他条件不变，则感应电动势为（ ）
A． B．
C． D．
2．如图所示是一正弦式交变电流的电流图像．由图像可知，这个电流的
A．最大值为10A，周期为0.02s
B．最大值为10A，周期为0.01s
C．最大值为A，周期为0.02s
D．最大值为A，周期为0.01s
3．一正弦交变电流的电流i随时间t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i＝10sin（50t）A
B．该交变电流的频率为25 Hz
C．该交变电流的有效值为10A
D．若该交变电流通过阻值R＝40Ω的白炽灯，则电灯消耗的功率是8 kW
4．交流电源电压u=20sin（100πt）V，电路中电阻R=10Ω。则如图电路中电流表和电压表的读数分别为（ ）
A．1.41A，14.1V B．1.41A，20V C．2A，20V D．2A，14.1V
5．如图甲所示为手摇发电机，发电机线圈内阻为3Ω，产生的电动势随时间变化的规律为。现将发电机与阻值为17Ω的灯泡组成闭合电路，如图乙所示，则电压表的示数为（ ）
A．42.5V B． C．50V D．
6．如图所示，（a）→（b）→（c）→（d）过程是交流发电机发电的示意图，下列说法正确的是（ ）
A．当线圈转到图（a）位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大
B．从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是
C．当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且感应电流方向将要改变
D．当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最小，ab边感应电流方向为b→a
7．正方形金属线框的边与匀强磁场的边界重合，匀强磁场垂直纸面，范围足够大，第一次将金属线框以速度匀速拉进匀强磁场内（如图甲）；第二次金属框以边为轴匀速转动，边的线速度大小为，线框旋转（如图乙），设两过程中线框中产生的焦耳热相同，则等于（ ）
A． B． C． D．
8．如图所示，导轨OPQS的电阻忽略不计，OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M可 在PQS上自由滑动，空间存在与导轨平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为I先 让OM从OQ位置以角速度ω1沿逆时针方向匀速转到OS位置（过程I）；再将OM固定在OS位置，使整个装置以OQ为轴，以角速度ω2匀速转动90°（过程II）．要使过程I、II回路中产生的热量相同，应等于
A． B． C． D．
二、多选题
9．在电图中，用不同的字母表示各种元件，下列元件与字母匹配正确的有（ ）
A．电容器C B．电感器R C．电容器L D．电阻器R
10．下面关于交变电流的说法中正确的是（ ）
A．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下都是有效值
B．跟交变电流有相同热效应的直流电的数值是交变电流的有效值
C．交流电器设备上所标的电压和电流值是交变电流的最大值
D．用交流电表测定的读数值是交流电的瞬时值
11．如图所示是小型交流发电机的示意图，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，线圈的匝数为n、电阻为r，外接电阻为R，交流电流表A．线圈从图示位置（线圈平面平行于电场方向）开始转过时的感应电流为I．下列说法中正确的有（ ）
A．电流表的读数为2I
B．转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为
C．从图示位置开始转过的过程中，通过电阻R的电荷量为
D．线圈转动一周的过程中，电阻R产生的热量为
12．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示已知发电机线圈内阻为，现外接一只电阻为的灯泡，如图乙所示，则
A．电压表的示数为220V
B．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C．发电机线圈在时磁通量最大
D．发电机线圈在内产生的平均感应电动势为
三、解答题
13．下图所示的是交流发电机模型。采取哪些措施可以使它产生的电动势增大？
14．如图所示，线圈abcd的面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为r=1Ω，外接电阻R=4Ω，匀强磁场的磁感应强度为B=T，当线圈以5r/s的转速匀速转动时，求：
（1）转动中感应电动势的最大值和有效值；
（2）电路中交流电压表和电流表的示数。
15．如图所示，匀强磁场磁感应强度、匝数为匝的矩形线圈，绕垂直于匀强磁场的转轴匀速转动，每匝线圈长为、宽为。线圈每分钟转动1500转，在匀速转动过程中，从线圈平面经过图示位置时开始计时。
(1)写出感应电动势e的瞬时值表达式；
(2)若每匝线圈本身电阻，外接一阻值为的用电器，使线圈与外电路组成闭合电路，写出感应电流的瞬时值表达式；
(3)若从线圈平面垂直于磁感线的位置开始计时，感应电动势和感应电流的瞬时值表达式如何？
参考答案：
1．C
【详解】由感应电动势的瞬时表达式为可知
仅将风力发电机的转速增加到原来的2倍，又因为转速与角速度成正比，故角速度变为原来的两倍，所以有
所以感应电动势的瞬时值表达式为
故选C。
2．A
【详解】由图像可知，这个电流的最大值为10A，周期为0.02s，故选A.
