第五章 特训交变电流的“四值” 单元测试 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 第五章 特训交变电流的“四值” 单元测试 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 367.5KB | ||
| 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 | 2019-03-15 17:38:10 | ||
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文档简介
特训:交变电流的“四值”
?(多选)下面关于交变电流的说法中正确的是 ( )
A.交流电气设备上所标的电压和电流值是交流的最大值
B.用交流电流表和交流电压表测定的数值是交流的瞬时值
C.在没有特别说明的情况下,给定的交流数值都是指有效值
D.对同一电阻通电相同时间,跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值
?(多选)一交流电压的图像如图T3-1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 ( )
图T3-1
A.该电阻消耗的功率为1100 W
B.该交流电压的瞬时值表达式为u=1102sin 100πt(V)
C.并联在该电阻两端的交流电压表的示数为110 V
D.该电阻中电流方向每秒改变50次
?单匝矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,从中性面开始转动180°的过程中,平均感应电动势和感应电动势的有效值之比为 ( )
A.1 B.π24
C.22π D.无法求解
?通过一阻值R=100 Ω的电阻的交变电流如图T3-2所示,其周期为1 s,则该电阻两端电压的有效值为 ( )
图T3-2
A.12 V B.410 V
C.15 V D.85 V
?如图T3-3所示,实验室有一台手摇交流发电机,内阻 r=1.0 Ω,外接R=9.0 Ω的电阻.闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时, 产生的电动势e=10 2sin 10πt(V),则( )
图T3-3
A.该交变电流的频率为10 Hz
B.该电动势的有效值为10 2 V
C.外接电阻R所消耗的电功率为10 W
D.电路中理想交流电流表A的示数为1.0 A
?[2017·山东德州陵城一中高二单元测试] 把一电热器接到100 V的直流电源上,在t时间内产生的热量为Q,若将它分别接到u1=100sin ωt(V)和u2=50sin 2ωt(V)的交流电源上,仍要产生热量Q,则所需时间分别是 ( )
A.t和2t B.t和t
C.2t和2t D.2t和8t
?(多选)一个单匝矩形金属线框的面积为S,线框在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,从线框平面与磁场垂直的位置开始计时,转速为n,则 ( )
A.线框产生的交变电动势的最大值为nπBS
B.线框产生的交变电动势的有效值为2nπBS
C.从开始转动经过14周期,线框中的平均感应电动势为2nBS
D.线框产生的交变电动势的瞬时值表达式为e=2nπBSsin 2nπt
?[2017·四川绵阳中学高二期中] 如图T3-4甲所示,标有“220 V 40 W”的灯泡和标有“20 μF 300 V”的电容器并联到交流电源上,V为交流电压表,交流电源的输出电压如图乙所示.闭合开关,下列判断正确的是 ( )
图T3-4
A.t=T2时刻,V的示数为零
B.灯泡恰好正常发光
C.电容器不可能被击穿
D.V的示数保持1102 V不变
?如图T3-5所示,电阻R1与R2的阻值相同,都为R,和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大),在A、B间加u=202sin 100πt(V)的正弦交流电,则加在电阻R2上的电压有效值为( )
图T3-5
A.10 V B.20 V C.15 V D.510 V
如图T3-6甲所示,将阻值R=5 Ω的电阻接到内阻不计的正弦交变电源上,电流随时间变化的规律如图乙所示(电流表串联在电路中测量电流的大小).下列说法正确的是( )
图T3-6
A.电阻R两端电压变化规律的函数表达式为u=2.5sin 100πt (V)
B.电阻R消耗的电功率为1.25 W
C.若此交变电流由一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO'匀速转动产生,如图丙所示,当线圈的转速提升一倍时,电流表的示数为1 A
D.此交变电流与图丁所示的电流比较,其有效值之比为1∶2
(多选)如图T3-7所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,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OO'轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R.当线圈由图示位置转过90°的过程中,下列判断不正确的是 ( )
图T3-7
A.电压表的读数为NBSωR2(R+r)
B.通过电阻的电荷量为NBS2(R+r)
C.电阻所产生的焦耳热为πN2B2S2ωR4(R+r)2
D.线圈由图示位置转过60°时的电流为NBSω2(R+r)
如图T3-8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轴位于磁场边界),则线框内产生的感应电流的有效值为 ( )
图T3-8
A.BL2ω2R B.2BL2ω2R
C.2BL2ω4R D.BL2ω4R
[2017·西北工大附中高二期末] 如图T3-9所示,一个半径为r的半圆形线圈以直径ab为轴匀速转动,转速为n,ab的左侧有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,M和N是两个集流环,负载电阻为R,线圈、电流表和导线的电阻不计,求:
(1)感应电动势的最大值;
(2)从图示位置起转过14转的时间内负载电阻R上产生的热量;
(3)从图示位置起转过14转的时间内通过负载电阻R的电荷量;
(4)电流表的示数.
