人教版高中物理选修2-1 4.1 交变电流的产生和描述 优化练习（含答案）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修2-1 4.1 交变电流的产生和描述 优化练习（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 96.9KB | ||
| 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 | 2021-07-08 17:23:05 | ||
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文档简介
119507001188720000第1节交变电流的产生和描述优化练习
一、单选题
1.某矩形线框绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生交流电，该交流电电动势瞬时值的表达式为 e=2202sin100πt(V) ，以下关于此装置及产生的交流电的说法中正确的是（?? ）
A.?t=0 时刻穿过线框的磁通量最大
B.?电动势的有效值为 2202V
C.?该交流电的周期为 0.01s
D.?若线框转速增大1倍，其他条件不变，则电动势瞬时值表达式为 e=4402sin100πt(V)
2.一理想变压器原、副线圈匝数比 n1:n2=2:1 ，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t变化的规律如图所示，副线圈接一个R=10Ω的电阻，则（? ）
A.?电阻R两端电压的有效值为 502V B.?电阻R中电流的频率为0.25Hz
C.?1分钟内电阻R产生的热量 1.5×103J D.?变压器的输入功率为250W
3.如图1所示，正弦交流电接在电阻R与理想二极管D串联的电路两端，通过电阻R的电流i与时间t的关系如图2所示，R=10 Ω ，则在t=0到t=1s时间内，电阻R上产生的热量为（?? ）
A.?125J????????????????????????????????????B.?250J????????????????????????????????????C.?375J????????????????????????????????????D.?500J
4.某交变电动势瞬时值表达式 e=10sin2πt V，则（?? ）
A.?交变电流的频率为2Hz B.?交变电流的周期为0.25秒
C.?交变电流的有效值为 10V D.?当t＝0.25秒时，感应电动势为 10V
5.交变电流经二极管（正向电阻为0，反向电阻无穷大）为某用电器供电，通过用电器电流的有效值为1A，求原交变电流的最大值（?? ）
A.?1A????????????????????????????????????B.?2 A????????????????????????????????????C.?2A????????????????????????????????????D.?2 2 A
6.一正弦交流电通过一特殊电子整流装置后，得到如图所示的交流电，则该交流电的电压有效值为（?? ）
A.?10V??????????????????????????????????B.?53V??????????????????????????????????C.?52V??????????????????????????????????D.?63V
7.交流发电机正常工作时，电动势的变化规律为 e=Emsinωt ，如果把发电机转子的转速减小一半，并且把电枢线圈的匝数增加一倍，其他条件不变，则（ ??）
A.?只是电动势的最大值增加一倍 B.?电动势的最大值和周期都增加一倍
C.?电动势的最大值和周期都减小一半 D.?只是频率减小一半，周期增加一倍
8.一个小型电热器若接在输出电压为10v的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为 P2 ．如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为( )
A.?5V???????????????????????????????????B.?52V???????????????????????????????????C.?10V???????????????????????????????????D.?102V
9.如图所示，甲图为正弦式交流电，乙图正值部分按正弦规律变化，负值部分电流恒定，丙图为方波式交流电，三个图中的 I0 和周期T相同。三种交流电的有效值之比为（?? ）
A.?2:3:2????????????????????????B.?2:3:2????????????????????????C.?3:2:2????????????????????????D.?2:2:2
10.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电 e=2202cos100πt(V) ，那么（ ）
A.?频率是50赫兹????????????????????????????????????????????????????? B.?当t=0时，线圈平面恰好与中性面重合
C.?当 t=1200 秒时，e有最大值??????????????????????????????D.?有效值为 2202V
11.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示．如果其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交流电动势的最大值和周期分别变为（?? ）
A.?200 V 0.08 s???????????????????B.?25 V 0.04 s???????????????????C.?50 V 0.08 s???????????????????D.?50 V 0.04 s
12.电阻 R1、R2 与交流电源按照图甲方式连接， R1=10Ω,R2=20Ω ，闭合开关 S 后，通过电阻 R2 的正弦交变电流 i 随时间 t 变化的情况如图乙所示，则（ ??）
A.?通过 R1 的电流有效值是1.0A??????????????????????????????B.?通过 R2 的电流最大值是 2 A
C.?R1 两端的电压有效值为5V??????????????????????????????????D.?R2 两端的电压最大值为 52 A
二、填空题
13.如图所示是通过某用电器的电流图像，该交流电的频率是________Hz，通过该用电器的电流的有效值是________A。
14.一个电热器接在 20V 的直流电源上，在时间 t 内产生的热量为 Q ，今将该电热器接在一正弦式交流电源上，它在 2t 内产生的热量为 Q ，这一交流电源的交流电压的最大值为________ 。
15.如图所示的交变电流通过一个R=1Ω的电阻，通电1s内电阻R中产生的热量________J，该交变电流的有效值为________A.
