2019-2020学年人教版物理选修3-2 5.2描绘交变电流的物理量课时训练（Word版）（含解析）
文档属性
| 名称 | 2019-2020学年人教版物理选修3-2 5.2描绘交变电流的物理量课时训练（Word版）（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 94.6KB | ||
| 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 | 2020-05-01 21:59:11 | ||
图片预览
文档简介
2019-2020学年人教版物理选修3-2
5.2描绘交变电流的物理量课时训练
一、不定项选择题
1．下列提到的交流电，不是指有效值的是( )
A．交流电压表的读数 B．保险丝熔断电流
C．电容器击穿电压 D．220 V交流电压
2．下列关于交变电流的说法正确的是( )
A．若交变电流的峰值为5 A，则它的最小值为－5 A
B．用交流电流表测交变电流时，指针来回摆动
C．我国工农业生产和生活用的交变电流频率为50 Hz，故电流方向每秒改变100次
D．正弦交变电流i＝20sin (10πt)A的峰值为20 A，频率为100 Hz
3．匝数为100的线圈通过如图所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分)，单匝线圈电阻r＝0.02 Ω，则在0～10 s内线圈产生的焦耳热为( )
A．80 J B．85 J
C．90 J D．125 J
4.线圈ABCD的面积是0.03 m2，共100匝，线圈电阻为2 Ω，外接纯电阻R为8 Ω，线圈处于如图所示匀强磁场中，磁感应强度为 T。自t＝0时刻起，线圈由中性面开始绕垂直于磁场方向的转轴逆时针匀速转动，角速度为 rad/s。下列说法正确的是( )
A．t＝0.05 s时，线圈中的电流方向为ABCDA
B．t＝0.05 s时，电流表的示数为2.5 A
C．t＝0.05 s时，线圈中的电流大小为2.5 A
D．t＝0.05 s时，穿过线圈的磁通量为 Wb
5．电阻R1、R2和交流电源按照图甲所示方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω。合上开关S后，通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t的变化情况如图乙所示，则( )
A．通过R1的电流的有效值是1.2 A
B．R1两端的电压有效值是6 V
C．通过R2的电流的有效值是1.2 A
D．R2两端的电压有效值是6 V
6．[多选]如图甲、乙分别表示两种电压的图像，其中图甲所示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是( )
A．图甲表示交流电，图乙表示直流电
B．两种电压的有效值相等
C．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝311sin (100πt)V
D．两种电压的周期相同
7.如图所示，线框匝数为N，面积为S，以角速度ω绕垂直磁感应强度为B的匀强磁场的轴匀速转动。线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想电流表A和二极管D。二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是( )
A．图示位置电流最大
B．R两端电压的有效值U＝NBS
C．交流电流表的示数I＝NBS
D．一个周期内通过R的电荷量q＝
8.如图所示是某小型交流发电机的示意图，其矩形线圈abcd的面积S＝0.03 m2，共有10匝，线圈总电阻为r＝1 Ω，线圈处于磁感应强度大小为 T的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO′转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路电阻R＝9 Ω的连接。线圈在外力作用下以恒定的角速度ω＝10π rad/s绕轴OO′匀速转动时，下列说法正确的是( )
A．电阻R的发热功率是3.6 W
B．理想交流电流表的示数是0.6 A
C．用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔一定为0.02 s
D．如果将电阻R换成标有“6 V 3 W”字样的小灯泡，小灯泡能正常工作
9.如图所示区域内存在匀强磁场，磁场的边界由x轴和y＝2sinx(0≤x≤2 m)曲线围成，现有一边长为2 m的正方形单匝线框在水平拉力F的作用下，以水平速度v＝10 m/s匀速穿过该磁场区，磁场区的磁感应强度为0.4 T，线框电阻R＝0.5 Ω，不计一切摩擦阻力，则( )
A．拉力F的最大值为8 N
B．拉力F的最大功率为12.8 W
C．拉力F要做25.6 J的功才能让线框通过此磁场区
D．拉力F要做12.8 J的功才能让线框通过此磁场区
10．在如图甲所示的电路中，电阻R2＝6R1，D1、D2为理想二极管，当输入如图乙所示的正弦交流电时，电压表的示数为( )
