2020-2021学年高二物理人教版（2019）选择性必修第二册同步课时作业（10）交变电流的描述

2020-2021学年高二物理人教版（2019）选择性必修第二册同步课时作业（10）交变电流的描述
1.如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成，则这种交变电流的有效值为( )
A. B. C. D.
2.两个相同的电阻，分别通以如图甲、乙所示的正弦式交变电流和方波式交变电流，两种交变电流的最大值相等、周期相等.则在一个周期内，正弦式交变电流在电阻上产生的焦耳热与方波式交变电流在电阻上产生的焦耳热之比等于( )
A.3:1 B.1:2 C.2:1 D.4:3
3.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流的电动势为.关于这个交变电流，下列说法中正确的是( )
A.电动势的有效值为220 V B.交变电流的频率为100 Hz
C.电动势的最大值为220 V D.时，线圈平面与中性面垂直
4.如图所示，交流发电机线圈电阻，用电器电阻，闭合开关S，电压表示数为9 V，则该交流发电机( )
A.产生的感应电动势的峰值为10 V
B.产生的感应电动势的有效值为9 V
C.线圈通过中性面时产生的感应电动势的瞬时值为
D.线圈自中性面转过90°的过程中平均感应电动势为
5.如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图像如图线b所示.以下关于这两个正弦交流电的说法中正确的是( )
A.线圈先后两次转速之比为1:2
B.交流电b电压的最大值为
C.交流电a的电压瞬时值表达式
D.在图中时刻穿过线圈的磁通量为零
6.如图甲所示为发电机的构造示意图，产生的电动势随时间变化的图象如图乙所示.发电机线圈的内阻为1 Ω，外接电阻的阻值为99 Ω，下列说法正确的是( )
A.电压表示数为220 V B.电流表示数为2.2 A
C.时，穿过线圈的磁通量最大 D.电流方向每秒变化50次
7.甲图为小型交流发电机的原理图，发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从时刻开始，通过矩形线圈的磁通量随时间变化的规律如图乙所示，已知线圈的匝数，线圈的电阻，线圈与外电路连接的定值电阻，电压表为理想交流电表.则下列判断正确的是( )
A.线圈转动的周期为6.28 s
B.时刻线圈平面与磁感线平行
C.线圈转动过程中产生的最大电动势为
D.电压表的示数为
8.如图所示，边长为L的正方形单匝线圈，其电阻为r，外电路的电阻为的中点和的中点的连线与轴重合且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绕轴匀速转动，则以下判断正确的是( )
A.线圈在图示位置的感应电动势最大，为
B.线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为
C.线圈从图示位置转过的过程中，流过电阻R的电荷量为
D.线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为
9.如图甲所示，两根光滑平行金属导轨水平放置，间距为L，其间有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度为B，垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒，从时刻起，棒上有如图乙所示的持续交变电流I，周期为T，最大值为，图甲中I的方向为电流正方向，若不考虑切割产生的磁效应，则金属棒( )
A.一直向右移动 B.速度随时间周期性变化
C.受到的安培力随时间周期性变化 D.受到的安培力在一个周期内做正功
10.如图所示，某交流发电机的线圈共n匝，面积为S，内阻为r，线圈两端与电阻构成闭合回路.当线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度ω绕轴匀速转动时，下列说法正确的是( )
A.线圈产生的感应电动势的有效值
B.从图示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量
C.线圈经过中性面时，感应电流达到最大值
D.线圈中的电流每经过时间方向改变一次
11.如图所示，N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴匀速转动，线框面积为S，线框的电阻、电感均不计，外电路接有阻值为R的电阻、理想交流电流表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.交流电流表的示数 B.一个周期内通过电阻的电荷量
C.电阻两端电压的有效值 D.图示位置电流表的示数为0
12.如图为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线圈的面积为S，共有n匝，线圈总电阻为r，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴转动；线圈处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路电阻R的连接.在外力作用下线圈以恒定的角速度ω绕轴匀速转动(不计转动轴及滑环与电刷的摩擦).
(1)推导发电机线圈产生的感应电动势最大值的表达式；
(2)求线圈从图示位置转过时电流表的示数；
(3)求线圈转动N周过程中发电机线圈电阻r产生的焦耳热.