16.有一台家庭使用交流电的洗衣机上标有额定电压为“220V”的字样，这“220V”指交流电电压的________（填“瞬时值”、“有效值”、“最大值”），洗衣机工作时消耗的电能________洗衣机发热产生的内能．（填“大于”、“等于”、“小于”）
三、综合题
17.一台发电机产生正弦式电流，如果e＝500sin314t(V).
（1）电动势的峰值是多少；
（2）线圈匀速转动的角速度是多少；
（3）如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2kΩ，写出电流瞬时值的表达式．
18.一个理想变压器的原、副线圈匝数比为55：8，原线圈接在U=311sin100πtV的交流电源上，试求：
（1）交流电源输出电压的有效值；
（2）变压器副线圈的输出电压的有效值；
（3）当副线圈接上电阻为16Ω的小灯泡时，变压器原线圈中的电流的有效值；
19.如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为l1 ， 宽度为l2 ， 共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t=0时刻线圈平面与磁感线平行。
（1）表示出线圈经过图示位置时通过电阻R的感应电流的方向；
（2）写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式；
（3）求线圈从t=0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势；
（4）交流电压表的示数（最终结果用表达式表示即可）；
（5）线圈转动一周外力所做的功；
（6）由图示位置转过90°角过程中通过电阻R的电荷量为多少？
参考答案
1. A 2. D 3. A 4. D 5. C 6. B 7. D 8. C 9. A 10. A 11. C 12. C 13. 50；0. 2
14. 20V 15. 4；2
16.有效值；大于
17. （1）解：交流电表达式为 e=Emsinωt ，对比可得 Em=500V
（2）解：对比公式可得 ωt=314t ，故 ω=314rad/s
（3）解：电流的最大值 Im=5002000A=0.25A
故电流瞬时值的表达式为 i=0.25sin314t A
18. （1）解：由题意可知，交流电源输出电压的最大值 Um=311V
交流电源输出电压的有效值 U1=Um2V=220V
（2）解：由理想变压器原副线圈电压满足关系 U1U2=n1n2
则变压器副线圈的输出电压的有效值 U2=32V
（3）解：由欧姆定律可得 I2=U2R=3216A=2A
由理想变压器原副线圈电流满足关系 I1I2=n2n1
则变压器原线圈中的电流的有效值 I1=n2n1I2=855×2A=0.29A
19. （1）解：根据右手定则可知，在图示位置时线圈中产生的感应电流方向dcba，则通过电阻R的感应电流的方向向上
（2）解：最大感应电动势Em=nBl1l2ω
从图示位置开始计时，所以感应电动势的瞬时值表达式为e=nB l1l2ωcosωt(V)
（3）解：线圈从t=0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势； E=nΔΦΔt=nBl1l2π2ω=2nBl1l2ωπ
（4）解：电动势的有效值 E=Em2=nBl1l2ω2
交流电压表的示数 U=ERR+r=2nBl1l2ωR2(R+r)
（5）解：线圈转动一周外力所做的功等于产生的电能 W=E2R+rt=n2B2l12l22ω22(R+r)?2πω=n2πB2l12l22ωR+r
（6）解：由图示位置转过90°角过程中 E=nΔΦΔt=nBl1l2Δt
q=IΔt=ER+rΔt=nBl1l2R+r
一、单选题
1.某矩形线框绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生交流电，该交流电电动势瞬时值的表达式为 e=2202sin100πt(V) ，以下关于此装置及产生的交流电的说法中正确的是（?? ）
A.?t=0 时刻穿过线框的磁通量最大
B.?电动势的有效值为 2202V
C.?该交流电的周期为 0.01s
D.?若线框转速增大1倍，其他条件不变，则电动势瞬时值表达式为 e=4402sin100πt(V)
2.一理想变压器原、副线圈匝数比 n1:n2=2:1 ，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t变化的规律如图所示，副线圈接一个R=10Ω的电阻，则（? ）
A.?电阻R两端电压的有效值为 502V B.?电阻R中电流的频率为0.25Hz
C.?1分钟内电阻R产生的热量 1.5×103J D.?变压器的输入功率为250W
3.如图1所示，正弦交流电接在电阻R与理想二极管D串联的电路两端，通过电阻R的电流i与时间t的关系如图2所示，R=10 Ω ，则在t=0到t=1s时间内，电阻R上产生的热量为（?? ）