A. B.
C. D．U0
二、综合计算题
11．有一交流发电机模型，用示波器观察到它产生的感应电动势波形如图所示，求：
(1)电动势的最大值和有效值；
(2)当t＝ s时，电动势的瞬时值，并指出此时线圈相对于磁场的位置；
(3)已知线圈面积为16 cm2，共25匝，计算匀强磁场的磁感应强度。
12.如图所示，一个半径为r的半圆形单匝线圈，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(与ab垂直)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、电流表和连接导线的电阻不计，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)从图示位置起转过转的时间内，通过负载电阻R的电荷量；
(4)电流表的示数。
2019-2020学年人教版物理选修3-2
5.2描绘交变电流的物理量课时训练参考答案
1、解析：选C 电容器击穿电压指电容器两端所能承受电压的最大值。
2、解析：选C 电流的负值表示电流方向与规定正方向相反，不表示大小，A项错误；交流电流表测交变电流时，指针不会来回摆动，B项错误；我国工农业生产和生活用的交变电流，周期为0.02 s，交流电方向一个周期改变两次，所以每秒改变100次，C项正确；由ω＝2πf，得正弦交变电流i＝20sin (10πt)A的频率为 5 Hz，D项错误。
3、解析：选B 由交变电流的有效值定义知 A2R·＋(2 A)2R ·＝I2RT，该交变电流的有效值I＝ A，线圈的总电阻R总＝100×0.02 Ω＝2 Ω，由Q＝I2R总t，得Q＝85 J，选项B正确。
4、解析：选C 线圈转动的周期T＝＝0.6 s，当t＝0.05 s时，线圈位于前半个周期内，根据楞次定律可知电流的方向为ADCBA，故A错误；线圈转动产生的感应电动势的最大值为Em＝NBSω＝50 V，感应电动势的有效值E＝＝25 V，电流表测量的为有效值，根据闭合电路的欧姆定律可知I＝＝2.5 A，故B错误；产生的感应电动势的瞬时值e＝50sin t V，当t＝0.05 s时，产生的感应电动势的瞬时值为e＝50sinV＝25 V，线圈中的电流I＝＝2.5 A，故C正确；穿过线圈的磁通量的最大值Φ＝BS＝ Wb，磁通量随时间的变化关系Φ＝cos t Wb，当t＝0.05 s时，穿过线圈的磁通量为Φ＝ Wb，故D错误。
5、解析：选B 由题图乙可知，通过R1和R2的电流的有效值都是0.6 A，故A、C错；R1两端的电压有效值U1＝IR1＝6 V，故B对；R2两端的电压有效值U2＝IR2＝12 V，故D错。
6、解析：选CD 题图甲、乙都表示交流电，题图甲中有效值U＝ V，题图乙中的有效值不存在这一关系，所以它们的有效值不相等，A、B错误；由题图甲看出T＝2×10－2 s，ω＝＝100π rad/s，所以u＝311sin (100πt)V。由图像可知两种电压的周期都是2×10－2 s，C、D正确。
7、解析：选C 题图所示位置，线框位于中性面位置，线框产生的感应电动势的瞬时值为零，故回路中电流为零，最小，故A错误；矩形闭合导线框在磁场中转动，产生的交流电的电压最大值为：Em＝NBSω，二极管具有单向导电性，一个周期中只有一半时间电路中有电流，根据电流的热效应得：·＝T，解得：U＝，I＝＝，电流表的示数为有效值，所以电流表的示数为，故B错误，C正确；一个周期中只有一半时间电路中有电流，由＝，I＝，q＝It，得到电量为：q＝2，故D错误。
8、解析：选B 线圈中的感应电动势最大值为Em＝nBSω＝6 V，所以电动势有效值为E＝6 V，电流表的示数I＝＝0.6 A，电阻R的发热功率P＝I2R＝3.24 W，选项A错误，B正确；T＝＝0.2 s，故用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔是0.2 s，选项C错误；电动势有效值是6 V，但由于线圈有电阻，所以“6 V 3 W”的小灯泡不能正常工作，选项D错误。
