廣西專版2024-2025學年新教材高中物理第3章交變電流2交變電流的描述課后訓練新人教版選擇性必修第二冊

2交變電流的描述課后·訓練提升基礎鞏固一、選擇題(第1~4題為單選題,第5~6題為多選題)1.在下列四幅交變電流的圖像中,能正確反映我國居民生活所用交變電流的是()答案C解析我國日常生活所用交變電流的電壓峰值為311V,周期為0.02s,所以選項C正確。2.圖甲為風力發(fā)電的簡易模型,在風力作用下,風葉帶動與桿固連的永磁鐵轉動,磁鐵下方的線圈與電壓傳感器相連,在某一風速時,傳感器顯示如圖乙所示,則下列說法正確的是()A.磁鐵的轉速為10r/sB.該交變電流可以干脆加在擊穿電壓為9V的電容器上C.該交變電流的電壓表達式為u=12sin10πt(V)D.線圈兩端電壓的有效值為62V答案D解析電流的周期為T=0.4s,故磁體的轉速為n=1T=2.5r/s,故選項A錯誤。該交變電流的電壓的最大值為12V,大于電容器的擊穿電壓,不能干脆加在擊穿電壓為9V的電容器上,故選項B錯誤。周期T=0.4s,故ω=2πT=5πrad/s,故電壓的表達式為u=12sin5πt(V),故選項C錯誤。通過題圖乙可知電壓的最大值為12V,故有效值為U=Um3.匝數(shù)為100的線圈通過如圖所示的交變電流(圖中曲線為余弦曲線的一部分),單匝線圈電阻r=0.02Ω,則在0~10s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱為()A.80J B.85JC.90J D.125J答案B解析由交變電流的有效值定義知32A2R·T2+(2A)2R·T2=I2RT,該交變電流的有效值I=172A,線圈的總電阻R總=100×0.02Ω=2Ω,由Q=I24.有一交變電流如圖所示,則由此圖像可知()A.它的周期是0.4s B.它的峰值是4AC.它的有效值是22A D.它的頻率是0.8Hz答案B解析由題圖像可知交變電流的周期是0.8s,故選項A錯誤。它的峰值是4A,故選項B正確。它不是正弦式交變電流,因此有效值不等于最大值除以2,即它的有效值不是22A,故選項C錯誤。它的周期是0.8s,頻率f=1T=1.5.在勻強磁場中,一個100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉動,穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規(guī)律變更。設線圈總電阻為2Ω,則()A.t=0時,線圈平面平行于磁感線B.t=1s時,線圈中的電流變更方向C.t=1.5s時,線圈中的感應電動勢最大D.一個周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為8π2J答案AD解析t=0時,磁通量為零,磁感線與線圈平面平行,選項A正確。畫出感應電動勢隨時間變更的圖像如圖所示,由圖可知,t=1s時,感應電流沒有變更方向,選項B錯誤。t=1.5s時,感應電動勢為0,選項C錯誤。感應電動勢最大值Em=nBSω=nΦm2πT=100×0.04×2π2V=4πV,有效值E=22×4πV=22πV,Q=E6.如圖所示,固定平行的長直導軌放置于勻強磁場中,導軌間距l(xiāng)=1m,磁感應強度B=5T,方向垂直于導軌平面對下,導體棒與導軌接觸良好,驅動導體棒使其在磁場區(qū)域運動,速度隨時間的變更規(guī)律為v=2sin10πt(m/s),導軌與阻值為R=9Ω的外電阻相連,已知導體棒的電阻為r=1Ω,不計導軌與電流表的電阻。下列說法正確的是 ()A.導體棒做切割磁感線運動,產(chǎn)生頻率為5Hz的正弦式交變電流B.導體棒產(chǎn)生的感應電動勢的有效值為10VC.