【物理】2020届一轮复习人教版 交变电流 课时作业 12页

2020 届一轮复习人教版 交变电流 课时作业 一、单项选择题(本大题共 8 小题，每小题 4 分，共 32 分．在每 小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得 3 分， 选错或不答的得 0 分) 1. 一电阻接在 10 V 直流电源上，电热功率为 P；当它接到电压 u ＝10sin ωt(V)上时功率为( ) A．0.25P B．0.5P C．P D．2P 解析：电阻接在 10 V 直流电源上，电热功率为 P，则 P＝102 R ；当 它接到电压 u＝10sin ωt(V)上时功率为 P′＝ 10 2 2 R ＝102 2R ＝0.5P，故 B 正 确． 答案：B 2. 一边长为 L 的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转 动，线框中产生的感应电动势 e 随时间 t 的变化情况如图所示．已知匀 强磁场的磁感应强度为 B，则结合图中所给信息可判定( ) A．t1 时刻穿过线框的磁通量为 BL2 B．t2 时刻穿过线框的磁通量为零 C．t3 时刻穿过线框的磁通量变化率为零 D．线框转动的角速度为 Em BL2 解析：t1 时刻，感应电动势最大，穿过线框的磁通量应为零，A 错 误；t2 时刻，穿过线框的磁通量最大为Φm＝BL2，B 错误；t3 时刻，感 应电动势最大，则磁通量变化率也最大，C 错误；交变电流的最大值 为 Em＝BL2ω，则ω＝ Em BL2 ，D 正确． 答案：D 3．如图所示为某小型交流发电机的示意图，其矩形线圈 abcd 的 面积为 S＝0.03 m2，共有 10 匝，线圈总电阻为 r＝1 Ω，线圈处于磁感 应强度大小为2 2 π T 的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称 轴 OO′转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路电阻 R ＝9 Ω的连接．在外力作用下线圈以 10π rad/s 绕轴 OO′匀速转动时， 下列说法中正确的是( ) A．电阻 R 的发热功率是 3.6 W B．交流电流表的示数是 0.6 A C．用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔一 定为 0.02 s D．如果将电阻 R 换成标有“6 V 3 W”字样的小灯泡，小灯泡 能正常工作 解析：感应电动势最大值：Em＝nBωS＝10×2 2 π ×10π×0.03 V＝ 6 2 V，电动势有效值：E＝Em 2 ＝6 V；电路中的电流：I＝ E R＋r ＝ 6 9＋1 A＝0.6 A，则交流电流表的示数是 0.6 A，选项 B 正确；电阻 R 的发热 功率是 PR＝I2R＝3.24 W，选项 A 错误；交流电的周期 T＝2π ω ＝ 2π 10π s ＝0.2 s，则用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间 隔一定为 0.2 s，选项 C 错误；如果将电阻 R 换成标有“6 V 3 W”字 样的小灯泡，灯泡的电阻 RL＝U2 P ＝36 3 Ω＝12 Ω，灯泡两端的电压 UL ＝ E RL＋rRL＝ 6 12＋1 ×12 V＝5.54 V，故小灯泡不能正常工作，选项 D 错误． 答案：B 4．在电阻两端并联二极管如图所示电路，电阻 R1 与电阻 R2 阻值 相同，都为 R，和 R1 并联的 D 为理想二极管(正向电阻可看作零，反 向电阻可看作无穷大)，在 A、B 间加一正弦交变电流 u＝20 2sin 100πt (V)，则加在 R2 上的电压有效值为( ) A．10 V B．20 V C．15 V D．5 10 V 解析：电压值取正值时，即在前半个周期内，二极管电阻为零， R2 上的电压等于输入电压值，电压值取负值时，即在后半周期内，二 极管电阻无穷大可看作断路，R2 上的电压等于输入电压值的一半，据 此可设加在 R2 的电压有效值为 U，根据电流的热效应，在一个周期内 满足 U2 R T＝202 R ·T 2 ＋102 R ·T 2 ，可求出 U＝5 10 V．