图T3-9
1.CD [解析] 交流电气设备上所标的电压和电流及交流电表的测定值均为有效值,A、B错误;根据有效值的定义,D正确;通常情况下,如果没有特别说明,给出的交流值均为有效值,C正确.
2.BC [解析] 该交流电压的有效值为110 V,所以该电阻消耗的功率P=U2R=550 W,A错误;该交流电压的峰值为1102 V,周期T=0.02 s,初相位为0,故该交流电压的瞬时值表达式为u=1102sin 100πt(V),B正确;电压表的示数等于有效值,C正确;频率为50 Hz,故电流方向每秒改变100次,D错误.
3.C [解析] 平均感应电动势E=2BST2=4BS2πω=2BSωπ=2πEm,而感应电动势的有效值E=Em2,因此EE=22π,选项C正确.
4.B [解析] 由有效值定义得U2R×1 s=(0.1 A)2×R×0.4 s×2+(0.2 A)2×R×0.1 s×2,其中R=100 Ω,解得U=410 V,B正确.
5.D [解析] 由交变电动势的瞬时值表达式e=Emsin ωt可知,Em=102 V,ω=10π rad/s,所以该电动势的有效值E=Em2=10 V,该交变电流的频率f=ω2π=5 Hz,A、B错误;电流表的示数表示电路中电流的有效值,即I=ER+r=1 A,外电阻R消耗的电功率P=I2R=9 W,C错误,D正确.
6.D [解析] 直流电和交流电求解焦耳热都可以运用焦耳定律,对于交流电,要用有效值求解热量.设电热器的电阻为R,当电热器接在U=100 V的直流电源上时,Q=U2Rt,当电热器改接到交流电源1上时,Q=Um122Rt',根据Um1=100 V,解得t'=2t;当电热器改接到交流电源2上时,Q=Um222Rt″,根据Um2=50 V,解得t″=8t,故D正确,A、B、C错误.
7.BD [解析] 线框产生的交变电动势的最大值为Em=BSω=2nπBS,交变电动势的瞬时值表达式为e=2nπBSsin 2nπt,A错误,D正确;交变电动势的有效值为E=Em2=2nπBS,B正确;经过14周期,线框中的平均感应电动势E=ΔΦΔt=4nBS,C错误.
8.B [解析] 由图乙可知,电源的输出电压的有效值为220 V,故灯泡恰好正常发光,B正确;交流电压的最大值为311 V,超过电容器的标称电压,故电容器有可能被击穿,C错误;交流电压表测的是交流电压的有效值,故电压表的示数始终为为220 V,D错误.
9.D [解析] 由二极管的单向导电性可知,加在电阻R2上的电压的半个周期最大值为202 V,而另半个周期最大值为102 V.由有效值的定义可得,加在电阻R2上的电压有效值为510 V,选项D正确.
