【创新设计】高中物理 5.3 交变电流的产生及描述同步训练 新人教版选修32.doc

图象信息分析1某正弦式交流电的电流i随时间t变化的图象如图535所示由图可知( )图535a电流的最大值为10 ab电流的有效值为10 ac该交流电的周期为0.03 sd该交流电的频率为0.02 hz解析 由图知此交流电的最大值为10 a，则有效值为i a10 a，b项对；周期为0.02 s，则频率为f50 hz.答案 b有效值的理解和计算2如图536所示，一正弦交流电通过一电子元件后的波形图，则下列说法正确的是( )图536a这也是一种交流电b电流的变化周期是0.01 sc电流的有效值是1 ad电流通过100 的电阻时，1 s内产生热量为200 j解析 因电流方向不变故不是交流电，a错；其周期为0.02 s，b错；由电流热效应可知2ri2rt解得：i1 a故c对；由qi2rt可知q11001 j100 j，d错答案 c3如图537所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为b.电阻为r、半径为l、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的o轴以角速度匀速转动(o轴位于磁场边界)则线框内产生的感应电流的有效值为( )图537a. b.c. d.解析 线框转动的角速度为，进磁场的过程用时周期，出磁场的过程用时周期，进、出磁场时产生的感应电流大小都为i，则转动一周产生的感应电流的有效值满足i2rt()2rt，解得i.d正确答案 d交变电流“四值”的应用4如图538所示，单匝线圈在匀强磁场中绕oo轴从图示位置开始匀速转动，已知从图示位置转过时，线圈中电动势大小为10 v，求：图538(1)交变电动势的峰值；(2)交变电动势的有效值；(3)与线圈相接的交流电压表的示数(4)设线圈电阻为r1 ，角速度100 rad/s，线圈由图示位置转过过程中通过导线截面的电荷量q.解析 (1)图示位置为中性面，从此时开始计时，交变电动势的瞬时值为eemsin t，将t，e10 v代入上式，求得em20 v.(2)此电流为正弦交变电流，所以交变电动势的有效值e v10v.(3)此交流电压表测的是电动势的有效值，大小为10 v.(4)在线圈转过的过程中，穿过线圈平面的磁通量变化量bs，根据embs得wb0.2 wb，故qc0.2 c答案 (1)20 v (2)10 v (3)10 v (4)0.2 c(时间：60分钟)题组一 交流电流图象的应用1一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图539所示由图可知( )图539a该交变电流的电压瞬时值的表达式为u100 sin(25t)vb该交变电流的频率为25 hzc该交变电流的电压的有效值为100 vd若将该交流电压加在阻值为r100 的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 w解析 从图中可知，交变电流周期t4102s，峰值电压um100 v，故交变电流的频率f25 hz，有效值u50v；加在r100 的电阻上时的热功率p50 w；电压瞬时值表达式uumsin t100sin(50t)v，正确选项为b、d.答案 bd2一矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交变电动势e随时间t变化的规律如图5310所示，下列说法中正确的是( )图5310a此交流电的频率为0.2 hzb此交变电动势的有效值为1 vct0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行d在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为 wb解析 由图可知，此交流电的周期t0.2 s，频率f5 hz，a错；ev，b错t0.1 s时，电动势为0，线圈平面与磁感线垂直，c错因emnbs，其中n10，10，故bs wb，d正确答案 d3电阻为1 的某矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的正弦交流电的图象如图5311图线a所示；当调整线圈转速后，该线圈中所产生的正弦交流电的图象如图5311图线b所示，以下关于这两个正弦交变电流的说法正确的是( )图5311a在图中t0时刻穿过线圈的磁通量均为零b线圈先后两次转速之比为32c交流电a的电动势的有效值为5 vd交流电b的电动势的最大值为5 v解析 由题图象可知，t0时刻线圈中的感应电流为0，感应电动势为0，穿过线圈的磁通量的变化率为0，所以穿过线圈的磁通量最大，选项a错误；由图象可得线圈先后两次转动的周期之比为0.40.623，选项b正确；由图象可得交流电a的电流的最大值为10 a，有效值为 a5 a，又矩形线圈的电阻为1 ，所以交流电a的电动势的有效值为5 v，选项c正确；由enbs，可得电动势与周期成反比，所以交流电b的电动势的最大值为 v，选项d错误答案 bc题组二 有效值的应用4如图5312所示，好多同学家里都有调光电灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速现在的调光灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的，为经一双向可控硅调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每个二分之一周期内，前周期被截去，调节台灯上旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压，那么现在电灯上的电压为( )图5312aum/2 b2umcum/2 d.um解析 此图象所示电压与正弦半波电压等效，由t，得：u.