3.2交變電流的描述 同步練習(xí)（含解析）

試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁人教版（2019）選擇性必修二3.2交變電流的描述一、單選題1．一矩形金屬線圈共10匝，在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交變電流的電動(dòng)勢為，對于這個(gè)交變電流的說法正確的是（）A．此交變電流的頻率為B．此交變電流電動(dòng)勢的有效值為C．時(shí)，線圈平面與中性面重合，此時(shí)磁通量為零D．耐壓為的電容器能夠在該交變電路中使用2．如圖所示，甲、乙是規(guī)格相同的燈泡，A、B兩端加直流電壓時(shí)，甲燈正常發(fā)光，乙燈完全不亮；當(dāng)A、B兩端加上有效值和直流電壓相等的交流電壓時(shí)，甲燈發(fā)出微弱的光，乙燈能正常發(fā)光。下列說法正確的有：（）A．與甲燈串聯(lián)的元件X是電感線圈 B．與乙燈串聯(lián)的元件Y是電阻C．與甲燈串聯(lián)的元件X是電容器 D．與乙燈串聯(lián)的元件Y是電感線圈3．風(fēng)速測速儀的簡易裝置如圖所示，其工作原理是：風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)杯，風(fēng)杯通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，電流測量裝置則可顯示感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電流i隨時(shí)間t變化的圖像，從而實(shí)現(xiàn)測量實(shí)時(shí)風(fēng)速。若風(fēng)速一定時(shí)，風(fēng)杯的轉(zhuǎn)動(dòng)周期為T，則下列圖像可能正確的是（）A． B．C． D．4．家庭電路中交流電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律為，則該電壓的（）A．最大值是220V B．有效值是220VC．周期是100s D．頻率是100Hz5．多數(shù)同學(xué)家里都有調(diào)光臺(tái)燈、調(diào)速電風(fēng)扇。過去是用變壓器來實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)的，缺點(diǎn)是成本高、體積大、效率低，且不能任意調(diào)節(jié)燈的亮度或電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在的調(diào)光臺(tái)燈、調(diào)速電風(fēng)扇是用可控硅電子元件來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的。如圖所示為一個(gè)經(jīng)過雙向可控硅電子元件調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓，即在正弦交流電的每一個(gè)周期中，前面的被截去，調(diào)節(jié)臺(tái)燈上旋鈕可以控制截去多少，從而改變電燈上的電壓。則現(xiàn)在電燈上的電壓為（）A．Um B． C． D．6．如圖甲所示，教學(xué)用發(fā)電機(jī)主要由線圈和磁鐵兩部分組成，當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)便能產(chǎn)生正弦式交變電流?，F(xiàn)將該發(fā)電機(jī)（內(nèi)阻不計(jì)）產(chǎn)生的交變電流接入如圖乙所示的含有理想變壓器的電路中，電表均為理想電表，定值電阻的阻值分別為、，原、副線圈的匝數(shù)比為，下列說法正確的是（）A．定值電阻兩端和原線圈兩端的電壓之比為1:2B．定值電阻和兩端的電壓之比為2:1C．若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼囊话?，則電壓表V的讀數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话隓．若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼囊话?，則電流表A的讀數(shù)變?yōu)樵瓉淼膬杀?．如圖甲所示的電路中，阻值為的線框水平放置，線框所在區(qū)域內(nèi)存在垂直線框的磁場（未畫出），磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示，電壓表為理想電表，定值電阻的阻值為，將電阻箱的阻值調(diào)到，電壓表的讀數(shù)為4V，忽略導(dǎo)線的電阻。則（）A．時(shí)刻，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為0B．線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為5VC．一個(gè)周期內(nèi)定值電阻上產(chǎn)生的熱量為0.02JD．當(dāng)電阻箱的阻值為4時(shí)線框的輸出功率最大8．風(fēng)能是一種清潔無公害的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能的一種方式。如圖是一風(fēng)車照片，風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)葉又帶動(dòng)機(jī)頭的轉(zhuǎn)子（永磁體）轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得定子（線圈）切割磁感線產(chǎn)生電能。下列說法正確的是（