10.D [解析] 此交变电流的最大值为Im=0.5 A,周期为T=0.01 s,则Um=ImR=2.5 V,ω=2πT=200π rad/s,所以电阻R两端电压的表达式为u=2.5sin 200πt(V),A错误;该交变电流的有效值为I=Im2,故电阻R消耗的电功率为P=I2R=0.625 W,B错误;若该交变电流由图丙所示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生,当转速提升一倍时,电动势的最大值Em=nBSω为原来的2倍,电路中电流的有效值也是原来的2倍,为2×0.52 A=22 A,故电流表的示数为22 A,C错误;图乙中的正弦交变电流的有效值为0.52 A,图丁所示的交变电流虽然方向发生变化,但大小恒为0.5 A,可知两者有效值之比为1∶2,D正确.
11.BD [解析] 线圈产生的交变电动势的最大值Em=NBSω,电动势的有效值E=NBSω2,电压表的读数等于路端电压,且为有效值,则U=NBSωR2(R+r),A正确;线圈转过90°,通过电阻的电荷量q=IΔt=NΔΦR+r=NBSR+r,B错误;电阻产生的焦耳热Q=I2Rt=ER+r2R·π2ω=πN2B2S2Rω4(R+r)2,C正确;线圈由图示位置转过60°时的电流i=EmR+rsinπ3=3NBSω2(R+r),D错误.
12.D [解析] 交变电流的有效值是根据电流的热效应得出的,线框全部进入磁场中时,因磁通量不变,故没有感应电流产生,所以只有线框进入和穿出磁场的过程中有感应电流.设线框转动周期为T,而线框转动一周只有T4的时间内有感应电流,根据有效值的定义,有BLωL2R2RT4=I2RT,解得I=BL2ω4R,选项D正确.
13.(1)π2Bnr2 (2)π4B2nr48R (3)πBr22R (4)π2r2nB2R
[解析] (1)线圈绕轴ab匀速转动时,在电路中产生如图所示的交变电流.
此交变电动势的最大值为Em=BSω=B·πr22·2πn=π2Bnr2.
(2)在转过14转的时间内线圈一直切割磁感线,则产生的热量Q=Em22R×T4=π4B2nr48R.
(3)在线圈从图示位置转过14转的时间内,电动势的平均值为E=ΔΦΔt
通过R的电荷量q=I·Δt=ER·Δt=ΔΦR=πBr22R.
(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E',由有效值的定义得Em22R·T2=E'2RT
解得E'=Em2
故电流表的示数为I=E'R=π2r2nB2R.
?(多选)下面关于交变电流的说法中正确的是 ( )
A.交流电气设备上所标的电压和电流值是交流的最大值
B.用交流电流表和交流电压表测定的数值是交流的瞬时值
C.在没有特别说明的情况下,给定的交流数值都是指有效值
D.对同一电阻通电相同时间,跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值
?(多选)一交流电压的图像如图T3-1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 ( )
图T3-1
A.该电阻消耗的功率为1100 W
B.该交流电压的瞬时值表达式为u=1102sin 100πt(V)
C.并联在该电阻两端的交流电压表的示数为110 V
D.该电阻中电流方向每秒改变50次
?单匝矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,从中性面开始转动180°的过程中,平均感应电动势和感应电动势的有效值之比为 ( )
A.1 B.π24
C.22π D.无法求解
?通过一阻值R=100 Ω的电阻的交变电流如图T3-2所示,其周期为1 s,则该电阻两端电压的有效值为 ( )
图T3-2
A.12 V B.410 V
C.15 V D.85 V
?如图T3-3所示,实验室有一台手摇交流发电机,内阻 r=1.0 Ω,外接R=9.0 Ω的电阻.闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时, 产生的电动势e=10 2sin 10πt(V),则( )
图T3-3
A.该交变电流的频率为10 Hz
B.该电动势的有效值为10 2 V
C.外接电阻R所消耗的电功率为10 W
D.电路中理想交流电流表A的示数为1.0 A
?[2017·山东德州陵城一中高二单元测试] 把一电热器接到100 V的直流电源上,在t时间内产生的热量为Q,若将它分别接到u1=100sin ωt(V)和u2=50sin 2ωt(V)的交流电源上,仍要产生热量Q,则所需时间分别是 ( )
A.t和2t B.t和t
C.2t和2t D.2t和8t
