鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第1节 交变电流的特点当堂达标检测题

第3章　交变电流与远距离输电

第1节　交变电流的特点

基础过关练

题组一　直流电与交流电的识别

1.关于交变电流和直流电流的说法中正确的是(　　)

A.如果电流大小随时间做周期性变化,则一定是交变电流

B.直流电流的大小和方向一定不变

C.交变电流一定是按正弦规律变化的

D.交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化

2.(多选)下面四幅图中表示的均是电路中的电流i随时间t变化的图像,其中属于交变电流的是(　　)

题组二　交流电的周期与频率

3.关于交变电流的周期和频率,下列说法中正确的是(　　)

A.正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期

B.1 s内正弦式交变电流出现最大值的次数等于频率

C.正弦式交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍

D.频率为50 Hz的交变电流,其周期等于0.05 s

4.某正弦式交变电流的方向在1 s内改变100次,则其周期T和频率f分别为(　　)

A.T=0.01 s,f=100 Hz 

B.T=0.02 s,f=50 Hz

C.T=0.02 s,f=100 Hz 

D.T=0.01 s,f=50 Hz

题组三　对交流电有效值的理解

5.下列提到的关于交流电的物理量,指的不是交流电的有效值的是(　　)

A.交流电压表的读数

B.保险丝的熔断电流

C.电容器的击穿电压

D.电动机铭牌上的额定电压

题组四　有效值的计算

6.如图是一交变电流的电流大小随时间变化的图像,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5 A

7.如图所示,提供正弦式交变电流的电源的输出电压最大值为311 V,负载电阻R=440 Ω,不考虑电表内阻的影响,则电路中交流电压表和电流表的示数分别为(　　)

A.311 V,0.707 A 

B.220 V,0.5 A

C.311 V,10 A 

D.311 V,0.05 A

8.如图所示为一交流电的电流随时间变化的图像,此交流电流的有效值是(　　)

A.3.5 A B.3.5 A

C.5 A D.5 A

9.一根电阻丝接入220 V的直流电路中,1 min内产生的热量为Q,同样的电阻丝接入正弦交流电路中,2 min内产生的热量也为Q,则该正弦交流电路的电压最大值为　(　　)

A.310 V B.220 V 

C.155.6 V D.110 V

能力提升练

题组一　交流电有效值的计算

1.(2019河北沧州月考,)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2P,如果电热器的电阻不变,则此交流电源输出电压的最大值为(　　)

A.5 V　　　B.5 V　　　C.20 V　　　D.10 V

2.(2020江西南昌六校高二上期末,)A、B是两个完全相同的电热器,A通以图甲所示的方波交变电流,B通以图乙所示的正弦式交变电流,则两电热器的电功率PA∶PB等于(　　)

A.5∶4 B.3∶2 C.∶1 D.2∶1

3.(2020山东潍坊高二上检测,)一个边长为6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,电阻为0.36 Ω。磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示,则线框中感应电流的有效值为(　　)

A.×10-5 A B.×10-5 A

C.×10-5 A D.×10-5 A

题组二　最大值、有效值、平均值的计算

4.(2020辽宁沈阳高二上月考,)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动,从磁通量最大位置开始转过180°过程中,感应电动势的最大值和平均值之比为(　　)

A. B. C. D.

5.(2020广西南宁二中、柳州高中高三联考,)(多选)如图所示的正方形线框abcd边长为L,每条边框的电阻均为r,在垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度ω匀速转动,回路中产生的感应电流为正弦式交变电流,c、d两点与一阻值为r的电阻相连,各表均可视为理想电表,导线电阻不计,则下列说法中正确的是(　　)

A.当S断开时,电压表的示数为零

B.当S断开时,电压表的示数为

C.当S闭合时,电压表的示数为

D.当S闭合时,电流表的示数为

6.(2020江西宜春高二上月考,)(多选)如图所示,内阻为r的线圈面积为S,共N匝,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,以角速度ω匀速转动,电路中产生的感应电流为正弦式交变电流。线圈通过电刷与一个阻值为R的电阻连接,V为理想交流电压表。则下列说法正确的是(　　)

A.在图示位置线圈中电流改变方向

B.在图示位置时,电流的大小为i=

C.电压表的读数是

D.线圈从图示位置开始转过90°角的过程中,通过线圈导线横截面的电荷量为

7.(2020重庆七中高三月考,)如图所示,N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO'匀速转动,线框面积为S,线框的电阻、电感均不计,若外电路只接有电阻R,则电路中将产生正弦式交变电流。现把电阻R、理想交流电流表A和二极管D接入电路,二极管D具有单向导电性,即正向电阻为零,反向电阻无穷大。下列说法正确的是(　　)

