高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流的描述练习

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1．为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴按图示方向匀速转动（向纸外，向纸内），并从图甲所示位置开始计时，此时产生的正弦式交流电如图乙所示。已知其周期为，电流峰值为，下面说法正确的是（ ）
A．根据图乙可知时，线圈的磁通量最大
B．根据图乙可知时，线圈的磁通量变化率最大
C．若仅把甲图中的转轴改为转轴，并从图甲所示位置开始计时，则产生的交流电与图乙所示不同
D．若仅把甲图中的单匝矩形线圈改为两匝矩形线圈，并从图甲所示位置开始计时，则产生的交流电与图乙所示不同
2．如图（a）所示，在匀强磁场中，一电阻均匀的正方形单匝导线框abcd绕与磁感线垂直的转轴ab匀速转动，线圈产生的交变电动势随时间变化的规律如图（b）所示，线框总电阻为5Ω，则（ ）
A．线圈的转速为100 r/s
B．线框转动一周，cd边产生的焦耳热为3. 87J
C．在0~0. 01s时间内，通过线框某一横截面的电荷量约为0. 02C
D．当线框平面与中性面的夹角为45°时，线框产生的电动势的大小为22V
3．(多选)图甲是一台小型发电机的构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈的内电阻r＝2Ω，外接灯泡的电阻R＝10Ω，则（ ）
A．在t＝0.01s时刻，穿过线圈的磁通量最大
B．电压表的示数为6V
C．灯泡消耗的电功率为2.5W
D．线圈转动产生电动势的表达式
4．（多选）发电机的结构示意图如图所示，正方形金属框通过两半圆形金属环及导线与电阻构成一闭合回路，在匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动，下列关于通过金属框的磁通量及通过电阻的电流i随时间变化的图像可能正确的是（ ）
A． B．
C．D．
5．（多选）如图所示是一个正弦式交变电流的波形图．由图像可知（ ）
A．交变电流的周期T＝0.2s，B．频率f＝50Hz
C．电流的峰值为D．电流的有效值为
6．（多选）如图甲所示为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间按正弦规律变化，图象如图乙所示。发电机线圈内电阻为1.0Ω，外接灯泡的电阻为4.0Ω。则（ ）
A．在t=0.005s的时刻，穿过线圈磁通量最大
B．通过灯泡的电流为0.8A
C．电压表的示数为4V
D．前0.01s内通过灯泡消耗的电能为0.04J
二、计算转动过程中电动势、电流的平均值
7．如图所示，水平间距为L，半径为r的二分之一光滑圆弧导轨，为导轨最低位置，与为最高位置且等高，右侧连接阻值为R的电阻，圆弧导轨所在区域有磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场。现有一根金属棒在外力的作用下以速度从沿导轨做匀速圆周运动至处，金属棒与导轨始终接触良好，金属棒与导轨的电阻均不计，则该过程中（ ）
A．经过最低位置处时，通过电阻R的电流最小
B．经过最低位置处时，通过金属棒的电流方向为
C．通过电阻R的电荷量为
D．电阻R上产生的热量为
8．如图所示，一矩形金属线圈面积为S、匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度ω绕垂直磁场的固定轴匀速转动。则（ ）
A．线圈中磁通量变化率的最大值NBSω
B．电动势的峰值是NBSω
C．从如图位置开始转过60°时，电动势的瞬时值是
D．从中性面开始转过90°的过程中，电动势的平均值是
9．一矩形线圈放置在如图所示的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B，线圈的面积为S、匝数为n、总电阻为r。外电路中接入电阻R，线圈在时刻开始从图示位置以角速度绕轴匀速转动，求：
（1）线圈中的感应电动势的瞬时值的表达式；
（2）从到过程中，线圈中的感应电动势的平均值；
（3）外电路R消耗的功率。
10．图（甲）为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈的匝数、电阻，线圈的两端经集流环与电阻连接，电阻。在时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间按图（乙）所示正弦规律变化。求：
（1）交流发电机产生的电动势的最大值；
（2）电阻在1分钟内产生的热量；
（3）线圈从图示位置转过90°角过程中回路的平均电流。
三、计算转动过程中通过线圈的电荷量
11．在市少年宫物理兴趣小组自做的发电机工作原理如图所示，在磁感应强度为的匀强磁场中，有一匝数为的矩形线圈，其面积为，电阻为，线圈两端外接一电阻为的用电器和一个交流电压表，若线圈绕对称轴以角速度做匀速转动，则线圈从图示位置转过的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．交流电压表的示数为
B．通过电阻的电量为
C．交流电压表的示数为
D．电阻产生的热量为
12．（多选）如图所示，边长为的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω绕轴匀速转动，则以下判断正确的是（ ）
A．线圈转过一周过程中的感应电动势最大为
B．从图示位置开始计时，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为
C．线圈从图示位置转过的过程中，流过电阻R的电荷量为
D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为
13．（多选）如图所示，边长为的正方形单匝线圈，电阻为，外电路的电阻为，的中点和的中点的连线恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为，若线圈从图示位置开始，以角速度绕轴匀速转动，则以下判断正确的是（ ）
A．图示位置线圈中的感应电动势最大为
