2024-2025學(xué)年高中物理第二章2描述交流電的物理量練習(xí)含解析教科版選修3-2

PAGEPAGE92.描述溝通電的物理量基礎(chǔ)鞏固1.小型溝通發(fā)電機(jī)中,矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間呈正弦函數(shù)關(guān)系,如圖所示.此線圈與一個R=10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路,不計電路的其他電阻,下列說法正確的是()A.交變電流的周期為0.125sB.交變電流的頻率為8HzC.交變電流的有效值為2D.交變電流的最大值為4A解析:由題圖可知,交變電流的周期T=0.250s,頻率f=1T=4Hz,故選項(xiàng)A、B錯誤;交變電流的有效值I=Um2R答案:C2.下列說法錯誤的是()A.耐壓值為300V的電容器兩端可平安接到220V的溝通電源上B.溝通電氣設(shè)備上所標(biāo)出的額定電壓值和額定電流值均為有效值C.計算溝通電的電功、電功率及電熱時電壓、電流必需用溝通電的有效值D.沒有特殊說明時溝通電的數(shù)值均指有效值解析:有效值為220V的溝通電電壓的最大值為311V,高于電容器的耐壓值300V,選項(xiàng)A錯誤;溝通電氣設(shè)備上所標(biāo)出的額定電壓值和額定電流值均為有效值,選項(xiàng)B正確;計算溝通電的電功、電功率及電熱時電壓、電流必需用溝通電的有效值,選項(xiàng)C正確;沒有特殊說明時溝通電的數(shù)值均指有效值,選項(xiàng)D正確.答案:A3.(多選)一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變更規(guī)律如圖所示,下列說法正確的有()A.t1時刻線圈位于中性面B.t2時刻通過線圈的磁通量最大C.電動勢的有效值為D.一個周期內(nèi)交變電流的方向變更一次解析:矩形線圈中產(chǎn)生正弦交變電流,當(dāng)線圈通過中性面時,磁通量最大,感應(yīng)電動勢為零,電動勢方向發(fā)生變更.而當(dāng)線圈與磁場平行時,磁通量為零,感應(yīng)電動勢最大,磁通量的變更率最大.一個周期內(nèi)交變電流的方向變更兩次.t1時刻感應(yīng)電動勢為零,線圈通過中性面,磁通量最大,線圈位于中性面,故A正確;由圖t2時刻,感應(yīng)電動勢為最大值,通過線圈的磁通量為零,故B錯誤;電動勢的有效值為Em2,故答案:AC4.(多選)阻值為10Ω的電阻接在電壓波形如圖所示的溝通電源上,以下說法正確的是()A.電壓的有效值為10VB.通過電阻的電流的有效值為C.電阻消耗的電功率為5WD.電阻每秒產(chǎn)生的熱量為10J解析:由電壓波形圖可知電壓的峰值為10V,有效值為52V,通過電阻的電流的有效值為I=UR=22A,選項(xiàng)A錯誤,選項(xiàng)B正確;電阻消耗的電功率為P=I答案:BC5.如圖所示的坐標(biāo)圖是一交變電流的i-t圖像,其中0~1s等時間段的圖像為正弦曲線的一部分,則該交變電流的有效值為()A.4A B.2CD解析:設(shè)該交變電流的有效值為I,由有效值的定義得Im22Rt1+I答案:D6.某交變電壓為u=62A.用此交變電流作打點(diǎn)計時器的電源時,打點(diǎn)周期為2sB.把額定電壓為6V的小燈泡接在此電源上,小燈泡正常發(fā)光C.把額定電壓為6V的小燈泡接在此電源上,小燈泡將燒毀D.耐壓6V的電容器可以干脆用在此電源上解析:由表達(dá)式可知電壓的最大值是62V,角速度是100πrad/s,所以電壓的有效值是6V,周期是0.02s,所以B正確,A、C、D錯誤答案:B7.溝通電源電壓u=20sin100πtV,電路中電阻R=10Ω,如圖所示,電路中電流表和電壓表的讀數(shù)分別為()A.1.41A,14.1VB.1.41A,20VC.2A,20VD.2A,14.1V解析:電流表和電壓表測量的是交變電流的有效值,由u=20sin100πtV知Um=20V,故U=Um2=102V≈14答案:A8.(多選)圖甲是小型溝通發(fā)電機(jī)的示意圖,兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場,A為溝通電流表,線圈繞垂直于磁場的水平軸OO'沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動,從圖示位置起先計時,產(chǎn)生的交變電流隨時間變更的圖像如圖乙所示,以下推斷正確的是()A.電流表的示數(shù)為10AB.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50πrad/sC.0.01s時線圈平面與磁場方向平行D.0.02s時電阻R中電流的方向自右向左解析:題圖乙可知溝通電電流的最大值是Im=102A,則有效值為I=Im2=1022A=10A;由于電流表的示數(shù)為有效值,故示數(shù)I=10A,故A正確;角速度ω=2π答案:AC9.如圖所示,一個面積為S的單匝矩形線圈,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,從圖示位置起先以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,則線圈中產(chǎn)生的溝通電動勢的最大值為,瞬時表達(dá)式為,其中是相位,是初相.

