2020-2021学年高二物理人教版选修3-2同步课时作业（9）描述交变电流的物理量

2020-2021学年高二物理人教版选修3-2同步课时作业（9）
描述交变电流的物理量
1.关于交变电流的有效值和峰值，下列说法中不正确的是( )
A.任何形式的交变电流的有效值和峰值都满足
B.只有正、余弦式交变电流才有的关系
C.照明电压220 V、动力电压380 V指的都是交变电流的有效值
D.交流电压表和交流电流表测量的都是交变电流的有效值
2.图甲为风速仪的结构示意图.在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁体转动，线圈中产生的电流随时间变化的关系如图乙所示.若风速减小到原来的一半，则电流随时间变化的关系图可能是（ ）
A. B.
C. D.
3.如图所示为某种周期性变化的电流与时间关系的图像，其中前半周期为正弦曲线的一部分，后半周期是直线段，则该交流电的有效值为( )
A. B. C. D.
4.一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时的图像如图所示，将此交变电流与的电阻连接，R的功率为，不计线圈的电阻，下列说法正确的是( )
A.交变电流的频率为50 Hz B.时线圈中的电流最大
C.时线圈处于“中性面”位置 D.线圈产生电动势的最大值是
5.图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示.以下判断正确的是()
A.线圈转动的转速为25r/s B.电流表的示数为10A
C.1s内线圈中电流的方向改变50次 D.t=0.01s时线圈平面与中性面重合
6.如图所示，正方形单匝线圈的边长，线圈的电阻.直线与边相距，过且垂直纸面的竖直平面右侧有磁感应强度的匀强磁场，方向垂直于纸面向里.线圈以为轴匀速转动，角速度，以图示位置为计时起点.则( )
A.线圈中产生的交流电瞬时值表达式为
B.流过边的电流方向保持不变
C.当时，穿过线圈的磁通量为0.06 Wb
D.从到，穿过线圈磁通量的变化量大小为0.06 Wb
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，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，所产生的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正确的是( )
A.图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B.线圈先后两次转速之比为2:3
C.交流电b的电动势最大值为 D.交流电a的电动势瞬时值为u=10sin5πt(V)
9.在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示；产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示.则下列说法正确的是( )
A.时穿过线框的磁通量最小
B.该线圈转动的角速度大小为
C.该交变电动势的瞬时值表达式为
D.线框平面与中性面的夹角为45°时，电动势瞬时值为22 V
10.如图所示，内阻为r的线圈面积为S，共N匝，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度ω匀速转动，线圈通过电刷与一个阻值为R的电阻连接，V为理想交流电压表，则下列说法正确的是(?? )
A.以图示位置为计时起点，电流的表达式为
B.线圈从图示位置开始转过90°的过程中，通过线圈导线截面的电荷量为
C.电压表的读数为
D.电阻R上消耗的功率为
11.海洋中蕴藏着巨大的能量，利用海洋的波浪可以发电.在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔，其原理示意图如图甲所示.浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶内置线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中，该线圈与阻值的灯泡相连，浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(斜线阴影部分)，如图乙所示，其内为产生磁场的磁体，与浮桶内侧面的缝隙忽略不计；匝数的线圈所在处辐射磁场的磁感应强度，线圈直径，电阻.取重力加速度.若浮桶随波浪上下运动的速度可表示为，则下列说法正确的是( )
A.波浪发电产生感应电动势e的瞬时值表达式为
B.灯泡中电流i的瞬时值表达式为
C.灯泡的电功率为120 W
D.灯泡两端电压的有效值为
12.图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按如图所示方向匀速转动，线圈的匝数、电阻，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R阻值为，与R并联的交流电压表为理想电表.在时刻，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.(取)求:
(1)交流发电机产生的电动势的最大值；
(2)从时刻开始计时，线圈转过60°时线圈中感应电流的瞬时值及回路中的电流方向；
(3)电路中交流电压表的示数；
(4)从图示位置转过90°，通过线圈的电荷量和整个回路的焦耳热.