故选项 D 正确． 答案：D 5. 如图所示为某交变电流随时间变化的图象，此交变电流有效值 是( ) A．3 2 A B．5 A C. 17 A D．2 5 A 解析：将交变电流与直流电流通过阻值都为 R 的电阻，设直流电 流为 I，则根据有效值的定义，有(4 2 2 )2R·T 2 ＋(3 2)2 R·T 2 ＝I2RT，解得 I＝ 17 A. 答案：C 6．如图所示电路中，L 为电感线圈，C 为电容器，当开关 S 由断 开变为闭合时( ) A．灯 LA 中无电流通过，不可能变亮 B．灯 LA 中有电流通过，方向由 a 到 b C．灯 LB 逐渐熄灭，c 点电势高于 d 点电势 D．灯 LB 逐渐熄灭，c 点电势低于 d 点电势 解析：若开关 S 由断开变为闭合，则电容器 C 和灯 LA 将被短路， 电容器放电，灯 LA 中电流方向为由 b 到 a，A、B 错误；由于在 L 中 产生自感电动势，在线圈 L、灯 LB 和电键形成回路，使得灯 LB 逐渐 熄灭，电流方向为从 c 到 d，由于 L 是电源，所以 c 点电势低于 d 点电 势，选项 D 正确． 答案：D 7．如图，利用理想变压器进行远距离输电，发电厂的输出电压恒 定，输电线路的电阻不变，当用电高峰到来时( ) A．输电线上损耗的功率减小 B．电压表 V1 的示数减小，电流表 A1 增大 C．电压表 V2 的示数增大，电流表 A2 减小 D．用户功率与发电厂输出功率的比值减小 解析：当用电高峰到来时，用户消耗的功率变大，则电流表 A2 读 数变大，输电线上的电流变大，输电线上损耗的功率变大，选项 A 错 误；电流表 A1 增大，因为发电厂的输出电压恒定，则升压变压器的次 级线圈电压不变，即电压表 V1 的示数不变，选项 B 错误；输电线上的 电压损失变大，故降压变压器的初级线圈电压减小，降压变压器次级 线圈电压也减小，即电压表 V2 的示数减小，选项 C 错误；用户消耗的 功率占发电厂输出总功率的比例P－P 损 P ＝1－I2R U1I ＝1－ΔU U1 ，因为输电线 上的电流增大，则电压损失增大，U1 不变，所以用户消耗的功率占发 电厂输出总功率的比例减小，故 D 正确． 答案：D 8．如图所示，有一矩形线圈绕 OO′轴在匀强磁场中匀速转动产生 交变电流，通过滑环接一理想变压器．线路中接有电压表和电流表， 不计矩形线圈和导线的电阻．滑动接头 P 可以上下移动，副线圈上接 有可调电阻 R.下列判断正确的是( ) A．当 P 位置不动、R 增大时，电压表的示数增大 B．当 P 位置不动、R 增大时，电压表的示数减小 C．当 P 位置向上移动、R 不变时，电流表的示数增大 D．当 P 位置向上移动、R 不变时，电流表的示数减小 解析：因不计矩形线圈和导线的电阻，电压表的示数即电动势的 有效值，电动势不变，电压表示数不变，故选项 A、B 错误；根据理 想变压器变压规律U1 U2 ＝n1 n2 ，副线圈输出电压 U2＝n2 n1 U1，因 n1 减小，U2 会增大，由输出功率等于输入功率 P2＝U22 R ＝P1＝U1I1 知，电流表示数 I1 会增大，故选项 C 正确，选项 D 错误． 答案：C 二、多项选择题(本大题共 4 小题，每小题 4 分，共 16 分．在每 小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得 4 分，选对但不全的得 2 分，有选错或不答的得 0 分) 9．如图所示，图线 a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦 交变电流的图象，当调整线圈转速后，其在同一磁场中匀速转动过程 中所产生正弦交变电流的图象如图线 b 所示. 以下关于这两个正弦交 变电流的说法正确的是( ) A．在图中 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 3∶2 C．