人教版高中物理选择性必修第二册第3章交变电流分层作业16交变电流的描述习题含答案

第三章分层作业16　交变电流的描述

A级 必备知识基础练

1.下列提到的电压或电流,不是指有效值的是(　　)

A.交流电压表的读数

B.保险丝熔断电流

C.电容器击穿电压

D.220 V交流电压

2.(多选)一个矩形线圈在匀强磁场中转动,产生的感应电动势e=220sin 100πt(V),则(　　)

A.交变电流的频率是100π Hz

B.t=0时,线圈位于中性面

C.交变电流的周期是0.02 s

D.t=0.05 s时,e有最大值

3.图甲、乙分别表示两种电流的波形,其中图乙所示电流按正弦规律变化,分别用I1和I2表示图甲和图乙表示的两电流的有效值,则(　　)

A.I1∶I2=2∶1

B.I1∶I2=1∶2

C.I1∶I2=1∶

D.I1∶I2=∶1

4.如图所示,两只阻值相同的电阻分别通以正弦波和方波电流,电流的最大值相等,则两只电阻产生的热功率的比是(　　)

A.1∶4 

B.1∶2

C.1∶1 

D.2∶1

5.(多选)(2023重庆高二期中)有一交变电流如图所示,由此图像可知(　　)

A.它的周期是0.8 s

B.它的峰值是4 A

C.它的有效值是2 A

D.它的频率是0.8 Hz

6.一电阻接一直流电源,通过4 A的电流时热功率为P,若换接一正弦式交流电源,它的热功率变为,则该交变电流的最大值为(　　)

A.4 A B.6 A

C.2 A D.4 A

7.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0 Ω,若外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡,如图乙所示,则(　　)

A.电压表V的示数为220 V

B.电路中的电流方向每秒改变50次

C.灯泡实际消耗的功率为484 W

D.发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为24.2 J

8.如图所示的电路中,A是熔断电流为I0=2 A的保险丝,电阻可不计,R是可变电阻。电路接交流电源,交流电源的内阻不计,其电动势随时间变化的规律是e=220sin 314t (V)。为了使保险丝不熔断,可变电阻的阻值应该大于(　　)

A.110 Ω B.110 Ω

C.220 Ω D.220 Ω

B级 关键能力提升练

9.如图甲所示,调光台灯是通过双向可控硅电子器件来实现无级调节灯的亮度的。现将某无级调光台灯接在220 V的正弦交变电流上,经过可控硅调节后加在灯管两端的电压如图乙所示,则此时电压表的示数是(　　)

A.220 V B.156 V

C.110 V D.78 V

10.如图所示,abcd为一边长为l、匝数为N的正方形闭合线圈,绕对称轴OO'匀速转动,角速度为ω。空间中只有OO'左侧存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B。若闭合线圈的总电阻为R,则(　　)

A.线圈中电动势的有效值为NBl2ω

B.线圈中电流方向每秒钟改变次数为

C.在转动一圈的过程中,线圈中有一半时间没有电流

D.当线圈转到图中所处的位置时,穿过线圈的磁通量为NBl2

11.(多选)一浮桶式波浪发电灯塔的原理如图甲所示,浮桶内的磁体由支柱固定在暗礁上,内置线圈与R=15 Ω的灯泡相连,随波浪相对磁体沿竖直方向上下运动且始终处于磁场中,其运动速度v=0.8πsin πt(m/s)。浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图中阴影部分),其截面如图乙所示,匝数N=100的圆形线圈所在处辐射磁场的磁感应强度大小恒为B=0.2 T,线圈的直径D=0.4 m,总电阻r=1 Ω。取π2=10。则下列说法正确的是(　　)

A.线圈中产生电动势的瞬时值为e=64sin πt(V)

B.灯泡中电流的瞬时值为i=4sin πt(A)

C.灯泡两端电压的有效值为30 V

D.灯泡的电功率为240 W

12.(多选)(2023河南项城高二月考)图甲是一种振动发电装置的示意图,半径为r=0.1 m、匝数n=20的线圈位于辐向分布的磁场中,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示),线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B= T,线圈电阻为R1=0.5 Ω,它的引出线接有R2=9.5 Ω的小灯泡L,外力推动线圈框架的P端,使线圈沿轴线做往复运动,线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示。摩擦等损耗不计,图丙为正弦函数图线,则(　　)