答案以及解析
1.答案：A
解析：只有正、余弦式交变电流的有效值与最大值之间才满足的关系，其他交流电没有这样的关系，故A错误，B正确；机器铭牌上所标注的电压(电流)值、生活中通常所说的电压(电流)值都是指有效值，“照明电压220 V、动力电压380 V”指的都是有效值，故C正确；交流电压表和交流电流表，测的是交流电的有效值，不是瞬时值，故D正确.本题选说法不正确的，故A符合题意.
2.答案：C
解析：若风速减小到原来的一半，则永磁体转速减小到原来的一半，感应电动势最大值变小，所以感应电流最大值变小；根据转速与周期成反比，可知若风速减小到原来的一半，则周期变为原来的两倍，故C正确.
3.答案：A
解析：设交变电流的有效值为I，由电流的热效应，得，其中，解得，故选A.
4.答案：D
解析：由题图知，交变电流的周期为，交变电流的频率为，选项A错误；时线圈的磁通量最大，电动势为零，电流为零，选项B错误；时线圈的磁通量为零，即线圈处于与“中性面”垂直的位置，选项C错误；由功率公式有，得，故线圈产生电动势的最大值为，选项D正确.
5.答案：B
解析：周期，转速，故A错误；由题图乙可知交变电流的最大值是，电流表的示数为有效值，故电流表的示数，故B正确；交变电流的频率为50Hz，每个周期内电流的方向改变2次，故1s内线圈中电流的方向改变100次，故C错误；时线圈中的感应电流最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为零，线圈平面与中性面垂直，故D错误.
6.答案：C
解析：当边在磁场中时，线圈中产生的交流电最大值，则感应电动势瞬时值表达式为；当边在磁场中时，线圈中产生的交流电最大值，感应电动势瞬时值表达式为，故A错误.每个周期电流方向改变两次，故B错误.时，线圈转过180°，在磁场中且垂直于磁场，故穿过线圈的磁通量，故C正确.从到，线圈转过90°，此时线圈平面与磁场方向平行，穿过线圈的磁通量为零，故穿过线圈磁通量的变化量，故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：CD
解析：t=0时刻电动势的瞬时值均为零，即两次t=0时刻线圈平面均与中性面重合，磁通量最大，故A错误；由题图可知，周期，则线圈先后两次转速之比，故B错误；由电动势的最大值，则两个电动势最大值之比，则交流电b电动势的最大值为，故C正确；由题图可知交流电a的电动势最大值，周期，则交流电a的电动势的瞬时值表达式为，故D正确.
9.答案：CD
解析：由题图乙知，时，电动势为0，穿过线圈的磁通量最大，选项A错误；该线圈转动的角速度，选项B错误；该交变电动势的瞬时值表达式为，选项C正确；该线圈平面与中性面夹角为45°时，电动势瞬时值为，选项D正确.
10.答案：CD
解析：线圈产生的电动势的最大值为，以图示位置为计时起点，电流的表达式为，A错误；通过线圈导线截面的电荷量，B错误；电压表的读数为外电路电压的有效值，故，C正确；电流的有效值为，故电阻R上消耗的电功率为，D正确.
11.答案：BC
解析：线圈在浮桶里随波浪上下运动切割磁感线产生感应电动势，有，A错误；电路总电阻，则灯泡中电流i的瞬时值表达式为，B正确.灯泡中电流的有效值，灯泡的电功率，C正确.灯泡两端电压的有效值，D错误.
12.答案：(1)200 V
(2)1 A；电流方向为
(3)
(4)0.02 C；3.14 J
解析：(1)由图线可知，因为，所以.
(2)因为，所以，线圈转过60°时线圈中感应电流的瞬时值
，电流方向为.
(3)电动势的有效值，由闭合电路欧姆定律得，电路中电流的有效值为，交流电压表的示数为.
(4)通过线圈的电荷量，根据焦耳定律可得.