A.?125J????????????????????????????????????B.?250J????????????????????????????????????C.?375J????????????????????????????????????D.?500J
4.某交变电动势瞬时值表达式 e=10sin2πt V，则（?? ）
A.?交变电流的频率为2Hz B.?交变电流的周期为0.25秒
C.?交变电流的有效值为 10V D.?当t＝0.25秒时，感应电动势为 10V
5.交变电流经二极管（正向电阻为0，反向电阻无穷大）为某用电器供电，通过用电器电流的有效值为1A，求原交变电流的最大值（?? ）
A.?1A????????????????????????????????????B.?2 A????????????????????????????????????C.?2A????????????????????????????????????D.?2 2 A
6.一正弦交流电通过一特殊电子整流装置后，得到如图所示的交流电，则该交流电的电压有效值为（?? ）
A.?10V??????????????????????????????????B.?53V??????????????????????????????????C.?52V??????????????????????????????????D.?63V
7.交流发电机正常工作时，电动势的变化规律为 e=Emsinωt ，如果把发电机转子的转速减小一半，并且把电枢线圈的匝数增加一倍，其他条件不变，则（ ??）
A.?只是电动势的最大值增加一倍 B.?电动势的最大值和周期都增加一倍
C.?电动势的最大值和周期都减小一半 D.?只是频率减小一半，周期增加一倍
8.一个小型电热器若接在输出电压为10v的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为 P2 ．如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为( )
A.?5V???????????????????????????????????B.?52V???????????????????????????????????C.?10V???????????????????????????????????D.?102V
9.如图所示，甲图为正弦式交流电，乙图正值部分按正弦规律变化，负值部分电流恒定，丙图为方波式交流电，三个图中的 I0 和周期T相同。三种交流电的有效值之比为（?? ）
A.?2:3:2????????????????????????B.?2:3:2????????????????????????C.?3:2:2????????????????????????D.?2:2:2
10.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电 e=2202cos100πt(V) ，那么（ ）
A.?频率是50赫兹????????????????????????????????????????????????????? B.?当t=0时，线圈平面恰好与中性面重合
C.?当 t=1200 秒时，e有最大值??????????????????????????????D.?有效值为 2202V
11.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示．如果其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交流电动势的最大值和周期分别变为（?? ）
A.?200 V 0.08 s???????????????????B.?25 V 0.04 s???????????????????C.?50 V 0.08 s???????????????????D.?50 V 0.04 s
12.电阻 R1、R2 与交流电源按照图甲方式连接， R1=10Ω,R2=20Ω ，闭合开关 S 后，通过电阻 R2 的正弦交变电流 i 随时间 t 变化的情况如图乙所示，则（ ??）
A.?通过 R1 的电流有效值是1.0A??????????????????????????????B.?通过 R2 的电流最大值是 2 A
C.?R1 两端的电压有效值为5V??????????????????????????????????D.?R2 两端的电压最大值为 52 A
二、填空题
13.如图所示是通过某用电器的电流图像，该交流电的频率是________Hz，通过该用电器的电流的有效值是________A。
14.一个电热器接在 20V 的直流电源上，在时间 t 内产生的热量为 Q ，今将该电热器接在一正弦式交流电源上，它在 2t 内产生的热量为 Q ，这一交流电源的交流电压的最大值为________ 。
15.如图所示的交变电流通过一个R=1Ω的电阻，通电1s内电阻R中产生的热量________J，该交变电流的有效值为________A.