）A．風(fēng)葉上A點(diǎn)角速度大于B點(diǎn)角速度B．風(fēng)葉上A、B兩點(diǎn)的向心加速度相同C．風(fēng)葉勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈輸出恒定電流D．風(fēng)速變大，風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)加快時(shí)，輸出電壓變大9．將如圖所示的交流電壓加在一個(gè)阻值R＝1Ω的定值電阻兩端，通電時(shí)間2min，則下列說法正確的是（）A．通過該電阻的電荷量為120C B．通過電阻的電流的有效值為0.5AC．電阻產(chǎn)生的焦耳熱為500J D．電阻兩端電壓的有效值為V10．如圖為一交流電的電流隨時(shí)間變化的圖象，則電流的有效值是（）A． B．2A C． D．11．城市一卡通系統(tǒng)工程是城市數(shù)字化、信息化建設(shè)的重要部分。一卡通是一種芯片卡，它的工作原理是電磁感應(yīng)，卡片閱讀機(jī)產(chǎn)生變化的磁場，讓卡的內(nèi)部回路產(chǎn)生感應(yīng)電流，卡內(nèi)的芯片就會(huì)發(fā)送信號，從而閱讀機(jī)讀取到芯片數(shù)據(jù)。已知某卡回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢滿足關(guān)系，其中k與卡回路及線圈匝數(shù)有關(guān)，若卡回路的矩形線圈面積為，，卡片閱讀機(jī)產(chǎn)生的磁場垂直穿過卡線圈平面，且線圈中磁場隨時(shí)間的變化率，其中B0=5.00×10-8T，頻率f=14.14MHz，則卡回路線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值約為（）A．2.25V B．1.97V C．1.20V D．0.680V12．如圖為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，線圈的面積，匝數(shù)匝，線圈總電阻，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻連接，與電阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表，線圈的轉(zhuǎn)速。在時(shí)刻，線圈平面與磁場方向平行，則下列說法正確的是（

）A．交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間的變化關(guān)系是B．交流電壓表的示數(shù)為8VC．從時(shí)刻開始線圈平面轉(zhuǎn)過30°的過程中，通過電阻的電荷量約為D．電阻R上的熱功率為6.4W二、填空題13．如圖所示，交流發(fā)電機(jī)線圈的面積為0.05m2，共100匝，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為T的勻強(qiáng)磁場中，以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，電阻R1和R2的阻值均為50Ω，線圈的內(nèi)阻忽略不計(jì)，若從圖示位置開始計(jì)時(shí)，則線圈中的電動(dòng)勢的表達(dá)式為_______V，電流表的示數(shù)為_______A。14．如圖所示，交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈中，，，匝數(shù)匝，線圈電阻，外電阻。線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度，則產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為__________V，交流電壓表的示數(shù)為__________V：從圖示位置起，轉(zhuǎn)過90°過程中，通過線圈截面的電荷量為__________C；從圖示位置起，轉(zhuǎn)過60°時(shí)通過電阻R的電流為__________A。15．如圖所示，線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°角的過程中，通過線圈某一橫截面的電荷量為_______________________。(已知線圈的電阻為R，面積為S，匝數(shù)為N，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)16．正弦式交變電流的公式和圖像（1）正弦式交變電流的公式和圖像可以詳細(xì)描述交變電流的情況。若線圈通過中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)，交變電流的圖像是___________曲線。（2）若已知電壓、電流最大值分別是Um、Im，周期為T，則正弦式交變電流電壓、電流表達(dá)式分別為u=Umsin，i=Imsin。（3）正弦式交變電壓的圖像如圖所示17．根據(jù)如圖所示圖象寫出電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式________________。三、解答題18．矩形線圈n匝，ab=l1，bc=l2，在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以O(shè)O?為轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω。線圈的電阻為r，外接電阻R。從圖所示位置開始計(jì)時(shí)。（1）推導(dǎo)電動(dòng)勢的最大值；（2）寫出電流的瞬時(shí)值表達(dá)式；（3）求電動(dòng)勢、電流、路端電壓有效值；（4）如果線圈轉(zhuǎn)速提高1倍，寫出感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化表達(dá)式；（5）當(dāng)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90o的過程中，求：a.通過電阻R的電量q；b.電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q。19．如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝T，邊長L＝10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈總電阻r＝1Ω，線圈繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω＝2πrad/s，外電路電阻R＝4Ω。