人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流练习题

第三章分层作业17　交变电流的产生及描述

A级 必备知识基础练

1.某正弦式交变电流i随时间t变化的图像如图所示。由图可知(　　)

A.电流的最大值为10 A

B.电流的有效值为10 A

C.该交变电流的周期为0.03 s

D.该交变电流的频率为0.02 Hz

2.如图所示电路中,电源电压u=311sin 100πt(V),A、B间接有“220 V　440 W”的电暖宝、“220 V　220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是(　　)

A.交流电压表的示数为311 V

B.电路要正常工作,保险丝的额定电流不能小于3 A

C.电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍

D.1 min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104 J

3.(2023辽宁高二期中)一个匝数为100、电阻为0.5 Ω的闭合线圈处于某一磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化。则线圈中产生的交变电流的有效值为(　　)

A.5 A B.2 A

C.6 A D.5 A

4.(多选)如图甲、乙分别表示两种电压的波形,其中甲电压按正弦规律变化。下列说法正确的是(　　)

A.甲表示交变电流,乙表示直流电

B.两种电压的有效值相等

C.甲电压的瞬时值表达式为u=311sin 100πt(V)

D.甲交变电流的有效值比乙交变电流的有效值大

5.如图所示电路,电阻R1与电阻R2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间加一正弦式交变电流u=20sin 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 V

B级 关键能力提升练

6.(2023浙江台州高二期中)手摇式发电机是实验室中常用的演示工具,如图甲所示,它可以简化为图乙。一个小型旋转电枢式交流发电机的矩形线圈面积为S,匝数为n,线圈总电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中以矩形线圈中轴线为轴以角速度ω匀速转动,产生的交变电流通过E、F与外电路连接,外电路灯泡的电阻为R,电压表为理想交流电压表。在线圈由平行于磁场方向的位置转过90°的过程中,下列说法正确的是(　　)

A.电压表的示数为nBSω

B.通过灯泡的电荷量为

C.灯泡中产生的焦耳热为

D.流过线圈的电流的平均值为

7.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OO'匀速转动,线圈的匝数n=100,电阻r=10 Ω,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R=90 Ω,与R并联的交流电压表为理想电表。在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按如图乙所示正弦规律变化。求:

(1)交流发电机产生的电动势最大值。

(2)电动势的瞬时值表达式。

(3)线圈转过 s时电动势的瞬时值。

(4)电路中交流电压表的示数。

8.如图甲所示,一固定的矩形导体线圈水平放置,线圈的两端接一只小灯泡,在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n=100,电阻r=1.0 Ω,所围成矩形的面积S=0.040 m2,小灯泡的电阻R=9.0 Ω,磁场的磁感应强度按如图乙所示的规律变化,线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e=nBmScos t,其中Bm为磁感应强度的最大值,T为磁场变化的周期。不计灯丝电阻随温度的变化,求:

(1)线圈中产生感应电动势的最大值;

(2)小灯泡消耗的电功率;

(3)在磁感应强度变化的0~的时间内,通过小灯泡的电荷量。

分层作业17　交变电流的产生及描述

1.B　由题图知此交变电流的最大值为10A,则有效值为I=A=10A;周期为0.02s,则频率为f==50Hz。

2.D　由u=311sin100πt(V)可知,交变电压的有效值为220V,故交流电压表的示数为220V,选项A错误;两用电器的额定功率之和为660W,根据P=UI可知,保险丝的额定电流应不小于3A,选项B错误;因抽油烟机220W包括热功率及机械功率,故电暖宝发热功率比抽油烟机发热功率的2倍还要多,选项C错误;根据W=Pt可得1min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104J,选项D正确。

3.B　由题图可知,0~1s内线圈中产生的感应电动势E1=n=100×V=1V,1~1.2s内线圈中产生的感应电动势E2=n=100×V=5V,由电流的热效应有Δt1+Δt2=I2RT,又T=Δt1+Δt2,联立并代入数据解得I=2A,故B正确。

4.CD　题图中两交变电流的大小和方向都随时间变化,在t轴的上方为正,下方为负,A错。有效值E=只对正弦式交变电流适用,将两个图像叠放在一起,可以看出两个交变电流的最大值相等,甲对应的有效值大,所以B错,D对。由题图甲可知C对。

5.D　由二极管的单向导电性可知,若二极管导通,加在R2上的电压波形为半个周期,最大值为20V,若二极管截止,R1、R2串联,则R2上的电压半个周期最大值为10V。由有效值的定义可得加在R2上的电压有效值为5V,选项D正确。

6.C　线圈转动产生的感应电动势的最大值为Em=nBSω,线圈由平行于磁场方向位置转过90°,经过个周期,则此段时间内电动势有效值为E=,所以电流有效值为I=,电压表示数为U=IR=,故A错误;通过灯泡的电荷量为q=,B错误;电流的有效值为I=,这一过程的时间为t=,则灯泡中产生的焦耳热为Q=I2Rt=,故C正确;通过灯泡的电荷量等于通过线圈的电荷量,故流过线圈的电流的平均值为,故D错误。

7.答案 (1)62.8 V　(2)e=62.8cos 10πt(V)　(3)31.4 V　(4)40 V

解析 (1)交流发电机产生电动势的最大值Em=nBSω,而Φm=BS,ω=,所以Em=

由Φ-t图线可知,Φm=2.0×10-2Wb,T=0.2s,所以Em=20πV=62.8V。

(2)线圈转动的角速度ω=rad/s=10πrad/s,由于从垂直中性面位置开始计时,所以感应电动势的瞬时值表达式为e=Emcosωt=62.8cos10πt(V)。

(3)当线圈转过s时,e=62.8cos(V)=31.4V。

(4)电动势的有效值E==10πV,U=E=×10πV=9πV=40V。

8.答案 (1)8 V　(2)2.88 W　(3)4.0×10-3 C

解析 (1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同,所以由图像可知,线圈中产生交变电流的周期为T=3.14×10-2s。

所以线圈中感应电动势的最大值为Em=nBmSω=nBmS·=100×1×10-2×0.040×V=8V。

(2)根据闭合电路的欧姆定律,电路中电流的最大值为Im==0.80A

通过小灯泡的电流的有效值为I==0.4A

小灯泡消耗的电功率为P=I2R=2.88W。

(3)在磁感应强度变化的0~内,线圈中感应电动势的平均值=nS

通过灯泡的平均电流

通过灯泡的电荷量Q=Δt==4.0×10-3C。