答案 a5如图5313甲所示为电热毯电路示意图，交流电压u311sin 100tv，当开关s接通时，电热丝的电功率为p0；当开关s断开时，加在电热丝上的电压如图5313乙所示，则( )图5313a开关接通时，交流电压表的读数为220 vb开关接通时，交流电压表的读数为311 vc开关断开时，交流电压表的读数为311 v，电热丝功率为d开关断开时，交流电压表的读数为156 v，电热丝功率为解析 交流电压表的读数为有效值，计算热功率要用有效值开关接通时，交流电压峰值um311 v，所以有效值u220 v，a正确；开关断时，取一个周期t，电热丝产生的热量减半，所以由p，电热丝功率为，由p，电压有效值为156 v，电压表示数为156 v，d正确答案 ad6如图5314所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比w甲w乙为( )图5314a1 b12c13 d16解析 计算电功时，i要用有效值图甲中，由有效值的定义得()2r21020()2r2102ir6102，得i1a；图乙中，电流的值不变，i21 a，由wi2rt可以得到w甲w乙13.c正确答案 c题组三 交流电“四值”的应用7标有“220 v,0.5 f”字样的电容器能接入下面哪个电路中使用？( )a220sin 100t v b220 v的照明电路中c380sin 100t v d380 v的照明电路中答案 a8风速仪的简易装置如图5315甲所示在风力作用下，风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动，线圈中的感应电流随风速的变化而变化风速为v1时，测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图5315乙所示；若风速变为v2，且v2v1，则感应电流的峰值im、周期t和电动势e的变化情况是( )图5315aim变大，t变小 bim变大，t不变cim变小，t变小 dim不变，e变大解析 风速增大，周期t变小，电动势e变大，感应电流的峰值im变大，选项a正确答案 a9如图5316所示，交流电压u311sin(314t)v加在阻值为220 的电阻两端，则( )图5316a电压表的读数为311 vb电流表的读数为1.14 vc电流表的读数为1 ad2 s内电阻产生的电热是440 j解析 电压表测的是有效值，故读数为v，电流表示数应为1.0 a，故c、d正确答案 cd10在图5317所示电路中，a是熔断电流i02 a的保险丝，r是可变电阻，s是交流电源交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是e220sin(314t) v为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于( )图5317a110 b110 c220 d220 解析 u220 v，rmin110 .答案 b11如图5318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n100，电阻r10 ，线圈的两端经集流环与电阻r连接，电阻r90 ，与r并联的交流电压表为理想电表在t0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t按图5318乙所示正弦规律变化图5318求：(1)交流发电机产生的电动势最大值；(2)电路中电压表的示数；(3)r上的热功率解析 (1)交流发电机产生电动势的最大值emnbs而mbs，所以em由t图线可知：m2.0102wbt6.28102s，所以em200 v.(2)电动势的有效值e100 vue100 v90 v127.3 v.(3)r上的功率为：prw180 w.答案 (1)200 v (2)127.3 v (3)180 w12如图5319所示，线圈面积为0.05 m2，共100匝，线圈总电阻为1 ，与外电阻r9 相连，线圈在bt的匀强磁场中绕oo轴以转速n300 r/min匀速转动从线圈处于中性面开始计时，求：图5319(1)电动势的瞬时表达式；(2)两电表a 、v 的示数；(3)线圈转过 s时电动势的瞬时值；(4)线圈转过 s的过程中，通过电阻的电荷量；(5)线圈匀速转一周外力做的功解析 本题考查交变电流“四值”的应用，关键是熟练掌握交变电流“四值”表达式的意义(1)emnbs，2n，因为n300 r/min5 r/s，2n25 rad/s10 rad/s，所以emnbs1000.0510 v100 v.从线圈转到中性面开始计时，则eemsint，所以e100sin10tv.(2)此时两表的示数：i a5 a.urir59 v45 v.(3)当线圈转过s时，e100sin(10)v100sinv50 v.(4)线圈转过t s的过程中，转过的角度为：t10，通过电阻的电荷量为：qtttt.|21|bs(cos1)|bs，所以qc.(5)线圈匀速转动一周，外力做功与电流做功相等wft j100 j.答案 见解析13如图5320所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮电枢线圈绕在固定的u形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦交流电，给车头灯供电已知自行车车轮半径r35 cm，摩擦小轮半径r01.00 cm，线圈匝数n800，线圈横截面积s20 cm2，总电阻r140 ，旋转磁极的磁感应强度b0.010 t，车头灯电阻r210 .当车轮转动的角速度8 rad/s