?(多选)一个单匝矩形金属线框的面积为S,线框在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,从线框平面与磁场垂直的位置开始计时,转速为n,则 ( )
A.线框产生的交变电动势的最大值为nπBS
B.线框产生的交变电动势的有效值为2nπBS
C.从开始转动经过14周期,线框中的平均感应电动势为2nBS
D.线框产生的交变电动势的瞬时值表达式为e=2nπBSsin 2nπt
?[2017·四川绵阳中学高二期中] 如图T3-4甲所示,标有“220 V 40 W”的灯泡和标有“20 μF 300 V”的电容器并联到交流电源上,V为交流电压表,交流电源的输出电压如图乙所示.闭合开关,下列判断正确的是 ( )
图T3-4
A.t=T2时刻,V的示数为零
B.灯泡恰好正常发光
C.电容器不可能被击穿
D.V的示数保持1102 V不变
?如图T3-5所示,电阻R1与R2的阻值相同,都为R,和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大),在A、B间加u=202sin 100πt(V)的正弦交流电,则加在电阻R2上的电压有效值为( )
图T3-5
A.10 V B.20 V C.15 V D.510 V
如图T3-6甲所示,将阻值R=5 Ω的电阻接到内阻不计的正弦交变电源上,电流随时间变化的规律如图乙所示(电流表串联在电路中测量电流的大小).下列说法正确的是( )
图T3-6
A.电阻R两端电压变化规律的函数表达式为u=2.5sin 100πt (V)
B.电阻R消耗的电功率为1.25 W
C.若此交变电流由一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO'匀速转动产生,如图丙所示,当线圈的转速提升一倍时,电流表的示数为1 A
D.此交变电流与图丁所示的电流比较,其有效值之比为1∶2
(多选)如图T3-7所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,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OO'轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R.当线圈由图示位置转过90°的过程中,下列判断不正确的是 ( )
图T3-7
A.电压表的读数为NBSωR2(R+r)
B.通过电阻的电荷量为NBS2(R+r)
C.电阻所产生的焦耳热为πN2B2S2ωR4(R+r)2
D.线圈由图示位置转过60°时的电流为NBSω2(R+r)
如图T3-8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轴位于磁场边界),则线框内产生的感应电流的有效值为 ( )
图T3-8
A.BL2ω2R B.2BL2ω2R
C.2BL2ω4R D.BL2ω4R
[2017·西北工大附中高二期末] 如图T3-9所示,一个半径为r的半圆形线圈以直径ab为轴匀速转动,转速为n,ab的左侧有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,M和N是两个集流环,负载电阻为R,线圈、电流表和导线的电阻不计,求:
(1)感应电动势的最大值;
(2)从图示位置起转过14转的时间内负载电阻R上产生的热量;
(3)从图示位置起转过14转的时间内通过负载电阻R的电荷量;
(4)电流表的示数.
图T3-9
1.CD [解析] 交流电气设备上所标的电压和电流及交流电表的测定值均为有效值,A、B错误;根据有效值的定义,D正确;通常情况下,如果没有特别说明,给出的交流值均为有效值,C正确.
2.BC [解析] 该交流电压的有效值为110 V,所以该电阻消耗的功率P=U2R=550 W,A错误;该交流电压的峰值为1102 V,周期T=0.02 s,初相位为0,故该交流电压的瞬时值表达式为u=1102sin 100πt(V),B正确;电压表的示数等于有效值,C正确;频率为50 Hz,故电流方向每秒改变100次,D错误.
3.C [解析] 平均感应电动势E=2BST2=4BS2πω=2BSωπ=2πEm,而感应电动势的有效值E=Em2,因此EE=22π,选项C正确.
4.B [解析] 由有效值定义得U2R×1 s=(0.1 A)2×R×0.4 s×2+(0.2 A)2×R×0.1 s×2,其中R=100 Ω,解得U=410 V,B正确.
5.D [解析] 由交变电动势的瞬时值表达式e=Emsin ωt可知,Em=102 V,ω=10π rad/s,所以该电动势的有效值E=Em2=10 V,该交变电流的频率f=ω2π=5 Hz,A、B错误;电流表的示数表示电路中电流的有效值,即I=ER+r=1 A,外电阻R消耗的电功率P=I2R=9 W,C错误,D正确.