A.交流电流表的示数I=NBS

B.一个周期内通过R横截面的电荷量为0

C.R两端电压的有效值U=NBS

D.图示位置电流表的示数为0

答案全解全析

第3章　交变电流与远距离输电

第1节　交变电流的特点

基础过关练

1.D　直流电的特征是电流的方向不变,电流的大小可以改变。交变电流的特征是电流的方向随时间改变。交变电流有多种形式,正弦式交流电只是交变电流中的一种,故选D。

2.CD　交变电流的特点是大小和方向均随时间做周期性变化,其突出特点是方向随时间做周期性变化。在图像中,电流的正负表示电流的方向,故符合交变电流特点的是C、D。

3.C　因为在一个周期的时间内,正弦式交变电流会出现正向和负向最大值各一次,故相邻两次最大值的时间间隔为半个周期,A错误;1 s内完成周期性变化的次数等于频率,而正弦式交变电流1次周期性变化中出现2次最大值,故选项B错误;正弦式交变电流在一个周期内方向改变两次,即方向变化的频率为交变电流频率的2倍,所以选项C正确;由T== s=0.02 s,知选项D错误。

4.B　正弦式交变电流在一个周期内方向改变两次,1 s内电流的方向改变100次,知经历了50个周期,则T= s=0.02 s,频率f==50 Hz,选项B正确,A、C、D错误。

5.C　交流电表的示数是有效值;保险丝的熔断电流也是有效值;电容器的击穿电压是指最大值;电动机铭牌上的额定电压也是有效值,题目要求选不是有效值的物理量,故选C。

6.A　由题图可知T=0.2 s,Im=10 A,故频率f==5 Hz,有效值I==5 A,故A正确,B、C、D错误。

7.B　电压表、电流表的示数均为有效值,U=≈220 V,I==0.5 A,故选B。

8.C　根据交流电流的有效值的定义有I2×R×0.02 s=(4 A)2×R×0.01 s+(3 A)2×R×0.01 s,解得I=5 A,选项C正确,A、B、D错误。

9.B　设正弦交流电路的电压有效值为U2,

对于直流电路:Q=t1①

对于正弦交流电路:Q=t2②

由①②联立解得:U2=110 V

该正弦交流电路的电压最大值为Um=U2=220 V,故选B。

能力提升练

1.C　根据电功率公式可知,直流电路中P=,交流电路中2P=,联立解得交流电源输出电压的有效值U2=U1,根据正弦式交变电流最大值与有效值的关系可知,输出电压的最大值Um=U2=2U1=20 V,C选项正确。

2.A　根据题意,设通过电热器A的电流有效值为I,则有R·+·R·=I2RT,即I=I0,则电热器A的电功率为PA=R,通过电热器B的电流的有效值为,则电热器B的电功率为PB=R,故选项A正确。

3.B　由法拉第电磁感应定律和欧姆定律得

E==S·,I==·

可得0~3 s内,I1=× A=2×10-5 A

3~5 s内,I2=× A=-3×10-5 A

可作出i随时间t变化的图像如图所示

由有效值的定义得Rt1+Rt2=I2Rt,

其中t1=3 s,t2=2 s,t=t1+t2

解得I=×10-5 A,故B选项正确。

4.A　线圈从磁通量最大位置转动180°过程中,感应电动势的平均值为=N=N=,感应电动势的最大值Em=NBSω,感应电动势的最大值和平均值之比为,选项A正确,B、C、D错误。

5.BCD　当S断开时,电压表测量cd两点间的电压,故它的示数不为零,选项A错误;线框中产生的感应电动势的最大值为Em=BLv=BL·ωL=BωL2,则有效值为E==BωL2,当S断开时,电压表的示数为U=E=BωL2,选项B正确;当S闭合时,电路中的总电阻r总=+3r=,则电流表示数I=·=,电压表的示数为U'=Ir=,选项C、D正确。

6.BC　取线圈转到图示位置的前一瞬间进行分析,可知穿过线圈平面的磁通量在减小,取图示位置后的一瞬间可知,穿过线圈平面的磁通量反向增加,由楞次定律知图示位置时感应电流不会改变方向,选项A错误;在图示位置时,感应电动势最大,为Em=N·2Blv=NBSω,回路中的电流也最大,电流的大小为i=Im=,选项B正确;通过电阻R的电流的有效值I==,电压表的读数是U=IR=,C正确;线圈从t=0时刻开始转过90°的过程中,通过线圈导线横截面的电荷量为q==,选项D错误。

7.A　矩形闭合导线框在磁场中以角速度ω转动,产生的正弦式交流电的电压最大值为Em=NBSω,二极管具有单向导电性,一个周期中只有一半时间电路中有电流,根据电流的热效应得··=T,解得R两端电压U=,电流表的示数为有效值I==,选项A正确,C错误;一个周期中只有一半时间电路中有电流,由=N,I=,q=It,得到一个周期内通过R横截面的电荷量为q=,选项B错误;电流表显示的是有效值,示数不会随瞬时值的变化而变化,即图示位置电流表的示数不为0,选项D错误。