交变电流 a 的瞬时值为 u＝10sin 5πt(V) D．交变电流 b 电压的最大值为20 3 V 解析：由题图可知，t＝0 时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通 量最大，所以 A 错误；由图象可知 TA∶TB＝2∶3，故 nA∶nB＝3∶2， 所以 B 正确；由图象可知，交流电 a 的最大值为 10 V，角速度为ω＝2π T ＝2π 0.4 rad/s＝5π rad/s，所以交流电 a 的瞬时值为 u＝10sin 5πt (V)，所 以 C 正确；交流电最大值 Um＝nBSω，故 Uma∶Umb＝3∶2，故 Umb ＝2 3Uma＝20 3 V，D 正确． 答案：BCD 10．如图所示，变频交变电源的频率可在 20 Hz 到 20 kHz 之间调 节，在某一频率时，L1、L2 两只灯泡的炽热程度相同，则下列说法中 正确的是( ) A．如果将频率增大，L1 炽热程度减弱、L2 炽热程度加强 B．如果将频率增大，L1 炽热程度加强、L2 炽热程度减弱 C．如果将频率减小，L1 炽热程度减弱、L2 炽热程度加强 D．如果将频率减小，L1 炽热程度加强、L2 炽热程度减弱 解析：某一频率时，两个灯泡炽热程度相同，应有两灯泡消耗的 功率相同，频率增大时，感抗增大，而容抗减小，故通过 L1 的电流增 大，通过 L2 的电流减小，故 B 项正确，同理可得 C 项正确． 答案：BC 11．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为 10∶1， Ⓐ 均为理想电表，R 是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)、L 是理 想线圈、D 是灯泡．原线圈接入如图乙所示的正弦交流电，下列说法 正确的是( ) A．交流电的频率为 50 Hz B．电压表的示数为 22 2 V C．当光照增强时，Ⓐ的示数变小 D．若用一根导线来代替线圈 L，则灯 D 变亮 解析：因交流电的周期是 0.02 s，所以频率为 f＝1 T ＝ 1 0.02 Hz＝50 Hz，故 A 正确；原线圈接入电压的最大值是 220 2 V，所以原线圈接 入电压的有效值是 U1＝220 V，根据理想变压器变压比： U1 U2 ＝n1 n2 ，代 入数据解得副线圈的电压为： U2＝22 V，故 B 错误；有光照增强时， R 阻值随光强增大而减小，根据 P＝ U2 R 总 ，得副线圈输出功率增大，所 以原线圈输入功率增大，所以电流表Ⓐ的示数变大，故 C 错误；用导 线代替线圈，对电流的阻碍减小，所以 D 变亮，故 D 正确． 答案：AD 12．如图甲所示为一交变电压随时间变化的图象，每个周期内， 前二分之一周期电压恒定，后二分之一周期电压按正弦规律变化．若 将此交变电流连接成如图乙所示的电路，电阻R阻值为100 Ω，则( ) A．理想电压表读数为 100 V B．理想电流表读数为 0.75 A C．电阻 R 消耗的电功率为 56 W D．电阻 R 在 100 秒内产生的热量为 5 625 J 解析：根据电流的热效应，一个周期内产生的热量Q＝U2 R T＝1002 R ·T 2 ＋ 50 2 2 R ·T 2 ，解得 U＝75 V，A 错误；电流表读数 I＝U R ＝0.75 A，B 正 确；电阻 R 消耗的电功率 P＝I2R＝56.25 W，C 错误；在 100 秒内产 生的热量 Q＝Pt＝5 625 J，D 正确． 答案：BD 三、非选择题(本题共 3 小题，共 52 分．解答题应写出必要的文 字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位) 13．(16 分)发电机转子是匝数 n＝100，边长 L＝20 cm 的正方形 线圈，其置于磁感应强度 B＝0.5 T 的匀强磁场中，绕着垂直磁场方向 的轴以ω＝100π rad/s 的角速度转动，当转到线圈平面与磁场方向垂直 时开始计时．