9、解析：选C 当线框的BC边或AD边到达磁场区中线位置时，回路中电流最大，拉力F最大，拉力F的功率也最大，由E＝BLv，I＝，F安＝BIL可得，拉力F的最大值Fm＝F安＝＝12.8 N，拉力F的最大功率Pm＝Fmv＝128 W，选项A、B错误；由e＝Byv＝8sinV可知，线框中产生的是正弦交变电流，电动势的有效值为E＝ V＝4 V ，电流存在时间t＝＝0.4 s，故拉力F要做的总功为W＝t＝25.6 J，选项C正确，D错误。
10、解析：选C 由题意可知，0～时间内两电阻串联，则电路总电阻R＝R1＋R2，根据欧姆定律得出电压表读数U1＝R1＝，～T时间内电压反向，回路中只有电阻R1，则电路总电阻R′＝R1，根据欧姆定律得出电压表读数U2＝＝U0，根据交流电的有效值定义得·＋·＝T，解得U＝U0，故C正确。
11、解析：(1)由图像可知电动势的最大值Em＝5 V，根据正弦交流电的最大值和有效值的关系，
故有效值E＝Em≈3.5 V。
(2)因为e＝Emsin ωt＝5sin 100πt V，
当t＝ s时，有
e＝5sinV＝5 V
此时线圈平面跟磁感线平行。
(3)由于Em＝NBSω，则
B＝＝ T≈0.4 T。
答案：(1)5 V 3.5 V
(2)5 V 线圈平面跟磁感线平行 (3)0.4 T
12、解析：(1)设线圈从题图所示位置绕轴匀速转动时，在电路中产生的交变电流方向为正方向，则所产生的交变电流图像如图所示。
此交变电动势的最大值为Em＝BSω＝B··2πn＝π2Bnr2。
(2)在线圈从题图所示位置转过转的时间内，电动势的有效值为E＝＝
负载电阻上产生的热量为Q＝2R·＝。
(3)在线圈从题图所示位置转过转的时间内，电动势的平均值为＝
通过R的电荷量
q＝Δt＝·Δt＝＝。
(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·＝T，
解得E′＝
故电流表的示数为I＝＝。
答案：(1)π2Bnr2 (2) (3) (4)
5.2描绘交变电流的物理量课时训练
一、不定项选择题
1．下列提到的交流电，不是指有效值的是( )
A．交流电压表的读数 B．保险丝熔断电流
C．电容器击穿电压 D．220 V交流电压
2．下列关于交变电流的说法正确的是( )
A．若交变电流的峰值为5 A，则它的最小值为－5 A
B．用交流电流表测交变电流时，指针来回摆动
C．我国工农业生产和生活用的交变电流频率为50 Hz，故电流方向每秒改变100次
D．正弦交变电流i＝20sin (10πt)A的峰值为20 A，频率为100 Hz
3．匝数为100的线圈通过如图所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分)，单匝线圈电阻r＝0.02 Ω，则在0～10 s内线圈产生的焦耳热为( )
A．80 J B．85 J
C．90 J D．125 J
4.线圈ABCD的面积是0.03 m2，共100匝，线圈电阻为2 Ω，外接纯电阻R为8 Ω，线圈处于如图所示匀强磁场中，磁感应强度为 T。自t＝0时刻起，线圈由中性面开始绕垂直于磁场方向的转轴逆时针匀速转动，角速度为 rad/s。下列说法正确的是( )
A．t＝0.05 s时，线圈中的电流方向为ABCDA
B．t＝0.05 s时，电流表的示数为2.5 A
C．t＝0.05 s时，线圈中的电流大小为2.5 A
D．t＝0.05 s时，穿过线圈的磁通量为 Wb
5．电阻R1、R2和交流电源按照图甲所示方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω。合上开关S后，通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t的变化情况如图乙所示，则( )
A．通过R1的电流的有效值是1.2 A
B．R1两端的电压有效值是6 V
C．通过R2的电流的有效值是1.2 A
D．R2两端的电压有效值是6 V
6．[多选]如图甲、乙分别表示两种电压的图像，其中图甲所示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是( )
A．图甲表示交流电，图乙表示直流电
B．两种电压的有效值相等