溝通電流表的示數(shù)為0.5AD.0~T2時間內(nèi)R產(chǎn)生的熱量為0.答案AD解析據(jù)題意得,速度變更規(guī)律為v=2sin10πt(m/s),則產(chǎn)生的電動勢為E=Blv=10sin10πt(V),即產(chǎn)生頻率為f=ω2π=5Hz的正弦式交變電流,選項A正確。電動勢峰值為Em=10V,則導體棒電動勢的有效值E=Em2=52V,選項B錯誤。電流表示數(shù)I=Er+R=521+9A=22A,選項C錯誤。交變電流的周期T=1f=0.2s,在0~T2內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q=I2R二、非選擇題7.如圖所示,在勻強磁場中有一個電阻r=3Ω、面積S=0.02m2的半圓形導線框可繞OO'軸旋轉。已知勻強磁場的磁感應強度B=52πT。線框以ω=100πrad/s的角速度勻速轉動,通過電刷給“6V12W(1)若從圖示位置起先計時,求線框中感應電動勢的瞬時值表達式。(2)從圖示位置起先,線框轉過90°的過程中,流過導線橫截面的電荷量是多少?該電荷量與線框轉動的快慢是否有關?(3)由題所給已知條件,外電路所接小燈泡能否正常發(fā)光?如不能,則小燈泡實際功率為多大?答案(1)e=102cos100πt(V)(2)260πC(3)不能253解析(1)線框轉動時產(chǎn)生感應電動勢的最大值Em=BSω=102V,則感應電動勢的瞬時值表達式e=Emcosωt=102cos100πt(V)。(2)線框轉過90°的過程中,產(chǎn)生的平均電動勢E=ΔΦΔt=2BSωπ,燈泡電阻(3)線框產(chǎn)生的電動勢的有效值E=Em2=10V,燈泡兩端電壓U=ER+rR=5V實力提升一、選擇題(第1~3題為單選題,第4~6題為多選題)1.A、B是兩個完全相同的電熱器,A、B分別通以圖甲、乙所示的交變電流。則()A.通過A、B兩電熱器的電流有效值之比為IA∶IB=3∶4B.通過A、B兩電熱器的電流有效值之比為IA∶IB=3∶22C.A、B兩電熱器的電功率之比為PA∶PB=3∶2D.A、B兩電熱器的電功率之比為PA∶PB=5∶4答案D解析對題圖甲所示的電流有I02RT2+I022RT2=IA2RT,解得IA=58I0,對題圖乙所示的電流有IB=22I0,則IA∶2.如圖所示,一匝數(shù)為N=100,邊長lab=0.20m,lbc=0.10m的矩形線圈,一半放在具有志向邊界的勻強磁場中,磁感應強度B=0.05T,線圈軸線OO'與磁場邊界重合。線圈按圖示方向以50r/s的轉速勻速轉動,線圈總電阻為2Ω,線圈外接電阻為8Ω。若從圖示位置起先計時,則下列說法正確的是 ()A.交變電動勢的瞬時值表達式為e=10πsin100πt(V)B.圖中電壓表的讀數(shù)為42πVC.線圈轉動一圈過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量為0.08π2D.線圈由圖示位置轉過90°的過程中通過電阻R的電荷量為5×10-3C答案D解析由題意可得,線圈勻速轉動的角速度為ω=2πn=2π×50rad/s=100πrad/s,產(chǎn)生溝通電的最大值為Em=NBSω=12NBlablbcω=100×0.05×12×0.20×0.10×100πV=5πV,線圈從中性面起先計時,得交變電動勢的瞬時值表達式為e=5πsin100πt(V),選項A錯誤;依據(jù)閉合電路歐姆定律,可得圖中電壓表的讀數(shù)為U=Em2(r+R)·R=5π2(2+8)×8V=22πV,選項B錯誤;線圈轉動一圈過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量為QR=U2R·T=U2R·2πω=3.