A.小灯泡中电流的峰值为0.16 A

B.小灯泡中电流的有效值为0.16 A

C.电压表的示数约为1.5 V

D.t=0.01 s时外力的大小为0.128 N

分层作业16　交变电流的描述

1.C　电容器击穿电压指电容器两端允许加的电压的最大值,故C正确。

2.BC　由瞬时值表达式知,感应电动势按正弦规律变化,所以t=0时,线圈位于中性面;角速度ω=100π rad/s,因ω=2πf,所以f= Hz=50 Hz;由T=得T= s=0.02 s;当t=0.05 s时,e=220sin 5π(V)=0,故B、C正确。

3.D　图甲所示的电流在一个周期内方向变化,大小不变,故图甲的电流有效值为I1=I0;图乙所示的电流为正弦式交变电流,其有效值为I2=,故I1∶I2=∶1,选项D正确。

4.B　设电流的最大值为Im,正弦波电流通过电阻在一个周期内产生的热量为Q正=RT,则P正=R;方波电流通过电阻在一个周期内产生的热量为Q方=RT,则P方=R,,B选项正确。

5.AB　由题图可知它的周期是0.8 s,则频率f= Hz=1.25 Hz,故A正确,D错误;它的峰值是4 A,故B正确;它不是正弦式电流,因此峰值与有效值不是倍关系,故C错误。

6.A　由P=I2R,R=,接交流电源时=I'2·R,故I'= A,Im=I'= A=4 A,故A正确。

7.D　电压表的示数为灯泡两端电压的有效值,由图像可知电动势的峰值Em=220 V,则其有效值E=220 V,灯泡两端电压U=IR=R=209 V,故A选项错误;由图像可知T=0.02 s,一个周期内电流方向改变2次,可知1 s内电流方向改变100次,故B选项错误;灯泡的实际功率P==459.8 W,C选项错误;电流的有效值I==2.2 A,发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为Q=I2rt=24.2 J,故D选项正确。

8.B　电源电动势的有效值为U=220 V,Rmin= Ω=110 Ω,故B项正确。

9.B　虽然题图示电流不是正弦式交变电流,根据正弦式交变电流的图像对称性可知,只要有T的图线就满足最大值是有效值的倍,根据电流有效值定义有T=,解得U=110 V=156 V,故B正确。

10.B　线圈在转动过程中,除线圈平行磁场方向时始终有N条边在切割磁感线,因此线圈中始终有电流,故C错误;由于始终只有N条边在切割磁感线,因此线圈中电动势表达式为e=NBl2ωsin ωt,则电动势的有效值为E=NBl2ω,故A错误;由ω=2πf,则f=,由此可知,线圈中电流方向每秒钟改变次,故B正确;磁通量与平面相对应,与线圈匝数无关,因此当线圈转到图中所处的位置时,穿过线圈的磁通量为Bl2,故D错误。

11.AB　线圈中产生电动势的瞬时值为e=NBlv=100×0.2×0.4π×0.8πsin πt(V)=64sin πt(V),A正确;灯泡中电流的瞬时值为i==4sin πt(A),B正确;灯泡两端电压的有效值为U==30 V,C错误;灯泡的电功率为P==120 W,D错误。

12.AD　由题意及法拉第电磁感应定律可知,E=nBlv,由题图丙知,线圈在磁场中的运动速度按正弦规律变化,则产生的感应电动势随时间按正弦规律变化,线圈中的感应电动势的峰值为Em=nB·2πrvm,故小灯泡中电流的峰值为Im= A=0.16 A,有效值为I==0.08 A,A正确,B错误;电压表示数为U=IR2=1.07 V,C错误;当t=0.01 s=时,由题图丙知线圈的加速度为0,则此时外力大小等于线圈所受安培力大小,所以此时外力的大小为F=nB·2πrIm=0.128 N,D正确。