C．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝311sin (100πt)V
D．两种电压的周期相同
7.如图所示，线框匝数为N，面积为S，以角速度ω绕垂直磁感应强度为B的匀强磁场的轴匀速转动。线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想电流表A和二极管D。二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是( )
A．图示位置电流最大
B．R两端电压的有效值U＝NBS
C．交流电流表的示数I＝NBS
D．一个周期内通过R的电荷量q＝
8.如图所示是某小型交流发电机的示意图，其矩形线圈abcd的面积S＝0.03 m2，共有10匝，线圈总电阻为r＝1 Ω，线圈处于磁感应强度大小为 T的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO′转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路电阻R＝9 Ω的连接。线圈在外力作用下以恒定的角速度ω＝10π rad/s绕轴OO′匀速转动时，下列说法正确的是( )
A．电阻R的发热功率是3.6 W
B．理想交流电流表的示数是0.6 A
C．用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔一定为0.02 s
D．如果将电阻R换成标有“6 V 3 W”字样的小灯泡，小灯泡能正常工作
9.如图所示区域内存在匀强磁场，磁场的边界由x轴和y＝2sinx(0≤x≤2 m)曲线围成，现有一边长为2 m的正方形单匝线框在水平拉力F的作用下，以水平速度v＝10 m/s匀速穿过该磁场区，磁场区的磁感应强度为0.4 T，线框电阻R＝0.5 Ω，不计一切摩擦阻力，则( )
A．拉力F的最大值为8 N
B．拉力F的最大功率为12.8 W
C．拉力F要做25.6 J的功才能让线框通过此磁场区
D．拉力F要做12.8 J的功才能让线框通过此磁场区
10．在如图甲所示的电路中，电阻R2＝6R1，D1、D2为理想二极管，当输入如图乙所示的正弦交流电时，电压表的示数为( )
A. B.
C. D．U0
二、综合计算题
11．有一交流发电机模型，用示波器观察到它产生的感应电动势波形如图所示，求：
(1)电动势的最大值和有效值；
(2)当t＝ s时，电动势的瞬时值，并指出此时线圈相对于磁场的位置；
(3)已知线圈面积为16 cm2，共25匝，计算匀强磁场的磁感应强度。
12.如图所示，一个半径为r的半圆形单匝线圈，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(与ab垂直)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、电流表和连接导线的电阻不计，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)从图示位置起转过转的时间内，通过负载电阻R的电荷量；
(4)电流表的示数。
2019-2020学年人教版物理选修3-2
5.2描绘交变电流的物理量课时训练参考答案
1、解析：选C 电容器击穿电压指电容器两端所能承受电压的最大值。
2、解析：选C 电流的负值表示电流方向与规定正方向相反，不表示大小，A项错误；交流电流表测交变电流时，指针不会来回摆动，B项错误；我国工农业生产和生活用的交变电流，周期为0.02 s，交流电方向一个周期改变两次，所以每秒改变100次，C项正确；由ω＝2πf，得正弦交变电流i＝20sin (10πt)A的频率为 5 Hz，D项错误。
3、解析：选B 由交变电流的有效值定义知 A2R·＋(2 A)2R ·＝I2RT，该交变电流的有效值I＝ A，线圈的总电阻R总＝100×0.02 Ω＝2 Ω，由Q＝I2R总t，得Q＝85 J，选项B正确。