解析:線圈中產(chǎn)生的溝通電動勢的最大值Em=BSω,瞬時表達(dá)式e=BSωsinωt+2π答案:BSωe=BSωsin10.如圖甲所示的圖像是某種型號的電熱毯的電路圖,電熱毯接在溝通電源上,通過裝置P使加在電熱絲上的電壓的波形如圖乙所示(為正弦曲線的一部分).此時接在電熱絲兩端的溝通電壓表的讀數(shù)為.

解析:從題圖乙中u-t圖像看出,每個周期的前半周期是正弦圖形,其有效值為311后半周期電壓為零.依據(jù)有效值的定義,U2RT=答案:155.5V實(shí)力提升1.一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢隨時間變更的正弦規(guī)律圖像如圖甲所示.已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0Ω,則外接一只電阻為95.0Ω的燈泡,如圖乙所示,則()A.電壓表V的示數(shù)為220VB.電路中的電流方向每秒變更50次C.燈泡實(shí)際消耗的功率為484WD.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J解析:由題圖甲中電動勢的圖像知,其最大值為2202V,故有效值為220V,電壓表測量燈泡兩端電壓U=209V,選項(xiàng)A錯誤;溝通電的周期T=0.02s,頻率f=1T=50Hz,方向每秒變更100次,選項(xiàng)B錯誤;燈泡消耗的功率P=I2R=22095+52×95W=459.8W,選項(xiàng)C錯誤;發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒產(chǎn)生的焦耳熱答案:D2.一個匝數(shù)為100匝,電阻為0.5Ω的閉合線圈處于某一磁場中,磁場方向垂直于線圈平面,從某時刻起穿過線圈的磁通量按圖示規(guī)律變更,則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為()A.5 B.2CD解析:0~1s內(nèi),感應(yīng)電動勢為E1=nΔΦΔt=1V,電流為2A;1~1.2s內(nèi),感應(yīng)電動勢E2答案:B3.(多選)如圖甲所示,在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速,繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢圖像如圖乙中曲線a、b所示,則()A.兩次t=0時刻線圈平面均與中性面重合B.曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3C.曲線a表示的交變電動勢頻率為25HzD.曲線b表示的交變電動勢有效值為10V解析:由交變電流的圖像獲得最大值、周期等信息,結(jié)合交變電流的產(chǎn)生過程求解.由圖像可知,兩次轉(zhuǎn)動都是從中性面起先計時的,故A正確.由圖像可知,曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)動的周期之比為2∶3,則轉(zhuǎn)速之比為3∶2,故B錯誤.由圖像可知曲線a的周期Ta=4×10-2s,則曲線a表示的交變電動勢頻率fa=1Ta=25Hz,故C正確.交變電動勢的最大值Em=nBSω,則曲線a、b表示的交變電動勢的峰值之比為Ema∶Emb=ωa∶ωb=3∶2,即Emb=23Ema答案:AC4.如圖所示,一面積為S、匝數(shù)為N、電阻為r的矩形線圈,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞OO'軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,外電路電阻為R(電表均為志向電表),求:(1)以圖示位置起先計時,寫出線圈中感應(yīng)電動勢e隨時間t變更的表達(dá)式;(2)電壓表的讀數(shù)U和電流表讀數(shù)I;(3)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中,外力對線框做的功W.解析:(1)從中性面起先,電壓為正弦函數(shù)e=Emsinωt=NBSωsinωt.(2)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em=NBSω,電動勢的有效值為E=由閉合電路歐姆定律得,回路中電流的有效值為I=電壓表的讀數(shù)U=IR=(3)線圈轉(zhuǎn)過90°所用的時間Δt=外力對線框做的功等于電路中產(chǎn)生的熱量Q=I2(R+r)Δt=答案:(1)e=NBSωsinωt(2)5.如圖所示,一個小型旋轉(zhuǎn)電樞式溝通發(fā)電機(jī),其矩形線圈的長度為a,寬度為b,共有n匝,總電阻為r,與線圈兩端相接觸的集流環(huán)上接有一個阻值為R的定值電阻,線圈以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞與磁場方向垂直的對稱軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,沿轉(zhuǎn)軸OO'方向看去,線圈轉(zhuǎn)動沿逆時針方向,t=0時刻線圈平面如圖所示.(1)寫出線圈轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式;(2)求線圈從t=0位置起先到轉(zhuǎn)過60°時的瞬時電流;(3)求線圈從t=0位置起先到轉(zhuǎn)過90°的過程中流過電阻R