2016-2017学年高中物理 第5章 交变电流新人教版选修3-2_1

1 描述交变电流的物理量 (建议用时：45 分钟) 学业达标 1(多选)如图 528 所示是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的( ) 图 528 A周期是 0.01 s B最大值是 311 V C有效值是 220 V D表达式为 u220sin 100 t V 【解析】 由波形图可知，周期 T0.02 s，电压最大值 Um311 V，所以有效值 U 220 V，该电压的表达式为 u Umsin t V311sin 100 t V，故选项 B、C 正确， Um2 2T A、D 错误 【答案】 BC 2(2016保定高二检测)如图 529 所示，图甲、乙分别表示两种电压的波形，下列 说法正确的是( ) 甲 乙 图 529 A图甲表示交流电，图乙表示直流电 B两种电压最大值都是 311 V C两种电压的有效值相同 D两种电压都是交流电压，但周期、频率、有效值都不同 【解析】 两种都是交流电，周期都是 2102 s，最大值都是 311 V，图甲的有效值 为 220 V，图乙的有效值小于 220 V，A、C、D 错，B 对 【答案】 B 3(多选)(2014天津高考)如图 5210 甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两 次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲 2 线 a、 b 所示，则( ) 甲 乙 图 5210 A两次 t0 时刻线圈平面均与中性面重合 B曲线 a、 b 对应的线圈转速之比为 23 C曲线 a 表示的交变电动势频率为 25 Hz D曲线 b 表示的交变电动势有效值为 10 V 【解析】 由题图乙知 t0 时两次转动产生的瞬时电动势都等于零，故 A 正确由图 乙知两次转动所产生的交变电动势的周期之比 Ta Tb23，再由周期与转速的关系 n 得 na nb32，故 B 错误因 Ta410 2 s，故 fa 25 Hz，C 正确因 Ema15 1T 1Ta V，而 Em NBS ，故 Emb Ema10 V， Eb 5 V，D 错误 2 NBST TaTb Emb2 2 【答案】 AC 4如图 5211 所示为一交变电流的 it 图象，则此交变电流的有效值为( ) 【导学号：94530065】 图 5211 A5 A B5 A5 2 C10 A D2.5 A10 【解析】 对于正弦式交变电流可直接应用最大值为有效值的 倍这一规律，将此交2 变电流分为前后两部分正弦式交流，可直接得到这两部分正弦式交变电流的有效值，分别 为 I12.5 A 和 I27.5 A，分别取一个周期 T 中的前 0.01 s 和后 0.01 s 计算产生的2 2 电热 Q I R0.01 J I R0.01 J，再利用有效值的定义得 Q I2R0.02 J.21 2 解得 I2.5 A.10 【答案】 D 5(多选)有一个电子元器件，当其两端电压高于 100 V 时导电，等于或低于 100 V 时 不导电，若把这个电子元器件接到 100 V、50 Hz 的正弦交变电压上，这个电子元器件将( ) 3 A不导电 B每秒导电 50 次 C每秒导电 100 次 D每秒电流方向改变 100 次 【解析】 电源电压 100 V 为有效值，则电源电压的最大值为 100 V，在每个周期2 的 0 内，有一段时间加在电子元器件上的电压大于 100 V，电子元件导电，在每个周期 T2 的 T 内，有一段时间加在电子元器件上的电压大于 100 V，电子元件导电，即一个周期 T2 电子元件导电两次，而每秒有 50 个周期，故每秒导电 100 次，A、B 错误，C 正确，每秒有 50 个周期，每个周期内电流方向改变两次，故每秒电流方向改变 100 次，D 正确 【答案】 CD 6如图 5212 甲所示，调节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 的正弦式交变电流上，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( ) 甲 乙 图 5212 A220 V B156 V C110 V D78 V 【解析】 由题图可知，该电流不是正弦式交变电流，但每次通电是 T 的正弦交变电 14 流，其最大值与有效值的关系是 U ，由 T ，解得 U110 V156 V，故 Um2 U2R (Um2)2R T2 2 B 正确 【答案】 B 7交流电源电压 u20sin(100 t) V，内阻不计，电路中电阻 R10 .