6.D [解析] 直流电和交流电求解焦耳热都可以运用焦耳定律,对于交流电,要用有效值求解热量.设电热器的电阻为R,当电热器接在U=100 V的直流电源上时,Q=U2Rt,当电热器改接到交流电源1上时,Q=Um122Rt',根据Um1=100 V,解得t'=2t;当电热器改接到交流电源2上时,Q=Um222Rt″,根据Um2=50 V,解得t″=8t,故D正确,A、B、C错误.
7.BD [解析] 线框产生的交变电动势的最大值为Em=BSω=2nπBS,交变电动势的瞬时值表达式为e=2nπBSsin 2nπt,A错误,D正确;交变电动势的有效值为E=Em2=2nπBS,B正确;经过14周期,线框中的平均感应电动势E=ΔΦΔt=4nBS,C错误.
8.B [解析] 由图乙可知,电源的输出电压的有效值为220 V,故灯泡恰好正常发光,B正确;交流电压的最大值为311 V,超过电容器的标称电压,故电容器有可能被击穿,C错误;交流电压表测的是交流电压的有效值,故电压表的示数始终为为220 V,D错误.
9.D [解析] 由二极管的单向导电性可知,加在电阻R2上的电压的半个周期最大值为202 V,而另半个周期最大值为102 V.由有效值的定义可得,加在电阻R2上的电压有效值为510 V,选项D正确.
10.D [解析] 此交变电流的最大值为Im=0.5 A,周期为T=0.01 s,则Um=ImR=2.5 V,ω=2πT=200π rad/s,所以电阻R两端电压的表达式为u=2.5sin 200πt(V),A错误;该交变电流的有效值为I=Im2,故电阻R消耗的电功率为P=I2R=0.625 W,B错误;若该交变电流由图丙所示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生,当转速提升一倍时,电动势的最大值Em=nBSω为原来的2倍,电路中电流的有效值也是原来的2倍,为2×0.52 A=22 A,故电流表的示数为22 A,C错误;图乙中的正弦交变电流的有效值为0.52 A,图丁所示的交变电流虽然方向发生变化,但大小恒为0.5 A,可知两者有效值之比为1∶2,D正确.
11.BD [解析] 线圈产生的交变电动势的最大值Em=NBSω,电动势的有效值E=NBSω2,电压表的读数等于路端电压,且为有效值,则U=NBSωR2(R+r),A正确;线圈转过90°,通过电阻的电荷量q=IΔt=NΔΦR+r=NBSR+r,B错误;电阻产生的焦耳热Q=I2Rt=ER+r2R·π2ω=πN2B2S2Rω4(R+r)2,C正确;线圈由图示位置转过60°时的电流i=EmR+rsinπ3=3NBSω2(R+r),D错误.
12.D [解析] 交变电流的有效值是根据电流的热效应得出的,线框全部进入磁场中时,因磁通量不变,故没有感应电流产生,所以只有线框进入和穿出磁场的过程中有感应电流.设线框转动周期为T,而线框转动一周只有T4的时间内有感应电流,根据有效值的定义,有BLωL2R2RT4=I2RT,解得I=BL2ω4R,选项D正确.
13.(1)π2Bnr2 (2)π4B2nr48R (3)πBr22R (4)π2r2nB2R
[解析] (1)线圈绕轴ab匀速转动时,在电路中产生如图所示的交变电流.
此交变电动势的最大值为Em=BSω=B·πr22·2πn=π2Bnr2.
(2)在转过14转的时间内线圈一直切割磁感线,则产生的热量Q=Em22R×T4=π4B2nr48R.
(3)在线圈从图示位置转过14转的时间内,电动势的平均值为E=ΔΦΔt
通过R的电荷量q=I·Δt=ER·Δt=ΔΦR=πBr22R.
(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E',由有效值的定义得Em22R·T2=E'2RT
解得E'=Em2
故电流表的示数为I=E'R=π2r2nB2R.