3．B
【详解】C．根据图象可知，交变电流的最大值为10A，该交变电流的有效值为5A，C错误；
B．周期为0.04s，则频率为25Hz，B正确；
A．因
瞬时值表达式为
i＝10sin（50πt）
A错误；
D．根据
P=I2R
得该交变电流通过阻值R＝40Ω的白炽灯，则电灯消耗的功率是
P=(5)2×40W=2 kW
D错误。
故选B。
4．A
【详解】电路中电流表和电压表的读数为有效值，则有
故选A。
5．A
【详解】由题意可知，正弦交变电流的电动势峰值为
则其有效值为
由闭合电路欧姆定律，可得
解得电路中电流为
所以电压表的示数为
故选A。
6．C
【详解】A．当线圈转到图（a）位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但是此时是中性面，产生的感应电流为零，即磁通量的变化率为0，选项A错误；
B．从图（b）开始计时，b图是与中性面垂直的平面，此时线圈中产 生的感应电流最大，故线圈中电流i随时间t变化的关系是，选项B错误；
C．当线圈转到图（c）位置时，此时也是线圈的中性面的位置，此时感应电流最小，且感应电流方向将要改变，选项C正确；
D．当线圈转到图（d）位置时，线圈的两边切割磁感线的速度最大，故感应电动势最大，由右手定则可知，ab边感应电流方向为b→a，选项D错误。
故选C。
7．D
【详解】设正方形金属线框的边长为l，电阻为R，磁场的磁感应强度为B，图甲产生的感应电动势为，时间为
产生的热量为
图乙产生的感电动势的最大值，时间为
有效值，产生的热量为
根据题意，求得
故选D。
8．A
【详解】令OM棒长为L，从OQ位置以角速度ω1沿逆时针方向匀速转到OS位置的过程中，产生的感应电动势为：
回路中产生的热量为：
将OM固定在OS位置，使整个装置以OQ为轴，以角速度ω2匀速转动90°过程中，产生的感应电动势最大值为：
回路中产生的热量为：
联立可得：
故A正确，BCD错误．
9．AD
【详解】电容器是容纳电荷的仪器，符号为C，故A正确，C错误；电感器的符号为L，故B错误；电阻器的符号为R，故D正确．
10．AB
【详解】A．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下都是有效值，选项A正确；
B．跟交变电流有相同热效应的直流电的数值是交变电流的有效值，选项B正确；
C．交流电器设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值，选项C错误；
D．用交流电表测定的读数值是交流电的有效值，选项D错误；
故选AB.
【点睛】本题考查了有关交流电的基础知识，正确理解交流电瞬时值、最大值、平均值、有效值的含义，设备上数值，电表读数，公式中的值均是有效值．
11．BCD
【详解】A．由题有：I＝Imcos，则得感应电流的最大值Im＝2I，有效值
I有＝Im＝I
则电流表的读数为I，故A错误；
B．感应电动势的最大值
Em＝Im(R＋r)＝2I(R＋r)
又Em＝nBSω，磁通量的最大值Φm＝BS，联立解得：
Φm＝BS＝
故B正确；
C．从图示位置开始转过的过程中，通过电阻R的电荷量
n
故C正确；
D．线圈转动一周的过程中，电阻R产生的热量Q=，故D正确.
故选BCD。
12．CD
【分析】由甲图知电压峰值、周期，从而求电压有效值、角速度和频率，交流电每周期方向改变两次，电压表测量的是路端电压，在图示位置磁通量为零，磁通量的变化率最大；根据法拉第电磁感应定律求解感应电动势的平均值．
【详解】由甲图知电压峰值为，周期，所以有效值为220V，角速度．电压表测的是路端电压，故A错误；交流电的频率为50Hz，每一周期电流改变两次，所以每秒改变100次，B错误；角速度，故周期；
在时，感应电动势为零，故线圈处于中性面位置，磁通量最大，故C正确；发电机线圈在内产生的平均感应电动势为： ；感应电动势的最大值为： ；联立解得：，故D正确；故选CD．
13．见解析
【详解】根据
可以通过增大线圈匝数、增大磁场强度、增大线框面积、增大转动角速度等措施使它产生的电动势增大。
14．（1）最大值是50V，有效值是；（2）和A
【详解】（1）依题意，可得交流电的频率
f=5Hz
角速度为
ω=2πf=2π×5=10πrad/s
最大值
Em=NBSω=100××0.05×10π=50V
感应电动势的有效值
（2）线圈电阻为1Ω，外接电阻R=4Ω，根据闭合电路欧姆定律，则有交流电压表的电压
而电流表的示数
15．(1)；(2)；(3)，
【详解】(1)线圈匝数，磁场的磁感应强度，线圈转动的角速度
线圈的面积
所以
从图示位置计时，有
(2)若，则，则
则
(3)若从线圈平面与磁感线垂直的位置开始计时，感应电动势瞬时值为
感应电流的瞬时值为