在相同的時間內(nèi),某正弦式交變電流通過一阻值為100Ω的電阻產(chǎn)生的熱量,與一電流為3A的直流通過同一阻值的電阻產(chǎn)生的熱量相等,則()A.此交變電流的有效值為3A,最大值為32AB.此交變電流的有效值為32A,最大值為6AC.電阻兩端的溝通電壓的有效值為300V,最大值不確定D.電阻兩端的溝通電壓的有效值為3002V,最大值為600V答案A解析依據(jù)交變電流有效值的定義知,交變電流的有效值為3A,依據(jù)正弦式交變電流有效值與最大值的關系可知交變電流的最大值為32A,選項A正確,B錯誤。依據(jù)歐姆定律有U有效=I有效R,Um=ImR,故電阻兩端的電壓的有效值為300V,最大值為3002V,選項C、D錯誤。4.如圖甲所示,標有“220V40W”的燈泡和標有“20μF360V”的電容器并聯(lián)到溝通電源上,V為志向溝通電壓表,溝通電源的輸出電壓如圖乙中正弦曲線所示。閉合開關S,下列推斷正確的是()A.電容器會被擊穿B.溝通電源的輸出電壓的有效值為220VC.t=T2D.t=T2時刻,通過燈泡的電流為2答案BC解析由題圖可知溝通電壓的最大值為2202V=311V,小于電容器的擊穿電壓,故電容器不會被擊穿,選項A錯誤。由題圖乙可知,溝通電源的輸出電壓的有效值為22022V=220V,選項B正確。溝通電壓表的示數(shù)為有效值,則t=T2時刻,電壓表的示數(shù)為220V,選項C正確。5.單匝閉合矩形線框的電阻為R,在勻強磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉動,穿過線框的磁通量Φ與時間t的關系圖像如圖所示。下列說法正確的是()A.T2B.從0到T4過程中通過線框某一截面的電荷量為C.線框轉一周產(chǎn)生的熱量為2D.從T2到答案ABC解析由題圖可知T2時刻穿過線框的磁通量為零,線框平面處于與中性面垂直的位置,故選項A正確。依據(jù)E=ΔΦΔt,I=qΔt=ER,可得q=ΔΦR=ΦmaxR,故選項B正確。由題圖可知線圈磁通量與時間t的關系為Φ=Φmaxsin2πTt,由法拉第電磁感應定律可得E=ΔΦΔt,故感應電動勢與時間的關系為E=26.溝通發(fā)電機的線圈繞垂直于勻強磁場的水平軸逆時針勻速轉動,轉速n=10r/s,線圈從圖示位置起先計時,電流表的示數(shù)為1A,已知線圈匝數(shù)N=500,線圈內(nèi)阻r=1.0Ω,外接電阻R=9.0Ω,以下推斷正確的是()A.圖示時刻電流方向為DCBAB.通過線圈磁通量的最大值為2π×10-3C.t=516s時線圈磁通量的變更率為2D.t=916s時外接電阻R答案AB解析由右手定則可知,圖示時刻電流方向為DCBA,故選項A正確。電動勢的有效值E=I(R+r)=10V,電動勢的峰值Em=2E=102V,感應電動勢峰值Em=NBSω,通過線圈磁通量的最大值Φm=BS=EmNω=Em2πnN,代入數(shù)據(jù)解得Φm=2π×10-3Wb,故選項B正確。線圈做圓周運動的角速度ω=2πn=20πrad/s,從圖示位置起先計時,電動勢的瞬時值表達式e=Emcosωt=102cos20πt(V),t=516s時,感應電動勢瞬時值e=10V,此時磁通量的變更率eN=150Wb/s,故選項C錯誤。求電功率應用有效值,t=916二、非選擇題7.如圖所示,一個半徑為r的半圓形單匝線圈,以直徑ab為軸勻速轉動,轉速為n,ab的左側有垂直于紙面對里(與ab垂直)的勻強磁場,磁感應強度為B。M和N是兩個集流環(huán),負載電阻為R,線圈、電流表和連接導線的電阻不計,求:(1)感應電動勢的最大值;(2)從圖示位置起轉過14轉