5.1 交变电流 —2020-2021学年人教版高中物理选修3-2同步练习 （word含答案）

交变电流练习
一、单选题
处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直．在t=0时刻，线圈平面与纸面重合(如图)，线圈的cd边离开纸面向外运动．若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是(????)
A. B.
C. D.
一个匝数为N=100匝的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示，则下列说法中正确的是
A. t=0时刻，线圈位于与中性面垂直的位置
B. t=0.01s时刻，线圈磁通量的变化率最大
C. t=0.02s时刻，线圈瞬时电流达到最大
D. 感应电动势的峰值为2000π(V)
如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图乙所示．下列说法正确的是(? ? ? )
A. t=0.05?s时，通过线框的磁通量为零
B. t=0.1?s时，线框平面与中性面重合
C. 线框匀速转动时的角速度大小为10π?rad/s
D. 线框产生的交变电动势的有效值为110?V
一个闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生的感应电流如图所示．由该图可得出的正确判断是(????)
A. t=0.01s时，线圈平面处于中性面位置
B. t=0.02s时，线圈平面的磁通量变化率最大
C. 该交流电的频率为100Hz
D. 1s内电流的方向变化50次
如图(a)→(b)→(c)→(d)→(e)过程是交流发电机发电的示意图。线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。下列说法正确的是(????)
A. 图(a)中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大
B. 从图(b)开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imsinωt
C. 当线圈转到图(c)位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变
D. 当线圈转到图(d)位置时，感应电动势最大，ab边感应电流方向为a→b
如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形单匝线圈的周期为T，转轴OO′垂直于磁场方向，线圈电阻为2Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1A，那么(????)
A. 任意时刻线圈中的感应电动势为e=4cos2πTt
B. 任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=Tπsin2πTt
C. 线圈消耗的电功率为5W
D. 线圈中感应电流的有效值为2A
如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则(????)
A. 两次t=0时刻线圈的磁通量均为零
B. 曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C. 曲线a表示的交变电动势有效值为15V
D. 曲线b表示的交变电动势最大值为10V
一单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴转动，产生的交变电压的瞬时值表达式为e=20sin?5πt(V)。在该线圈转动的过程中，穿过线圈的磁通量的最大值为
A. 4?Wb B. 5π?Wb C. 4π?Wb D. π4?Wb
我们家庭用电的电压满足正弦变化规律，在某一时刻的表达式可以写成u=Umsinωt，则(????))
A. 我们用的是220V电压，所以Um=220V
B. 我国使用的交变电流，频率是50Hz
C. 一个击穿电压为220V的电容器可以直接接在家用电路里正常工作
D. 220V家庭电压是世界标准，全球通用
单匝矩形线圈abcd边长分别为l1和l2，在匀强磁场中可绕与磁场方向垂直的轴OO′匀角速转动，转动轴分别过ad边和bc边的中点，转动的角速度为ω.磁场的磁感应强度为B.图为沿转动轴OO′观察的情况，在该时刻线圈转动到ab边的速度方向与磁场方向夹角为θ，此时线圈中产生的感应电动势的瞬时值为(??? )
A. 2Bl1l2ωcosθ B. 3Bl1l2ωsinθ C. Bl1l2ωcosθ D. Bl1l2ωsinθ
二、多选题
对于如图所示的电流i随时间t作周期性变化的图象，下列说法中正确的是(????)
A. 电流大小变化，方向不变，是直流电
B. 电流大小、方向都变化，是交流电
C. 电流最大值为0.2?A，周期为0.01?s
D. 电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电
一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图所示．则下列说法中正确的是(????)