16.有一台家庭使用交流电的洗衣机上标有额定电压为“220V”的字样，这“220V”指交流电电压的________（填“瞬时值”、“有效值”、“最大值”），洗衣机工作时消耗的电能________洗衣机发热产生的内能．（填“大于”、“等于”、“小于”）
三、综合题
17.一台发电机产生正弦式电流，如果e＝500sin314t(V).
（1）电动势的峰值是多少；
（2）线圈匀速转动的角速度是多少；
（3）如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2kΩ，写出电流瞬时值的表达式．
18.一个理想变压器的原、副线圈匝数比为55：8，原线圈接在U=311sin100πtV的交流电源上，试求：
（1）交流电源输出电压的有效值；
（2）变压器副线圈的输出电压的有效值；
（3）当副线圈接上电阻为16Ω的小灯泡时，变压器原线圈中的电流的有效值；
19.如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为l1 ， 宽度为l2 ， 共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t=0时刻线圈平面与磁感线平行。
（1）表示出线圈经过图示位置时通过电阻R的感应电流的方向；
（2）写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式；
（3）求线圈从t=0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势；
（4）交流电压表的示数（最终结果用表达式表示即可）；
（5）线圈转动一周外力所做的功；
（6）由图示位置转过90°角过程中通过电阻R的电荷量为多少？
参考答案
1. A 2. D 3. A 4. D 5. C 6. B 7. D 8. C 9. A 10. A 11. C 12. C 13. 50；0. 2
14. 20V 15. 4；2
16.有效值；大于
17. （1）解：交流电表达式为 e=Emsinωt ，对比可得 Em=500V
（2）解：对比公式可得 ωt=314t ，故 ω=314rad/s
（3）解：电流的最大值 Im=5002000A=0.25A
故电流瞬时值的表达式为 i=0.25sin314t A
18. （1）解：由题意可知，交流电源输出电压的最大值 Um=311V
交流电源输出电压的有效值 U1=Um2V=220V
（2）解：由理想变压器原副线圈电压满足关系 U1U2=n1n2
则变压器副线圈的输出电压的有效值 U2=32V
（3）解：由欧姆定律可得 I2=U2R=3216A=2A
由理想变压器原副线圈电流满足关系 I1I2=n2n1
则变压器原线圈中的电流的有效值 I1=n2n1I2=855×2A=0.29A
19. （1）解：根据右手定则可知，在图示位置时线圈中产生的感应电流方向dcba，则通过电阻R的感应电流的方向向上
（2）解：最大感应电动势Em=nBl1l2ω
从图示位置开始计时，所以感应电动势的瞬时值表达式为e=nB l1l2ωcosωt(V)
（3）解：线圈从t=0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势； E=nΔΦΔt=nBl1l2π2ω=2nBl1l2ωπ
（4）解：电动势的有效值 E=Em2=nBl1l2ω2
交流电压表的示数 U=ERR+r=2nBl1l2ωR2(R+r)
（5）解：线圈转动一周外力所做的功等于产生的电能 W=E2R+rt=n2B2l12l22ω22(R+r)?2πω=n2πB2l12l22ωR+r
（6）解：由图示位置转过90°角过程中 E=nΔΦΔt=nBl1l2Δt
q=IΔt=ER+rΔt=nBl1l2R+r