求：（1）轉(zhuǎn)動(dòng)過程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值；（2）從圖示位置（線圈平面與磁感線平行）開始感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；（3）由圖示位置轉(zhuǎn)過30°角時(shí)電路中電流的瞬時(shí)值；（4）線圈從開始計(jì)時(shí)經(jīng)s時(shí)線圈中的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值；（5）外電路R兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式。20．如圖所示線圈面積為0.05m2，共100匝，線圈總電阻為Ω，外電阻Ω，線圈處于的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)線圈繞OO＇以轉(zhuǎn)速r/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從線圈處于圖示位置開始計(jì)時(shí)，求：（1）寫出電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式；（2）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)中電流最大值；（3）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)中交流電壓表的示數(shù)U；（4）線圈轉(zhuǎn)過180°的過程中，通過電阻的電荷量q。21．如圖是一個(gè)正弦式交變電流的波形圖。根據(jù)圖像求出它的周期、頻率、電流的峰值、電流的有效值。22．如圖所示，一個(gè)匝數(shù)匝、面積為的矩形線圈，其電阻，以對稱軸為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為，的左側(cè)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，M和N是兩個(gè)集流環(huán)，負(fù)載電阻為，電表均理想，連接導(dǎo)線的電阻不計(jì)，圓周率為，求：（1）感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值。（2）從圖示位置轉(zhuǎn)過角內(nèi)，通過負(fù)載電阻R的電荷量和平均感應(yīng)電動(dòng)勢。（3）電壓表的示數(shù)。答案第=page11頁，共=sectionpages22頁答案第=page11頁，共=sectionpages22頁參考答案：1．B【詳解】A．根據(jù)可知，該交流電的頻率為故A錯(cuò)誤；B．該正弦交流電的最大值為，則有效值為故B正確；C．通過表達(dá)式可得t=0時(shí)，電動(dòng)勢為零，則此時(shí)線圈處在中性面上，磁通量最大，故C錯(cuò)誤；D．230V小于該交流電的最大值為，所以耐壓為230V的電容器不能在該交變電路中使用，故D錯(cuò)誤。故選B。2．A【詳解】A、B兩端加直流電壓時(shí)，甲燈正常發(fā)光，乙燈完全不亮，說明乙支路為開路，即與乙燈串聯(lián)的元件Y可能是電容器，當(dāng)A、B兩端加上有效值和直流電壓相等的交流電壓時(shí)，甲燈發(fā)出微弱的光，乙燈能正常發(fā)光，因?yàn)殡姼芯€圈是通直流阻交流，所以與甲燈串聯(lián)的元件X是電感線圈，因?yàn)殡娙萜魇歉糁绷魍ń涣?，所以與乙燈串聯(lián)的元件Y是電容器。故選A。3．D【詳解】線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生交流電，根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)可知，磁體即磁體產(chǎn)生的磁場對線圈轉(zhuǎn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生交流電，轉(zhuǎn)動(dòng)的周期即為交流電的周期，轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速與交流電的最大值有關(guān)。由于永磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈垂直與磁場方向切割磁感線，線圈中將產(chǎn)生正弦或余弦的交流電，故電流i隨時(shí)間t變化的圖像可能正確的是D。ABC錯(cuò)誤，D正確。故選D。4．B【詳解】AB．根據(jù)交流電壓隨時(shí)間變化的表達(dá)式，可知該電壓的最大值為有效值為A錯(cuò)誤B正確；CD．根據(jù)交流電壓隨時(shí)間變化的表達(dá)式可知，，可得周期為頻率為CD錯(cuò)誤。故選B。5．C【詳解】設(shè)交變電流的有效值為U，將交變電流與直流電分別通過相同電阻R，分析一個(gè)周期內(nèi)熱量：交變電流為直流電為由Q1=Q2得ABD錯(cuò)誤，C正確。故選C。6．C【詳解】A．設(shè)原線圈和副線圈兩端的電壓分別為和，通過的電流分別為和，原線圈及其左側(cè)電路的等效電阻為，則有聯(lián)立各式解得因?yàn)楦鶕?jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)知，定值電阻和原線圈兩端的電壓相等，A錯(cuò)誤；B．又定值電阻和原線圈兩端的電壓相等，所以定值電阻和兩端電壓之比為1:2，B錯(cuò)誤；C．發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大值其中發(fā)電機(jī)輸出電壓有效值若線圈的轉(zhuǎn)速n變?yōu)樵瓉淼囊话耄敵鲭妷河行е底優(yōu)樵瓉淼囊话?，則電流表A的讀數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?，原線圈兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼囊话?，電壓表V的讀數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话耄珻正確，D錯(cuò)誤。故選C。7．C【詳解】A．由圖乙可知，時(shí)圖象的斜率最大，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率最大，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知此時(shí)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大，A錯(cuò)誤；B．