第五章交变电流2描述交变电流的物理量分层训练新人教版选修3_2
文档属性
| 名称 | 第五章交变电流2描述交变电流的物理量分层训练新人教版选修3_2 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 336.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-09-27 17:36:03 | ||
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文档简介
2 描述交变电流的物理量
A级 抓基础
1．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，从中性面开始转动180°角的过程中，平均感应电动势和最大感应电动势之比为( )
A. B.
C．2π D．π
解析：由＝＝＝，Em＝BSω＝BS·＝，可得＝.
答案：B
2．一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T.从中性面开始计时，当t＝T时，线圈中感应电动势的瞬时值为2 V，则此交变电流的有效值为( )
A．2 V B．2 V
C. V D. V
解析：先用代入法求出感应电动势的最大值：由e＝Emsin ωt得2 V＝Emsin，由此得Em＝4 V，因此有效值为2 V，选项A正确．
答案：A
3.(多选)一交流电压的图象如图所示．将该交流电压加在一阻值为22 Ω的电阻两端，下列说法中正确的是 ( )
A．该电阻消耗的功率为550 W
B．该交流电压的瞬时值表达式为u＝110sin 100πt V
C．并联在该电阻两端的交流电压表的示数为110 V
D．流过电阻的电流方向每秒改变50次
解析：由题图可知Um＝110 V，而电压表示数应为有效值即110 V，C错误；又T＝0.02 s，故f＝50 Hz，电流方向每周期改变两次，所以每秒改变100次，D错误；ω＝＝100π rad/s，所以B正确；P＝＝550 W，A正确．
答案：AB
4.在如图所示电路中，A是熔断电流I0＝2 A的保险丝，R是可变电阻，S是交流电源．交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是e＝220sin 314t V．为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于( )
A．110Ω B．110Ω
C．220Ω D．220Ω
解析：U＝220 V，Rmin＝＝Ω＝110Ω.
答案：B
B级 提能力
5．图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为1Ω，外接灯泡的电阻为9Ω，则( )
A．电压表的示数为6 V
B．在t＝10－2s的时刻，穿过线圈的磁通量为零
C．若线圈转速改为25 r/s，则电动势的有效值为3 V
D．若线圈转速改为25 r/s，则通过电灯的电流为1.2 A
解析：电压表的示数是有效值，U＝R＝×9 V＝5.4 V，A错误；t＝10－2 s时感应电动势为零，穿过线圈的磁通量最大，B错误；原来线圈的转速为n＝＝＝50 r/s，当线圈的转速改为25 r/s时，感应电动势的最大值Um＝ V＝3 V，有效值为3 V，C正确；若线圈转速改为25 r/s，通过灯泡的电流为0.3 A，D错误．
答案：C
6.(多选)如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，其电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线O′O恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B.若线圈从图示位置开始以角速度ω绕轴O′O匀速转动，则以下判断正确的是( )
A．图示位置线圈中的感应电动势最大，为Em＝BL2ω
B．闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝
D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝
解析：图示位置，线圈中通过的磁通量最大，但感应电动势为零，A错误；线圈产生的感应电动势最大值为Em＝BL2ω，故对应的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt，B正确；由q＝可得线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量q＝，C错误；电阻R上产生的热量应利用有效值求解，即转动一周的过程中产生的热量：Q＝R×＝，D正确．
答案：BD
7．如图所示的区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位子磁场边界)．则线框内产生的感应电流的有效值为( )
A. B.
C. D.
解析：线框转动的角速度为ω，进磁场的过程用时个周期，出磁场的过程用时个周期，进、出磁场时产生的感应电流大小都为I′＝，则转动一周产生的感应电流的有效值满足I2RT＝R×T，解得I＝.D正确．
答案：D
8．两个完全相同的电热器，分别通过如图(a)和图(b)所示的电流最大值相等的方波交变电流和正弦交变电流，则这两个电热器的电功率之比Pa∶Pb等于多少？
解析：有效值与最大值的关系I＝仅对正弦交变电流适用，即对于图(b)才有Ib＝，Pb＝IR＝IR，对于图
(a)的方波交变电流来说，由于每时刻通过电阻R的电流都是Im，只是方向做周期性变化，而对于电流通过电阻发热来说，它与电流方向是没有关系的．因此从热效应来说，图(a)的交变电流与恒定电流Im是等效的，也可以说图(a)交变电流的有效值就是Im.
因此Ia＝Im，Pa＝IR＝IR，所以Pa∶Pb＝1∶＝2∶1.
9．一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.
(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向．
(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？
(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？
(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？
(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的电量是多少？
(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？
解析：(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba，
(2)Em＝NBSω＝NBL2ω.
(3)线圈平面与B成60°角时的瞬时感应电动势：
e＝Emcos 60°＝NBL2ω.
(4)电动势的有效值：E＝；电流的有效值I＝，
柴油机做的功转化为电能，线圈转一周柴油机做的功：
W＝EIt＝t＝·＝.