答案以及解析
1.答案：D
解析：设交变电流的有效值为I，根据有效值的定义可得，解得，故选D.
2.答案：B
解析：两种交变电流的最大值均为，正弦式交变电流的有效值为，方波式交变电流的有效值为.根据焦耳定律得，则，故选B.
3.答案：A
解析：由可知该交变电流的电动势的最大值为，有效值为220 V，故A正确，C错误；线圈转动的角速度，，故其频率为，故B错误；当时，，此时线圈处在中性面的位置，故D错误.
4.答案：D
解析：用电器电阻，电压表示数为9 V，则电路中的电流，所以感应电动势有效值，其最大值，故A、B错误；交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值最小，为零，故C错误；线圈自中性面转过的过程中平均感应电动势为，故D正确.
5.答案：B
解析：由题图可知，周期，则线圈先后两次转速之比，故A错误；由感应电动势的最大值，可知两个电压最大值之比，则交流电b的电压最大值为，故B正确；由题图可知交流电a电压最大值，周期，交流电a的电压瞬时值表达式为，故C错误；时刻，根据法拉第电磁感应定律，磁通量变化率为零时磁通量最大，故D错误.
6.答案：B
解析：交流电的电压有效值为，则电流的有效值为，则电流表示数为2.2 A，B正确；电压表示数为，A错误；时，感应电动势最大，此时穿过线圈的磁通量为零，C错误；交流电的频率为，则电流方向每秒变化100次，D错误.
7.答案：BD
解析：由图乙可知，线圈转动的周期为，A错误；由图乙可知，时刻，磁通量为零，线圈平面与磁感线平行，B正确；线圈产生的最大电动势，C错误；电压表测的是电阻R两端的电压，示数为，D正确.
8.答案：BD
解析：线圈在题图所示位置通过的磁通量最大，但感应电动势为零，A错误；线圈产生感应电动势的最大值为，故瞬时值表达式为，B正确；由，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，C错误；根据电流的热效应，线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量，D正确.
9.答案：ABC
解析：根据左手定则知，金属棒开始所受的安培力方向水平向右，根据知，金属棒在第一个内向右做匀加速直线运动，在第二个内，安培力方向水平向左，大小不变，金属棒做匀减速直线运动，根据运动的对称性知，经过一个周期时金属棒的速度恰好减为零，然后重复上述运动，其图像如图所示，故A、B、C正确；金属棒受到的安培力在一个周期内先做正功，后做负功，一个周期内做功为零，故D错误.
10.答案：AD
解析：线圈中产生的感应电动势的最大值是，正弦交流电，则感应电动势的有效值，A正确；从图示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量，而平均感应电流，平均感应电动势，故，而线圈从图示位置转过90°的过程中，磁通量的变化量大小，可得，B错误；线圈经过中性面时，磁通量最大，但磁通量的变化率最小，因此感应电动势最小，故感应电流达到最小值，C错误；交变电流周期为，—个周期内线圈中电流方向改变2次，则线圈中的电流每经过时间方向改变一次，D正确.
11.答案：AB
解析：二极管具有单向导电性，电路中一个周期内只有一半时间有电流，根据电流的热效应得，又，解得电阻两端电压的有效值，故C项错误；流过电阻的电流的有效值，交流电流表测量的是电流的有效值，所以交流电流表的示数为，故A项正确，D项错误；根据，可得，一个周期内只有一半时间有电流，有电流通过电阻的半个周期内线框磁通量的变化，所以一个周期内通过R的电荷量，故B项正确.
12.答案：(1)见解析
(2)
(3)
解析：(1)设线圈边的边长为边的边长为.当线圈平面与磁场方向平行时，线圈中的感应电动势最大.设此时边的线速度为v，则单匝线圈的边产生的感应电动势为边产生的感应电动势为匝线圈产生的总感应电动势为，由于，有.
(2)线圈产生的感应电动势的有效值为，电路中电流的有效值，即电流表的示数为.
(3)线圈转动的周期，线圈转动N周的时间，根据焦耳定律，发电机线圈产生的焦耳热，解得.