由圖乙可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間段正弦規(guī)律變化，則線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化，電阻箱的阻值調(diào)到6時(shí)，電壓表的讀數(shù)為V，則此時(shí)線框輸出電壓的最大值為由得B錯(cuò)誤；C．定值電阻兩端電壓的有效值為則一個(gè)周期內(nèi)定值電阻產(chǎn)生的熱量為C正確；D．線框的輸出功率為整理得當(dāng)時(shí)，線框的輸出功率最大，此時(shí)有，D錯(cuò)誤。故選C。8．D【詳解】A．因?yàn)锳、B兩點(diǎn)在同一旋轉(zhuǎn)體上，則A點(diǎn)B點(diǎn)的周期相等，所以A、B的角速度相等，A錯(cuò)誤；B．根據(jù)選項(xiàng)A知A、B兩點(diǎn)加速度相同，則有，rA>rB所以A點(diǎn)的向心加速度大于B點(diǎn)，B錯(cuò)誤；C．風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)葉又帶動(dòng)機(jī)頭的轉(zhuǎn)子（永磁體）轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得定子（線圈）切割磁感線產(chǎn)生電能，風(fēng)葉勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)部的磁感應(yīng)裝置勻速切割，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流應(yīng)為正弦（或余弦）式的交變電流，C錯(cuò)誤；D．由于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為其中N為線圈匝數(shù)、S為線圈面積、n為線圈轉(zhuǎn)速、φ為初相位，當(dāng)風(fēng)速變大時(shí)，風(fēng)葉轉(zhuǎn)速加快，輸出電壓變大，D正確。故選D。9．A【詳解】A．在一個(gè)周期T＝2s內(nèi)，通過該電阻的電荷量為＝2C2min內(nèi)共有60個(gè)周期，所以總電量q總＝60q＝60×2C＝120C故A正確；BD．在一個(gè)周期內(nèi)，電阻產(chǎn)生的焦耳熱為代入數(shù)據(jù)解得電阻兩端電壓的有效值，則通過電阻的電流的有效值為故BD錯(cuò)誤；C．電阻產(chǎn)生的焦耳熱故C錯(cuò)誤；故選：A。10．C【詳解】由圖可知，交流電的周期為0.04s，設(shè)有效值為，根據(jù)電流的熱效應(yīng)有解得故ABD錯(cuò)誤C正確。故選C。11．B【詳解】通過卡回路的磁通量變化率則感應(yīng)電動(dòng)勢又聯(lián)立得則感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為帶入數(shù)據(jù)得故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B。12．C【詳解】A．由圖可知，線圈初始位置是從垂直中性面，所以交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間的變化關(guān)系是故A錯(cuò)誤；B．交流電的有效值為則交流電壓表的示數(shù)故B錯(cuò)誤；C．從時(shí)刻開始線圈平面轉(zhuǎn)過30°的過程中，通過電阻的電荷量約為故C正確；D．電阻R上的熱功率為故D錯(cuò)誤。故選C。13．

1.4【詳解】[1]線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值表示為圖示位置磁通量為零，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，則感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為[2]電壓的有效值為則電流表的示數(shù)14．

【詳解】[1]感應(yīng)電動(dòng)勢最大值為帶入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得[2]交流電壓表的示數(shù)為[3]轉(zhuǎn)過90，根據(jù)[4]轉(zhuǎn)過60，此時(shí)電流15．【詳解】[1]轉(zhuǎn)過90°時(shí)磁通量的變化量為則由法拉第電磁感應(yīng)定律可知?jiǎng)t電量16．正弦【詳解】(1)[1]正弦式交變電流的公式和圖像可以詳細(xì)描述交變電流的情況。若線圈通過中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)，交變電流的圖像是正弦曲線。17．【詳解】圖象描述的是電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系，由圖可知周期為角速度該交流電的電壓的峰值是交變電的電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式18．（1）nBl1l2ω；（2）；（3），，；（4）；（5）①，②【詳解】（1）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)到與圖示位置垂直時(shí)，電動(dòng)勢最大，ab、cd兩邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小均為所以電動(dòng)勢的最大值（2）從圖示位置計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式為則電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為（3）根據(jù)正弦交流電有效值和最大值的關(guān)系可知電動(dòng)勢的有效值為則電流的有效值為路端電壓有效值（4）如果線圈轉(zhuǎn)速提高1倍，則感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化表達(dá)式（5）①當(dāng)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90o的過