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  • 2021-06-01 发布

2020学年高中物理 第五章 交变电流 2 描述交变电流的物理量课时作业 新人教版选修3-2

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描述交变电流的物理量 ‎ ‎1.(多选)如图5210所示是某种正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的(  )‎ ‎5210‎ A.周期是0.01 s B.最大值是311 V C.有效值是220 V D.表达式为u=220sin100πt V ‎【解析】 由波形图可知,周期T=0.02 s,电压最大值Um=311 V,所以有效值U==220 V,该电压的表达式为u=Umsint V=311sin100πt V,故选项B、C正确,A、D错误.‎ ‎【答案】 BC 图5211‎ ‎2.(2020·铜陵高二检测)如图5211是一个余弦式交变电流的图象,下列说法正确的是 (  )‎ A.周期是0.2 s,电流的峰值是‎10 A B.周期是0.15 s,电流的峰值是‎10 A C.频率是5 Hz,电流的有效值是‎10 A D.频率是0.2 Hz,电流的有效值是‎7.07 A ‎【解析】 由图象可知T=0.2 s,Im=‎10 A,故频率f==5 Hz,I==‎5 A≈‎7.07 A,A正确,B、C、D错误.‎ ‎【答案】 A ‎3.(多选)由交流电动势瞬时值表达式e=10sin 4πt V,可知(  )‎ A.此交变电流的频率是4π Hz B.此交变电流的周期是0.5 s C.当t=0.5 s时,此交流电动势有最大值 D.当t=0时,产生此交变电流的线圈平面与中性面重合 ‎【解析】 把已知表达式e=10sin 4πt V与e=NBSωsinωt V对照,可得ω=4π,周期T=2π/ω=0.5 s,B正确;频率f=1/T=2 Hz,A错误;将t=0.5 s代入表达式可得电动势e=0,C错误;将t=0代入可得e=0,说明是中性面位置,D正确.‎ ‎【答案】 BD ‎4.如图5212所示为一交变电流的it图象,则此交变电流的有效值为(  )‎ ‎5212‎ A.‎5 A B.‎5 A C.‎‎10 A D.‎2.5 A ‎【解析】 对于正弦式交变电流可直接应用最大值为有效值的倍这一规律,将此交变电流分为前后两部分正弦式交流,可直接得到这两部分正弦式交变电流的有效值,分别为I1=‎2.5 A和I2=‎7.5 A,分别取一个周期T中的前0.01 s和后0.01 s计算产生的电热Q=IR×0.01 J+IR×0.01 J,再利用有效值的定义得Q=I2R×‎ ‎0.02 J.‎ 解得I=‎2.5 A.‎ ‎【答案】 D ‎5.(2020·北京高考)一个小型电热器若接在输出电压为10 V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.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.5 V   B.5 V   C.10 V   D.10 V ‎【解析】 小型电热器的电阻不会改变,根据功率表达式和交流电的有效值有P=和=可得Um=10 V,答案C.‎ ‎【答案】 C ‎6.交流电源电压u=20sin(100πt) V,内阻不计,电路中电阻R=10 Ω.则如图所示电路中电流表和电压表的读数分别为(  )‎ A.‎1.41 A,14.1 V B.‎1.41 A,20 V C.‎2 A,20 V D.‎2 A,14.1 V ‎【解析】 电流表和电压表测量的是交变电流的有效值,由u=20sin(100πt) V知Um=20 V,故U==10 V≈14.1 V,电流的读数I==‎1.41 A,故A正确.‎ ‎【答案】 A 图5213‎ ‎7.如图5213所示,单匝矩形线圈abcd处在磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,以恒定的角速度ω绕ab边转动,线圈所围面积为S,线圈的总电阻为R.t=0时刻线圈平面与纸面重合,且cd边正在离开纸面向外运动,则(  )‎ A.时刻t线圈中电流的瞬时值i=cos ωt B.线圈中电流的有效值I= C.线圈中电流的有效值I= D.线圈消耗的电功率P= ‎【解析】 由题意知t=0时线圈与中性面重合,则i=sin ωt,电流有效值I=,P=.‎ 所以只有选项C正确.‎ ‎【答案】 C ‎5214‎ ‎8.