B．闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为
C．细圈从图示放置转过的过程中，流过电阻的电荷量为
D．线圈转动一周的过程中，电阻上产生的热量为
14．如图所示，矩形线圈的匝数为匝，线圈的边长为，的边长为，在磁感应强度为的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的轴匀速转动，转动的角速度，若线圈自身电阻为，线圈两端外接的电阻。试求：
（1）线圈在图示位置（线圈平面与磁感线平行）时，感应电动势e的大小。
（2）电阻R上消耗的电功率及R两端的电压。
（3）从图示位置开始计时，当线圈转动30°过程中流过电阻R的电荷量。
四、电感器在直流和交流中的作用
15．如图所示，在甲、乙两电路中分别接交流电源。下列关于图中灯泡亮度变化的说法，正确的是（ ）
A．在甲图的线图L中插入铁芯，灯泡变亮
B．在甲图中增大交流电濒率，灯泡变亮
C．在乙图中增大电容器两极板的正对面积，灯泡变亮
D．在乙图中减小交流电频率，灯泡变亮
16．如图，交流电源的输出电压为u，频率为，A、B、C三灯亮度相同。下列说法正确的是（ ）
A．拔出电感线圈中的铁芯后，B灯将变暗
B．在电容器中插入电介质之后，C灯将变暗
C．将交流电源的频率提高为时，A灯亮度不变，B灯变暗，C灯变亮
D．改接输出电压为u的直流电源时，A灯将变亮，B灯将变暗，C灯将熄灭
17．把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先接到直流电源上，如图（甲）所示，再接到交流电源上，如图（乙）所示。取直流电源电压与交流电源电压的有效值相等，电路稳定后，下列说法正确的是（ ）
A．接交流电时小灯泡更亮些
B．接直流电时小灯泡更亮些
C．两种接法小灯泡一样亮
D．线圈对直流电的阻碍作用更大
18．（多选）在如图所示的电路中，L1、L2、L3是三盏相同的灯泡。当a、b两端接交流9V时，三盏灯的发光情况相同。若将a、b两端接直流9V时，观察到的现象是（ ）
A．刚接通时L3比L2先亮B．刚接通时L1、L2、L3同时亮
C．稳定后L1不亮，L2比L3亮D．稳定后L1不亮，L2、L3的亮度相同
19．（多选）如图所示的电路中，A、B、C三灯泡亮度相同，电源为220V，50Hz的交流电源，以下叙述中正确的是 （ ）
A．改接220V，100Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变
B．改接220V，100Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯亮度不变
C．改接220V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变
D．改接220V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗
五、电容器的容抗
20．如图所示的交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，交流电的频率增大时，可以观察到三盏电灯亮度的变化情况是（ ）
A．L1、L2、L3亮度都不变B．L1变暗、L2不变、L3变亮
C．L1变暗、L2变亮、L3不变D．L1变亮、L2变暗、L3不变
21．如图所示，在甲、乙两图分别接交流电源，下列关于图中灯泡亮度变化的说法正确的是（ ）
A．在甲图中增大交流电频率，灯泡变亮
B．在甲图的线圈L中插入铁芯，灯泡变亮
C．在乙图中增大交流电频率，灯泡变亮
D．在乙图的电容器中插入电介质，灯泡变暗
22．如图所示，三只完全相同的灯泡L1、L2、L3分别与电感线圈、电容器和电阻串联后接在同一交流电源上，供电电压瞬时值为u1=Umsinω1t，此时三只灯泡亮度相同。现换另一个电源供电，供电电压瞬时值为u2=Umsinω2t，ω2=ω1，Um保持不变，则改换电源后（ ）
A．L1灯比原来暗B．L2灯比原来暗
C．L3灯比原来暗D．L1、L2、L3三灯亮度仍然相同
23．如图所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C并联，三个支路中分别接有一灯泡接入交流电源后，三盏灯亮度相同若保持交流电源的电压不变，使交变电流的频率增大，则以下判断正确的是（ ）
A．与电容器C连接的灯泡将变暗
B．与线圈L连接的灯泡将变暗
C．与电阻R连接的灯泡将变暗
D．三盏灯泡的亮度都不会改变
六、含电容器和电感器的滤波电路
24．电感器具有通直流阻交流的作用，电容器具有通交流隔直流的作用。如图，含有直流、交流信号的音频信号通过电路后，扬声器发出的信号中（ ）
A．主要是直流信号
B．主要是交流信号
C．直流和交流信号一样强
D．直流和交流信号都没有
25．两个相同的L1和L2，接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当、处接电压最大值、频率为的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同。更换一个最大值仍为新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度，则新电源的频率（ ）
A．频率小于B．频率大于
C．频率仍为D．无法判断频率的大小
26．有一个如图所示的LC回路，L为电感线圈，C为电容器，R为定值电阻，其中，，，线圈及导线电阻均不计。先闭合开关S，稳定后，再将其断开，并规定此时t=0。下列判断正确的是（ ）
A．经过时间t=0.5s，线圈中的磁场能最大
B．经过时间t=1s，电路中电流最大且沿顺时针方向
C．经过时间t=1s，电流沿顺时针方向，电容器正在充电
D．放电过程中，电荷量减少，振荡周期变小
27．在如图所示的电路中，、、为三盏完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，E为电源，S为开关，C是电容很大的电容器。关于三盏灯泡，下列说法正确的是（ ）
A．合上开关时，不亮，、同时亮
B．合上开关时，三盏灯泡同时亮
C．开关合上足够长时间后，最亮，、一样亮
D．开关合上一段时间后再断开，、亮一下后一起缓慢熄灭，立即熄灭