人教版选修3-2河北省石家庄二中高中物理 5.2描述交变电流的物理量习题

　描述交变电流的物理量
1.一个小型电热器若接在输出电压为10
( http: / / www.21cnjy.com )V的直流电源上,消耗电功率为P;若把它接在某个正弦交流电源上,其消耗的电功率为。如果电热器电阻不变,则此交流电源输出电压的最大值为(　　)
A.5
V　　　　　　　　　　B.5
V
C.10
V
D.10
V
解析:根据公式P=再结合交变电流的有效值定
( http: / / www.21cnjy.com )义,U效=知其有效值U效=5
V,根据正弦式交变电流有效值和最大值的关系知最大值为5
V=10
V,选项C正确。
答案:C
2.图(a)为电热毯的电路示意图。电热丝接
( http: / / www.21cnjy.com )在u=311sin
(100πt)
V的电源上,电热毯被加热到一定温度后,通过装置P使输入电压变为图(b)所示波形,从而进入保温状态。若电热丝电阻保持不变,此时交流电压表的读数是(　　)
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A.110
V
B.156
V
C.220
V
D.311
V
解析:交流电压表的读数是交变电流的有效值,因此必须根据有效值的定义来计算。由有效值的定义可得T=+0,解得U=110
V=156
V。
答案:B
3.一台小型发电机产生的电
( http: / / www.21cnjy.com )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5.0Ω,现外接一只电阻为95.0
Ω的灯泡,如图乙所示,则(　　)
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A.电压表V的示数为220
V
B.电路中的电流方向每秒改变50次
C.灯泡实际消耗的功率为484
W
D.发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为24.2
J
解析:电动势的有效值为E=
V=220
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V,所以电流的有效值I=
A=2.2
A,所以电压表的示数为U=IR=2.2×95.0
V=209
V,A错误;交变电流的频率为f==50
Hz,每个周期内电流方向改变2次,故每秒内电流方向改变100次,B错误;灯泡实际消耗的功率为P灯=I2R=2.22×95.0
W=459.8
W,C错误;发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为Q=I2rt=2.22×5.0×1
J=24.2
J,D正确。
答案:D
4.
(多选)面积为S的两个电阻相
( http: / / www.21cnjy.com )同的线圈,分别放在如图所示的磁场中,图甲中是磁感应强度为B0的匀强磁场,线圈在磁场中以周期T绕OO'轴匀速转动,图乙中磁场变化规律为B=B0cos,从图示位置开始计时,则(　　)
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A.两线圈的磁通量变化率相同
B.两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同
C.经相同的时间t(t>T),两线圈产生的热量相同
D.从此时刻起,经时间,流过两线圈横截面的电荷量相同
解析:甲:Φ甲=B0Scos
ωt
( http: / / www.21cnjy.com ),乙:Φ乙=BScos
ωt=B0Scos
ωt,故磁通量变化率相同,又E=,所以电动势变化规律也相同,故甲、乙两种情况电动势最大值出现时刻及有效值、平均值均相同。
答案:ACD
5.多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇。过
( http: / / www.21cnjy.com )去是用变压器来实现上述调节的,但是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速。现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的。图示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压图象,即在正弦式交变电流的每一个周期中前面的周期被截去,从而改变了电灯上的电压。则现在电灯上的电压为(　　)
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A.Um　　　　B.　　　　C.　　　　D.
解析:由T~T时间段内电压的有效值为,在0~T内交变电流通过电阻R时做的功
WT=·T
解得电压的有效值U=。
答案:C
6.城市晚上或者每逢节日,同学们往往能看到许多霓虹灯发出鲜艳绚丽的灯光,将城市装扮得异彩纷呈,赏心悦目。
频率为50
Hz的交变电流
( http: / / www.21cnjy.com ),其电压u=168sin
ωt
V,把它加在激发电压、熄灭电压均为84
V的霓虹灯的两端,求在半个周期内霓虹灯点亮的时间。
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解析:交变电压的周期T=
( http: / / www.21cnjy.com )0.02
s,电压的峰值Um=168
V。为便于求解,作交变电压的u-t图象如图所示,当电压高于84
V时霓虹灯才发光,由图象易知,半个周期内霓虹灯点亮的时间为Δt=t2-t1
因2πft1=,2πft2=
得t1=
s,t2=
s
则Δt=t2-t1=
s。
答案:
s
7.如图所示,线圈abcd的面积是0.
( http: / / www.21cnjy.com )05
m2,共100匝,线圈电阻为1
Ω,外接电阻R=9
Ω,匀强磁场的磁感应强度为B=
T,当线圈以300
r/min的转速匀速转动时,求:
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(1)转动中感应电动势的有效值。
(2)电路中交流电压表和电流表的示数。
(3)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R的电荷量。
解析:(1)Em=NBSω=100××0.05×2π×
V=50
V
E==25
V=35.4
V。
(2)电流表示数I==3.54
A
电压表示数U=IR=3.54×9
V=31.86
V。
(3)从图示位置转过90°的过程中,
=N,又因为,所以q=Δt,
解得q==0.16
C。
答案:(1)35.4
V
(2)31.86
V　3.54
A
(3)0.16
C
8.如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的
( http: / / www.21cnjy.com )原理图。其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO'匀速转动,线圈的匝数n=100,电阻r=10
Ω,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R=90
Ω,与R并联的交流电压表为理想电表。在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化。求:
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(1)交流发电机产生的电动势最大值;
(2)电路中电压表的示数;
(3)R上的热功率。
解析:(1)交流发电机产生电动势的最大值
Em=nBSω
而Φm=BS,ω=,所以Em=
由Φ-t图线可知,Φm=2.0×10-2
Wb
T=6.28×10-2
s,所以Em=200
V。
(2)电动势的有效值E==100
V
U=E=×100
V=90
V=127.3
V。
(3)R上的功率为PR=
W=180
W。
答案:(1)200
V　(2)127.3
V　(3)180
W