A. t=0时刻，线圈处在中性面。
B. t=0.01?s时刻，Φ的变化率为0
C. t=0.02?s时刻，感应电动势达到最大
D. 从t=0.01?s时刻至t=0.04?s时刻线圈转过的角度是32π
在图甲所示的理想变压器a、b端加图乙所示的交变电压。已知变压器原副线圈的匝数比为4:1，R1为热敏电阻(温度升高时，其电阻减小)，R为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。下列判断正确的是
A. 电压表V1的示数为22V
B. 电压表V2的示数为5.52V
C. R1处温度升高时，V1示数与V2示数的比值变小
D. R1处温度升高时，V1示数与V2示数的比值变大
一线圈在匀强磁场中转动产生的电动势瞬时值表达式为e=10sin?20πt(V)，下列说法正确的是
A. t=0时，穿过线圈的磁通量为零
B. t=0时，线圈平面位于中性面
C. 1?s内，电流方向改变20次
D. 用交流电压表测量该电动势，示数为10?V
三、填空题
如图为我国照明用的交变电流的电流随时间变化的图象，则该交流电的周期是______ s，电压的峰值为______ V。
一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂直。线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示。则磁感应强度B=______。在t=T12时刻，线圈平面与磁感线的夹角等于______。
一个阻值为2?Ω的矩形线圈，在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式交变电流。已知从中性面转过90°时的感应电动势是10?V，则线圈中感应电动势的峰值为__________V，电流的峰值为__________A。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解：cd边离开纸面向外运动开始计时，线圈磁通量在变大，则感应电流的磁场会阻碍其变大，即感应电流的磁场与原磁场方向相反，
根据右手定则得感应电流方向是a→b→c→d→a，与规定的正方向相同，此时感应电动势最大，感应电流也最大，是余弦图象。故ABD错误，C正确。
2.【答案】D
【解答】
A、由图知t=0时刻磁通量最大，线圈平面应在中性面，故A错误；
B、t=0.01s时刻，磁通量最大，磁通量的变化率为零，故B错误；
C、t=0.02s时刻，磁通量最大，磁通量的变化率为零，交流电动势为零，瞬时电流为零，故C错误；
D、由交流电动势峰值表达式：Em=NBSω，可得该感应电动势的峰值为：Em=2000π(V)，故D正确。
故选D。
3.【答案】B
【解答】?
A.由图乙可知，当0.05s时，感应电动势为0，则此时穿过线框回路的磁通量最大，故A错误；
B.由图乙可知，当0.1s时，感应电动势为零，则此时穿过线框回路的磁通量最大，处于中性面，故B正确；
C.由图可知，交流电的周期为0.1s，则转速为：n=1T=10Hz，.线框匀速转动时的角速度大小为20π?rad/s，故 C错误。
D.线框产生的产变电动势的有效值E=1102V=552V，故D错误；
故选B。
4.【答案】A
【解答】
A.由图象可知，0.01s时，感应电流为零，则感应电动势为零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置，故A正确；
B.由图象可知，0.02s时，感应电流为零，则感应电动势为零，磁通量的变化率为零，故B错误；
C.由图象可知，T=0.02s，频率f=1T=50Hz，故C错误；
D.1秒内完成50圈，一个周期内电流方向改变两次，所以线圈中感应电流的方向变化100次，故D错误。
故选A。
5.【答案】C
【解析】解：A、图(a)中，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为0，故A错误；
B、图(b)中线圈与磁场平行，此时感应电流最大，则线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imcosωt，故B错误；
C、当线圈转到图(c)位置时，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最小，为零，电流方向将改变，故C正确；
D、当线圈转到图(d)位置时，磁通量最小，磁通量的变化率最大，故感应电动势最大，ab边感应电流方向为b→a，故D错误。
6.【答案】A
【解答】
CD.从垂直中性面开始其瞬时表达式为i=Imcosθ，
则Im=icosθ=1cos60?=2A
故电流的有效值为2A；
