高二物理粤教版（2019）选择必修二3.2描述交变电流的物理量 课时作业（含解析）

3.2描述交变电流的物理量
一、单选题
1．某一交流的方向每秒钟改变100次，则它的周期和频率分别是（ ）
A．0.01s和50Hz B．0.01s和100Hz C．0.02s和50Hz D．0.02s和100Hz
2．把某电热器直接接到55V的直流电源上，每秒产生的热量为Q，现把它接到一正弦式交变电流上，每秒产生的热量为4Q，则该正弦式交流电压最大值是（ ）
A．220V B． C． D．110V
3． A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦式交变电流．这两个电热器的电功率之比等于（　　）
A． B． C． D．
4．家用电器使用的都是正弦式交变电流，电压随时间变化的图像如图所示，若该交变电流给100Ω的电阻供电，则下列说法正确的是（ ）
A．交变电流的频率为0.02Hz
B．交变电流的电流有效值为3.11A
C．用电压表测量该交流电压时，读数为311V
D．将它加在电容器上时，电容器的耐压值应大于311V
5．以下说法正确的是（ ）
A．交变电流的有效值就是它的平均值
B．任何正弦式交变电流的有效值都是它最大值的
C．如果交变电流接在电阻R上产生的热量为Q，那么该交变电流的有效值为
D．以上说法均不正确
6．在物理学的重大发现中科学家们创造出了许多物理学的思想方法，其中等效思想是一种很重要的思想．下列有关等效思想的说法中正确的是（ ）
A．平均速度和平均加速度的提出与等效思想无关，体现了极限思想
B．交变电流的有效值涉及到了控制变量的思想，与等效思想无关
C．解决变力做功问题中提出的平均作用力体现了等效思想
D．由“探究感应电流方向的规律”实验得出楞次定律是等效思想的一个具体应用
7．如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。下列判断正确的是（　　）
A．电压表的读数为
B．当线圈由图示位置转过30°的过程中，通过电阻R的电荷量为
C．在线圈转过一周的过程中，电阻R上产生的焦耳热为
D．当线圈由图示位置转过30°时，通过电阻R的电流为
8．手机无线充电利用了电磁感应原理。如图甲所示，充电基座内的送电线圈接入正弦式交变电流，会激发周期性变化的磁场，手机中安装有受电线圈，二者距离很近时，受电线圈会感应出交变电流，利用二极管整流和滤波电路处理，最终输出直流电为手机电池充电。图乙和图丙分别是手机中受电线圈经二极管整流前后电压与时间的关系图象。下列说法正确的是（　　）
A．送电线圈接入正弦式电流的频率小于
B．手机远离充电基座时，受电线圈中的电流大小不变
C．受电线圈回路中的磁通量达到最大时，线圈两端的电压也达到最大
D．将图乙和图丙中的电压分别加在同一电阻上，内产生的热量相同
二、多选题
9．在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重要的贡献，他们也创造出了许多物理学研究方法。下列关于物理学研究方法的叙述中正确的是
A．物理学中所有物理量都是采用比值法定义的
B．质点、点电荷都是理想化模型
C．库仑首先提出电场的概念
D．重心、合力和交变电流的有效值概念的建立都体现了等效替代的思想
10．单匝闭合线框在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动．在转动的过程中，线框中的最大磁通量为，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是
A．当穿过线框的磁通量为零时，线框中感应电动势也为零
B．当穿过线框的磁通量减小时，线框中感应电动势也减小
C．当穿过线框的磁通量等于0.5时，线框中感应电动势不等于0.5Em
D．线框转动的角速度等于
11．如图所示，在水平匀强磁场中一正方形闭合线圈绕OO′轴匀速转动，若要使线圈中的电流峰值减半，可行的方法是(　　)
A．只将线圈的转速减半 B．只将线圈的匝数减半
C．只将匀强磁场的磁感应强度减半 D．只将线圈的边长减半
12．如图甲所示，正弦式交流发电机线圈有n匝，线圈电阻为r，匀速转动的角速度为。定值电阻R接在此交流电源上，流过R的电流随时间的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．电流的有效值为
B．电动势的有效值为
C．前时间内流过R的电荷量为
D．时间T内R上产生的热量为
三、解答题
13．通过某交流电流表的电流i随时间t变化的关系如图所示，该电流表的示数是多少？
14．如图所示是一个交流发电机的示意图，线框abcd处于匀强磁场中，已知ab=bc=10cm，匀强磁场的磁感应强度B=1T，线圈的匝数N=100，线圈的总电阻r=5Ω，外电路负载电阻R=5Ω，线圈以n=10r/s转动，电表是理想电表．求
（1）电压表的示数．
（2）从图示位置开始经而时感应电动势的瞬时值多大？
（3）线圈匀速转动一周外力做多少功？
15．如图所示，一个电阻不计的矩形线圈abcd，放置在磁感应强度为B的有界匀强磁场中，磁场只分布在bc的左侧。线圈以bc为轴匀速旋转，已知t0时间内转过2π，图中ad边正垂直于纸面向外转动。与矩形线圈相连接的外部电路中有一个负载电阻，阻值为R，A是一个理想电流表，电路中其他电阻不计，已知ab＝L1，bc＝L2。求：
（1）从图示位置向外转过时感应电动势的瞬时值；
（2）从图示位置向外转过的时间内电动势的平均值；
（3）电阻R上的功率。
参考答案：
1．C
【详解】交流电的电流方向每周期改变2次，若交流的方向每秒钟改变100次，则它的频率为50Hz，周期为0.02s；
故选C。
2．C
【详解】设电热器的电阻为R，当电热器接在U=55V的直流电源上时，每秒产生的热量为
当电热器改接到交流电源上时，每秒产生的热量为
联立可得
故C正确，ABD错误．
故选C.