4、解析：选C 线圈转动的周期T＝＝0.6 s，当t＝0.05 s时，线圈位于前半个周期内，根据楞次定律可知电流的方向为ADCBA，故A错误；线圈转动产生的感应电动势的最大值为Em＝NBSω＝50 V，感应电动势的有效值E＝＝25 V，电流表测量的为有效值，根据闭合电路的欧姆定律可知I＝＝2.5 A，故B错误；产生的感应电动势的瞬时值e＝50sin t V，当t＝0.05 s时，产生的感应电动势的瞬时值为e＝50sinV＝25 V，线圈中的电流I＝＝2.5 A，故C正确；穿过线圈的磁通量的最大值Φ＝BS＝ Wb，磁通量随时间的变化关系Φ＝cos t Wb，当t＝0.05 s时，穿过线圈的磁通量为Φ＝ Wb，故D错误。
5、解析：选B 由题图乙可知，通过R1和R2的电流的有效值都是0.6 A，故A、C错；R1两端的电压有效值U1＝IR1＝6 V，故B对；R2两端的电压有效值U2＝IR2＝12 V，故D错。
6、解析：选CD 题图甲、乙都表示交流电，题图甲中有效值U＝ V，题图乙中的有效值不存在这一关系，所以它们的有效值不相等，A、B错误；由题图甲看出T＝2×10－2 s，ω＝＝100π rad/s，所以u＝311sin (100πt)V。由图像可知两种电压的周期都是2×10－2 s，C、D正确。
7、解析：选C 题图所示位置，线框位于中性面位置，线框产生的感应电动势的瞬时值为零，故回路中电流为零，最小，故A错误；矩形闭合导线框在磁场中转动，产生的交流电的电压最大值为：Em＝NBSω，二极管具有单向导电性，一个周期中只有一半时间电路中有电流，根据电流的热效应得：·＝T，解得：U＝，I＝＝，电流表的示数为有效值，所以电流表的示数为，故B错误，C正确；一个周期中只有一半时间电路中有电流，由＝，I＝，q＝It，得到电量为：q＝2，故D错误。
8、解析：选B 线圈中的感应电动势最大值为Em＝nBSω＝6 V，所以电动势有效值为E＝6 V，电流表的示数I＝＝0.6 A，电阻R的发热功率P＝I2R＝3.24 W，选项A错误，B正确；T＝＝0.2 s，故用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔是0.2 s，选项C错误；电动势有效值是6 V，但由于线圈有电阻，所以“6 V 3 W”的小灯泡不能正常工作，选项D错误。
9、解析：选C 当线框的BC边或AD边到达磁场区中线位置时，回路中电流最大，拉力F最大，拉力F的功率也最大，由E＝BLv，I＝，F安＝BIL可得，拉力F的最大值Fm＝F安＝＝12.8 N，拉力F的最大功率Pm＝Fmv＝128 W，选项A、B错误；由e＝Byv＝8sinV可知，线框中产生的是正弦交变电流，电动势的有效值为E＝ V＝4 V ，电流存在时间t＝＝0.4 s，故拉力F要做的总功为W＝t＝25.6 J，选项C正确，D错误。
10、解析：选C 由题意可知，0～时间内两电阻串联，则电路总电阻R＝R1＋R2，根据欧姆定律得出电压表读数U1＝R1＝，～T时间内电压反向，回路中只有电阻R1，则电路总电阻R′＝R1，根据欧姆定律得出电压表读数U2＝＝U0，根据交流电的有效值定义得·＋·＝T，解得U＝U0，故C正确。
11、解析：(1)由图像可知电动势的最大值Em＝5 V，根据正弦交流电的最大值和有效值的关系，
故有效值E＝Em≈3.5 V。
(2)因为e＝Emsin ωt＝5sin 100πt V，
当t＝ s时，有
e＝5sinV＝5 V
此时线圈平面跟磁感线平行。
(3)由于Em＝NBSω，则
B＝＝ T≈0.4 T。
答案：(1)5 V 3.5 V
(2)5 V 线圈平面跟磁感线平行 (3)0.4 T
12、解析：(1)设线圈从题图所示位置绕轴匀速转动时，在电路中产生的交变电流方向为正方向，则所产生的交变电流图像如图所示。
此交变电动势的最大值为Em＝BSω＝B··2πn＝π2Bnr2。
(2)在线圈从题图所示位置转过转的时间内，电动势的有效值为E＝＝
负载电阻上产生的热量为Q＝2R·＝。
(3)在线圈从题图所示位置转过转的时间内，电动势的平均值为＝
通过R的电荷量
q＝Δt＝·Δt＝＝。
(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·＝T，
解得E′＝
故电流表的示数为I＝＝。
答案：(1)π2Bnr2 (2) (3) (4)