感应电动势的最大值为Em=Imr=2×2=4V
电功率为P=I2r=(Im2)2r=(22)2×2W=4W，故C错误，D错误；
A.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，故电流瞬时值为：
i=Imcosθ=2cos2πTt
故电动势的瞬时表达式为：
e=iR=2cos2πTt×2=4cos2πTt，故A正确；
B.任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=BSsin2πTt
根据公式Em=NBSω=NΦm2πT，可得：
Φm=EmNω=EmN2πT=41×2πT=2Tπ；
故Φ=2Tπsin2πTt，故B错误。
故选A。
7.【答案】D
【解析】解：A、在t=0时刻，线圈一定处在中性面上，此时磁通量最大；故A错误；
B、由图可知，a的周期为4×10?2s；b的周期为6×10?2s，则由n=1T可知，转速与周期成反比，故转速之比为：3：2；故B错误；
CD、曲线a、b对应的线圈转速之比为3：2，
曲线a表示的交变电动势最大值是15V，
根据Em=nBSω得曲线b表示的交变电动势最大值是10V，则有效值为U=102=52V；故C错误，D正确。
8.【答案】C
【解答】
由交流电压的瞬时值表达式可知，线圈转动的角速度为：ω=5πrad/s，又由感应电动势的瞬时值表达式可得：NBSω=20V，N=1匝，解得穿过线圈的磁通量的最大值为：Φm=4πWb，故C正确，ABD错误。
故选C。
9.【答案】B
【解析】解：A、220V电压是有效值，而不是峰值，故A错误。
B、我国使用的交变电流，频率是50Hz，故B正确。
C、电容的击穿电压是指交变电流的峰值Um=2202V，个击穿电压为220V的电容器可以直接接在家用电路里会被击穿，故C错误。
D、220V家庭电压不是世界标准，很多国家是110V，故D错误。
故选：B。
我们用的是220V电压指的是有效值，而不是峰值Um；50Hz我国交变电流的频率；一个击穿电压为220V的电容器可以直接接在家用电路里不能正常工作；220V家庭电压是我国标准。
C为易错项，电容器击穿电压是指交变电流的最大值，不少学生会把它和有效值混为一谈。
10.【答案】D
11.【答案】AC
【解析】解：由图象可知：电流的大小变化，方向始终为正，不发生变化，所以是直流电，电流最大值为0.2A，周期为0.01s，所以AC正确，BD错误。
故选：AC。
电流的大小和方向都随时间成周期性变化的电流为交流电，由图象可以看出电流的最大值和周期．
本题主要考查了交流电的定义以及读图的能力，要求同学们能根据图象读出有效信息，难度不大，属于基础题．
12.【答案】AD
13.【答案】AD
【解答】
A.分析图乙可知，输入电压的最大值为222V，根据正弦式交变电流最大值和有效值的关系可知，电压表V1的示数为22V，故A正确；
B.根据电压与匝数之比可知，输出电压为5.5V，电压表V2测热敏电阻两端电压，示数小于5.5V，故B错误；
CD.R1处温度升高时，阻值变小，则两端电压减小，但输入和输出电压不变，则V1示数与V2示数的比值变大，故C错误，D正确。
故选：AD。
14.【答案】BC
【解答】
AB.t=0时，瞬时电动势为e=10sin20πt(V)=0，则线圈平面位于中性面，故A错误，B正确；
C.，1s内有10个周期，每个周期电流方向改变2次，故1?s内，电流方向改变20次，故 C正确；
D.交流电压表的示数为电动势的有效值E=Em2=102V=52V，故D错误；? ??
故选BC。
15.【答案】0.02? 311
【解析】解：根据交流电流图象可知，该交流电的最大电压为311V，周期为0.02s。
故答案为：0.02；311。
明确U?t图象的性质，根据图象可以知道交流电的最大值和交流电的周期。
16.【答案】EmaxT2πS?π6
【解析】解：线圈在磁场中匀速旋转时产生的感应电动势的最大值为：Emax=BSω，则磁感应强度为：B=EmaxSω=EmaxT2πS，
因为题图乙中计时的起点为线圈平面与磁感线平行的位置，所以在t=T12时刻，线圈平面与磁感线的夹角即为线圈平面经过t=T12转过的角度，其大小为：α=ωt=2πT?T12=π6。
故答案为：EmaxT2πS，π6。
根据Emax=BSω，ω=2πT，可以求出磁感应强度，由图所示，计时的起点为线圈平面与磁感线平行的位置，根据公式α=ωt可以求出在t=T12时刻，线圈平面与磁感线的夹角。
17.【答案】10? ?5
【解答】
线圈从中性面转过90°时，此时线圈平面与磁场方向平行，产生的感应电动势最大，故峰值为Em=10V，由欧姆定律可得电流的峰值为：Im=EmR=102A=5A。
故答案为：10；5。