3．D
【详解】设图甲中交变电流的有效值为，则根据有效值的计算式得
得
图乙中交变电流有效值为
再根据焦耳定律得，两个电热器电功率之比
故选D。
4．D
【详解】A．由图像可知周期为
频率
故A错误；
B．根据电流的热效应可知，电压的有效值为
根据欧姆定律
故B错误；
C．电压表的读数为电压的有效值，所以电压表的示数为220V，故C错误；
D．电容器的耐压值应比交流电的最大值大，所以电容器的耐压值应大于311V，故D正确。
故选D。
5．B
【详解】A．有效值是指跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值，平均值是指跟交变电流在相同时间内通过导线横截面相同电荷量的恒定电流的值，故A错误；
B．任何正弦式交变电流的有效值都是它最大值的，故B正确；
C．如果交变电流接在电阻R上在时间t内产生的热量为Q，根据焦耳定律可知该交变电流的有效值为
故C错误；
D．根据前面分析可知D错误。
故选B。
6．C
【详解】A．平均速度和平均加速度的提出与等效思想有关关，体现了等效的思想，A错误；
B．交变电流的有效值涉及到了等效的思想，与等效思想有关，B错误；
C．解决变力做功问题中提出的平均作用力体现了等效思想，C正确；
D．由“探究感应电流方向的规律”实验得出楞次定律是控制变量思想的一个具体应用，D错误。
故选C。
7．D
【详解】A．感应电动势的最大值为
产生的交流电是正弦交流电，所以感应电动势的有效值为
根据欧姆定律可得电压表示数为
联立解得
故A错误；
B．线圈由图示位置转过30°的过程中通过R的电荷量为
故B错误；
C．根据焦耳定律可知，电阻R所产生的焦耳热为
故C错误；
D．当线圈由图示位置转过30°时的电流为
故D正确。
故选D。
8．D
【详解】A．送电线圈与受电线圈的频率相同，都为
故A错误；
B．手机远离充电基座时，受电线圈中感应电流变小，故B错误；
C．受电线圈回路中的磁通量达到最大时，线圈中的感应电动势为零，线圈两端的电压为零，故C错误；
D．将图乙和图丙中的电压分别加在同一电阻上，因为他们的电压有效值相等，故内产生的热量相同，故D正确。
故选D。
9．BD
【详解】A．物理学中有的物理量是采用比值法定义的，有的则不是，例如加速度与所受的合力成正比，与质量成反比，所以不属于比值定义法，选项A错误；
B．质点、点电荷都是为了研究物体引入的理想化模型，选项B正确；
C．法拉第首先提出电场的概念，选项C错误；
D．重心、合力和交变电流的有效值概念的建立都体现了等效替代的思想，选项D正确；
故选BD。
10．CD
【详解】（1）设线圈回路围成的面积为S，绕定轴转动的角速度大小为，磁场的磁感应强度大小为B，则在线圈经过中性面时，磁通量最大，最大磁通量=BS，瞬时感应电动势为零；当线圈经过最大值面（与中性面垂直的平面）时，磁通量为零，瞬时感应电动势最大，=BS，故A错误；
（2）线圈从中性面转到最大值面的过程中，磁通量逐渐减小为零，感应电动势逐渐增加到最大，故B错误；
（3）根据法拉第电磁感应定律，，与无关，故C正确；
（3）由（2）可得：，故D正确；
11．AC
【详解】设一匝线圈电阻为r，由
，，
得
线圈中的电流峰值与匝数无关，要使线圈中的电流峰值减半，可以将转速n减半、匀强磁场的磁感应强度B减半或线圈的边长变为原来的倍。
故选AC。
12．AD
【详解】A．电流为正弦交变电流，所以其有效值为
故A正确；
B．电动势的有效值为
故B错误；
C．线圈转动产生的感应电动势最大值为
前时间内线圈磁通量的变化量为BS，则流过R的电荷量为
联立以上两式可得
故C错误；
D．时间T内R上产生的热量为
故D正确；
故选AD。
13．5A
【详解】该电流表的示数是交流电的有效值，设有效值为I，则
解得
I=5A
电流表的示数是5A。
14．（1）22.2V（2）31.4V（3）19.7J
【详解】（1）根据角速度公式：，故
电动势有效值
电路中的电流
电压表的示数
U=IR=22.2V．
（2）电动势瞬时值表达式，当时，代入解得：e=31.4V．
（3）由功能关系式知，外力做功：
．
15．（1）；（2）； （3）
【详解】（1）由题意知
则
电动势的峰值为
电动势瞬时值表达式
转过时，电动势瞬时值表达式
（2）线圈转过时间内
则
（3）由于
则交变电流电动势的有效值为
则功率