则如图 5213 所示电路中电流表和电压表的读数分别为( ) 图 5213 A1.41 A,14.1 V B1.41 A,20 V 4 C2 A,20 V D2 A,14.1 V 【解析】 电流表和电压表测量的是交变电流的有效值，由 u20sin(100 t) V 知 Um20 V，故 U 10 V14.1 V，电流的读数 I 1.41 A，故 A 正确 Um2 2 UR 【答案】 A 8(多选)(2016金华高二检测)如图 5214 是某交流发电机产生的交变电流的图象， 根据图象可以判定( ) 图 5214 A此交变电流的频率为 5 Hz B该交变电流的电压瞬时值的表达式为 u12sin 10 t(V) C将标有“12 V 3 W”的灯泡接在此交流电源上，灯泡可以正常发光 D图象上对应的 0.1 s 时刻，发电机中的线圈刚好转至中性面 【解析】 由图象可知，交变电流的周期 T0.2 s，交变电压的最大值 Um12 V，所 以此交变电流的频率 f1/ T5 Hz，角速度 2/ T10 rad/s，交变电压瞬时值的 表达式 u Umsin t 12sin 10 t(V)，选项 A、B 均正确；标有“12 V 3 W”的灯泡正 常发光时其两端电压的有效值为 12 V，而交变电压有效值 U 6 V，所以灯泡不能正 Um2 2 常发光，选项 C 错误；图象上对应的 0.1 s 时刻，交变电压瞬时值为零，穿过发电机中的 线圈的磁通量最大，发电机中的线圈刚好转至中性面，选项 D 正确 【答案】 ABD 能力提升 9(2016济南高二检测)两个完全相同的电热器，分别通以图 5215 甲、乙所示的 峰值相等的矩形交变电流和正弦交变电流，则这两个电热器的电功率之比 P 甲 P 乙 等于( ) 【导学号：94530066】 甲 乙 图 5215 A. 1 B212 5 C41 D11 【解析】 甲为矩形交变电流，它的大小恒为 Im，方向做周期性变化，而电流通过电 阻的热功率跟电流的方向无关，所以矩形交变电流通过电阻 R 的热功率 P 甲 I R；乙为正2m 弦交变电流，计算热功率时要用电流的有效值： I ，所以 P 乙 Im2 I2R 2R R ，得 ，故 B 正确( Im2) I2m2 P甲2 P甲P乙 21 【答案】 B 10如图 5216，实验室一台手摇交流发电机，内阻 r1.0 ，外接 R9.0 的 电阻闭合开关 S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势 e10 sin 2 10 t(V)，则( ) 图 5216 A该交变电流的频率为 10 Hz B该电动势的有效值为 10 V2 C外接电阻 R 所消耗的电功率为 10 W D电路中理想交流电流表的示数为 1.0 A 【解析】 根据感应电动势的表达式求解交变电流的四值 因 e10 sin 10 t(V)，故 10 rad/s， f 5 Hz，选项 A 错误； Em102 2 V，故其有效值 E 10 V，选项 B 错误；交流电表的示数及功率的计算均要用有效2 Em2 值，因此电路中表的示数 I 1.0 A，选项 D 正确；外接电阻 R 所消耗功率为 ER r P I2R1.0 29 W9 W，选项 C 错误 【答案】 D 11如图 5217 所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕 OO轴匀速转动，磁场方向与转 动轴垂直已知线圈匝数 n400，电阻 r0.1 ，长 L10.05 m，宽 L20.04 m，角速 度 100 rad/s，磁场的磁感应强度 B0.25 T线圈两端外接电阻 R9.9 的用电器 和一个交流电流表(内阻不计)，求： 6 图 5217 【导学号：94530067】 (1)线圈中产生的最大感应电动势； (2)电流表的读数； (3)电阻上消耗的电功率 【解析】 (1) Em nBS ，代入数据得 Em4000.250.050.04100 V20 V. (2)Im ，代入数据得 Im A2 A. EmR r 209.9 0.1 因为是正弦式交变电流，所以电流表读数即有效值 I A1.41 A. Im2 2 (3)P I2R( )29.9 W19.8 W.2 【答案】 (1)20 V (2)1.41 A (3)19.8 W 12(2016苏州高二检测)先后用如图 5218 甲、乙所示的电流通过丙图中的电阻 R，则电流表的示数分别为多少？ 甲 乙 丙 图 5218 【解析】 电流表的示数为通过 R 的电流的有效值甲图中的 it 图象是正弦式曲线， 在前半个周期内，它的有效值与正弦式交变电流的有效值相同， I A，后半个周 Im2 522 期不产生热量，则交流电在一个周期内通过电阻 R 所产生的热量 Q 交 .直流电在一个 I2RT2 周期内通过电阻 R 所产生的热量 Q 直 I RT.由于 Q 交 Q 直 ，所以2A I RT， IA 2.5 A乙图中周期