线圈的电阻 r＝1 Ω，外电路电阻 R＝99 Ω. (1)写出交变电流瞬时值表达式； (2)求外电阻上消耗的功率； (3)从计时开始，线圈转过π 3 过程中，通过外电阻的电荷量是多少？ 解析：(1)电动势的最大值：Em＝nBωL2＝628 V， 根据闭合电路欧姆定律得 Im＝ Em R＋r ＝6.28 A， 故交变电流瞬时值表达式为：i＝6.28sin 100πt(A)． (2)电流的有效值 I＝ 1 2Im， 由 P＝I2R 得外电阻上的消耗功率： P＝ 1 2Im 2 R≈1.95×103 W. (3)从计时开始到线圈转过π 3 过程中，由 E＝nΔΦ Δt ，得 — E＝nΦm－Φmcos 60° Δt ＝n·BL2 2Δt ， 故平均电流 — I＝ E－ R＋r ＝ nBL2 2（R＋r）·Δt ， 通过外电阻的电荷量 q＝ — I·Δt＝ nBL2 2（R＋r）＝1×10－2 C. 答案：(1) i＝6.28sin 100πt(A) (2)1.95×103 W (3)1×10－2C 14．(18 分)如图所示，理想变压器原线圈中输入电压 U1＝3 300 V， 副线圈两端电压 U2 为 220 V，输出端连有完全相同的两个灯泡 L1 和 L2，绕过铁芯的导线所接的电压表 V 的示数 U＝2 V. (1)原线圈 n1 等于多少？ (2)当开关 S 断开时，表 A2 的示数 I2＝5 A，则表 A1 的示数 I1 为多 少？ (3)当开关 S 闭合时，表 A1 的示数 I1′等于多少？ 解析：(1)设伏特表所接线圈输出端电压为 U3，得 U1 U3 ＝n1 n3 ，得 n1＝3 300 2 ×1＝1 650. (2)由 U1I1＝U2I2，得 I1＝U2I2 U1 ＝220×5 3 300 A≈0.33 A. (3)当 S 闭合时，I′2＝2I2＝10 A， U1I′1＝U2I′2， I′1＝U2I′2 U1 ＝220×10 3 300 A≈0.67 A. 答案：(1)1 650 (2)0.33 A (3)0.67 A 15．(18 分)一台小型发电机的最大输出功率为 100 kW，输出电压 恒为 500 V，用电阻率为 1.8×10－8Ω·m，横截面积为 10－5m2 的输电线 向 4×103 m 远处的用户输电，要使发电机满负荷运行时，输电线上的 损失功率不得超过发电机总功率的 4%. (1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？ (2)如果用户用电器的额定电压为 220 V，那么所用的理想降压变 压器原、副线圈的匝数比是多少？ (3)想一想，当深夜接入电路的用电器减少时，用电器两端的电压 是大于、小于还是等于 220 V？若用电器电路中电流为 100 A，求此时 用电器两端的电压数值． 解析：(1)输电要用两根导线，则输电线的电阻为 r＝ρ2l S ＝1.8×10－8×2×4×103 10－5 Ω＝14.4 Ω， 由题意知 P 损＝P×4%＝ P U2 2 r， 代入数据得 U2＝6 000 V， 升压变压器原、副线圈匝数比为：n1 n2 ＝U1 U2 ＝ 500 V 6 000 V ＝ 1 12. (2)I2＝ P U2 ＝ 105 6×103 A＝50 3 A， U 损＝I2·r＝50 3 ×14.4 V＝240 V， 而 U3＝U2－U 损＝6 000 V－240 V＝5 760 V， n3 n4 ＝U3 U4 ＝5 760 V 220 V ＝288 11 ， 降压变压器原、副线圈匝数比为 288∶11. (3)用电器总数减少时，用电器两端电压将增大， 由题知 I′4＝100 A 则由I′4 I′3 ＝n3 n4 ＝288 11 ， 所以 I′3＝275 72 A， U′损＝I′3·r＝275 72 ×14.4 V＝55 V， 而 U1、U2 不变， U′3＝U2－U′损＝(6 000－55) V＝5 945 V， U′3 U′4 ＝n3 n4 ， U′4＝n4 n3 U′3＝ 11 288 ×5 945 V≈227 V. 答案：(1)1∶12 (2)288∶11 (3)大于 220 V 227 V