(多选)(2020·哈尔滨六中高二检测)如图5214是某交流发电机产生的交变电流的图象,根据图象可以判定(  )‎ A.此交变电流的频率为5 Hz B.该交变电流的电压瞬时值的表达式为u=12sin 10πt(V)‎ C.将标有“12 V 3 W”的灯泡接在此交流电源上,灯泡可以正常发光 D.图象上对应的0.1 s时刻,发电机中的线圈刚好转至中性面 ‎【解析】 由图象可知,交变电流的周期T=0.2 s,交变电压的最大值Um=12 ‎ V,所以此交变电流的频率f=1/T=5 Hz,角速度ω=2π/T=10π rad/s,交变电压瞬时值的表达式u=Umsin ωt=12sin 10πt(V),选项A、B均正确;标有“12 V 3 W”的灯泡正常发光时其两端电压的有效值为12 V,而交变电压有效值U==6V,所以灯泡不能正常发光,选项C错误;图象上对应的0.1 s时刻,交变电压瞬时值为零,穿过发电机中的线圈的磁通量最大,发电机中的线圈刚好转至中性面,选项D正确.‎ ‎【答案】 ABD 图5215‎ ‎9.(2020·福建高考)如图5215,实验室一台手摇交流发电机,内阻r=1.0 Ω,外接R=9.0 Ω的电阻.闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10sin 10πt(V),则(  )‎ A.该交变电流的频率为10 Hz B.该电动势的有效值为10 V C.外接电阻R所消耗的电功率为10 W D.电路中理想交流电流表Ⓐ的示数为‎1.0 A ‎【解析】 根据感应电动势的表达式求解交变电流的四值.‎ 因e=10sin 10πt(V),故ω=10π rad/s,f==5 Hz,选项A错误;Em=10 V,故其有效值E==10 V,选项B错误;交流电表的示数及功率的计算均要用有效值,因此电路中Ⓐ表的示数I==‎1.0 A,选项D正确;外接电阻R所消耗功率为P=I2R=1.02×9 W=9 W,选项C错误.‎ ‎【答案】 D 图5216‎ ‎10.如图5216所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界).则线框内产生的感应电流的有效值为(  )‎ A.         B. C. D. ‎【解析】 交变电流的有效值是根据电流的热效应得出的,线框转动周期为T,而线框转动一周只有进入磁场和离开磁场共T/4的时间内有感应电流,则有R=I2RT,所以I=,D正确.‎ ‎【答案】 D 图5217‎ ‎11.如图5217所示,一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动,磁场方向与转动轴垂直.已知线圈匝数n=400,电阻r=0.1 Ω,长L1=‎0.05 m,宽L2=‎0.04 m,角速度ω=100 rad/s,磁场的磁感应强度B=0.25 T.线圈两端外接电阻R=9.9 Ω的用电器和一个交流电流表(内阻不计),求:‎ ‎(1)线圈中产生的最大感应电动势;‎ ‎(2)电流表的读数;‎ ‎(3)电阻上消耗的电功率.‎ ‎【解析】 (1)Em=nBSω,代入数据得Em=400×0.25×0.05×0.04×100 V=20 V.‎ ‎(2)Im=,代入数据得Im= A=‎2 A.‎ 因为是正弦式交变电流,所以电流表读数即有效值I== A≈‎1.41 A.‎ ‎(3)P=I2R=()2×9.9 W=19.8 W.‎ ‎【答案】 (1)20 V (2)‎1.41 A (3)19.8 W ‎12.如图5218是自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦式交变电流,给车头灯供电.已知自行车车轮半径r=‎35 cm,摩擦小轮半径r0=‎1.00 cm,线圈匝数n=800匝,线圈横截面积S=‎20 cm2,总电阻R1=40 Ω,旋转磁极的磁感应强度B=0.01 T,车头灯电阻R2=10 Ω.当车轮转动的角速度ω=8 rad/s时.求:‎ 图5218‎ ‎(1)发电机磁极转动的角速度ω0;‎ ‎(2)车头灯中电流的有效值I.‎ ‎【解析】 (1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有ω0r0=ωr,则ω0==280 rad/s.‎ ‎(2)摩擦小轮带动磁极转动,线圈产生的感应电动势的最大值为Em=nBSω=4.48 V,感应电动势的有效值E=Em≈3.2 V,通过车头灯电流的有效值I==‎ ‎0.064 A‎=64 mA.‎ ‎【答案】 (1)280 rad/s (2)64 mA ‎