(6)电流表显示电流的有效值，则读数为：
I＝＝；
电压表显示路端电压的有效值，则读数为：
U＝IR＝.
A级 抓基础
1．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，从中性面开始转动180°角的过程中，平均感应电动势和最大感应电动势之比为( )
A. B.
C．2π D．π
解析：由＝＝＝，Em＝BSω＝BS·＝，可得＝.
答案：B
2．一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T.从中性面开始计时，当t＝T时，线圈中感应电动势的瞬时值为2 V，则此交变电流的有效值为( )
A．2 V B．2 V
C. V D. V
解析：先用代入法求出感应电动势的最大值：由e＝Emsin ωt得2 V＝Emsin，由此得Em＝4 V，因此有效值为2 V，选项A正确．
答案：A
3.(多选)一交流电压的图象如图所示．将该交流电压加在一阻值为22 Ω的电阻两端，下列说法中正确的是 ( )
A．该电阻消耗的功率为550 W
B．该交流电压的瞬时值表达式为u＝110sin 100πt V
C．并联在该电阻两端的交流电压表的示数为110 V
D．流过电阻的电流方向每秒改变50次
解析：由题图可知Um＝110 V，而电压表示数应为有效值即110 V，C错误；又T＝0.02 s，故f＝50 Hz，电流方向每周期改变两次，所以每秒改变100次，D错误；ω＝＝100π rad/s，所以B正确；P＝＝550 W，A正确．
答案：AB
4.在如图所示电路中，A是熔断电流I0＝2 A的保险丝，R是可变电阻，S是交流电源．交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是e＝220sin 314t V．为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于( )
A．110Ω B．110Ω
C．220Ω D．220Ω
解析：U＝220 V，Rmin＝＝Ω＝110Ω.
答案：B
B级 提能力
5．图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为1Ω，外接灯泡的电阻为9Ω，则( )
A．电压表的示数为6 V
B．在t＝10－2s的时刻，穿过线圈的磁通量为零
C．若线圈转速改为25 r/s，则电动势的有效值为3 V
D．若线圈转速改为25 r/s，则通过电灯的电流为1.2 A
解析：电压表的示数是有效值，U＝R＝×9 V＝5.4 V，A错误；t＝10－2 s时感应电动势为零，穿过线圈的磁通量最大，B错误；原来线圈的转速为n＝＝＝50 r/s，当线圈的转速改为25 r/s时，感应电动势的最大值Um＝ V＝3 V，有效值为3 V，C正确；若线圈转速改为25 r/s，通过灯泡的电流为0.3 A，D错误．
答案：C
6.(多选)如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，其电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线O′O恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B.若线圈从图示位置开始以角速度ω绕轴O′O匀速转动，则以下判断正确的是( )
A．图示位置线圈中的感应电动势最大，为Em＝BL2ω
B．闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝
D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝
解析：图示位置，线圈中通过的磁通量最大，但感应电动势为零，A错误；线圈产生的感应电动势最大值为Em＝BL2ω，故对应的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt，B正确；由q＝可得线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量q＝，C错误；电阻R上产生的热量应利用有效值求解，即转动一周的过程中产生的热量：Q＝R×＝，D正确．
答案：BD
7．如图所示的区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位子磁场边界)．则线框内产生的感应电流的有效值为( )
A. B.
C. D.
解析：线框转动的角速度为ω，进磁场的过程用时个周期，出磁场的过程用时个周期，进、出磁场时产生的感应电流大小都为I′＝，则转动一周产生的感应电流的有效值满足I2RT＝R×T，解得I＝.D正确．
答案：D
8．两个完全相同的电热器，分别通过如图(a)和图(b)所示的电流最大值相等的方波交变电流和正弦交变电流，则这两个电热器的电功率之比Pa∶Pb等于多少？
解析：有效值与最大值的关系I＝仅对正弦交变电流适用，即对于图(b)才有Ib＝，Pb＝IR＝IR，对于图
(a)的方波交变电流来说，由于每时刻通过电阻R的电流都是Im，只是方向做周期性变化，而对于电流通过电阻发热来说，它与电流方向是没有关系的．因此从热效应来说，图(a)的交变电流与恒定电流Im是等效的，也可以说图(a)交变电流的有效值就是Im.
因此Ia＝Im，Pa＝IR＝IR，所以Pa∶Pb＝1∶＝2∶1.
9．一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.
(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向．
(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？
(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？
(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？
(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的电量是多少？
(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？
解析：(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba，
(2)Em＝NBSω＝NBL2ω.
(3)线圈平面与B成60°角时的瞬时感应电动势：
e＝Emcos 60°＝NBL2ω.
(4)电动势的有效值：E＝；电流的有效值I＝，
柴油机做的功转化为电能，线圈转一周柴油机做的功：
W＝EIt＝t＝·＝.
(6)电流表显示电流的有效值，则读数为：
I＝＝；
电压表显示路端电压的有效值，则读数为：
U＝IR＝.