3.2交变电流的描述 同步练习（含解析）

试卷第=page11页，共=sectionpages33页试卷第=page11页，共=sectionpages33页人教版（2019）选择性必修二3.2交变电流的描述一、单选题1．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2．如图甲所示为小型旋转电枢式交流发动机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕着垂直于磁场方向的轴匀速转动。线圈的匝数、电阻，线圈的两端经集流环与的电阻连接，电流表和电压表均为理想电表，若在时刻，线圈平面与磁场方向垂直，穿过每匝线圈的磁通量随时间按如图乙所示的余弦规律变化，则下列说法正确的是（）A．此交流发电机产生感应电动势的最大值为B．时刻，线圈处在中性面的位置C．1min内电阻R上产生的焦耳热为60JD．线圈从图示位置转过过程中的电荷量为0.1C3．在如图甲所示的电路中，R1、R2是两个定值电阻且R2=2R1，与R2并联的理想二极管D，其正向电阻可视为零、反向电阻为无穷大。接线柱a、b之间加一个如图乙所示的交变电压，Uab＞0时电压为正值。则R1两端电压的有效值为（）A．10V B．10V C．20V D．20V4．城市一卡通系统工程是城市数字化、信息化建设的重要部分。一卡通是一种芯片卡，它的工作原理是电磁感应，卡片阅读机产生变化的磁场，让卡的内部回路产生感应电流，卡内的芯片就会发送信号，从而阅读机读取到芯片数据。已知某卡回路中产生的感应电动势满足关系，其中k与卡回路及线圈匝数有关，若卡回路的矩形线圈面积为，，卡片阅读机产生的磁场垂直穿过卡线圈平面，且线圈中磁场随时间的变化率，其中B0=5.00×10-8T，频率f=14.14MHz，则卡回路线圈中感应电动势的有效值约为（）A．2.25V B．1.97V C．1.20V D．0.680V5．如图所示，两根间距为的无限长光滑金属导轨，电阻不计，其左端连接一阻值为的定值电阻，两导轨之间存在着磁感应强度为的匀强磁场，磁场边界虚线为正弦曲线的一部分，一阻值为的光滑导体棒，在外力作用下以的速度匀速向右运动（接触电阻不计），交流电压表和交流电流表均为理想电表，则（）A．电流表示数是B．导体棒上消耗的热功率为C．导体棒运动到图示虚线位置时，电流表示数为零D．电压表的示数是6．如图所示，磁感应强度为B的磁场均匀分布，一单匝线框abcd面积为S，在cd边上接有一电容器，现把线框以cd为轴，从上往下看沿顺时针方向以角速度ω旋转180°到虚线位置，在此过程中，下列说法正确的是（）A．电容器两极板间电压随时间变化关系为U=BSωsinωtB．电容器上极板先带正电，后带负电C．电流方向始终是由a流向cD．若把线框匀速平移到虚线处，过程中电容器不带电7．交流电源与电阻R1、R2及理想交流电压表按图甲所示的方式连接，R1=20Ω，R2=10Ω，交流电压表的示数是20V，图乙是交流电源输出电压u随时间t变化的图像，则（）A．通过R1的电流i1随时间t变化的规律是i1=2cos10πt（A）B．通过R1的电流i1随时间t变化的规律是i1=2sin10πt（A）C．R2两端的电压u2随时间t变化的规律是u2=20cos10πt（V）D．R2两端的电压u2随时间t变化的规律是u2=20sin10πt（V）8．图是一正弦式交变电流的电压图象。由图可知，此交变电流的电压和频率为（）A．有效值为311V B．有效值为220VC．频率为200Hz D．频率为100Hz9．如图（a），在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线框绕竖直轴逆时针匀速转动，已知线框的匝数为100匝，通过线圈的磁通量随时间t变化的关系如图（b）所示。下列说法正确的是（）A．线框转动的角速度为B．内线圈的平均感应电动势为C．时线圈的瞬时感应电动势为D．一个周期内线圈中感应电动势的有效值为10．2021年10月21日，我国首台永磁直驱海上风力发电机成功下线。如图为海上风力发电机，若旋转电枢式发电机产生的感应电动势为，仅将风力发电机的转速增加到原来的2倍，其他条件不变，则感应电动势为（）A． B．C． D．11．如图所示，用一台发电机给滑动变阻器R供电，发电机产生的交变电流的电动势，发电机线圈的总电阻为，V为理想交流电压表，通过调节滑动变阻器R的阻值使其上消耗的功率最大，则下列说法正确的是（）A．该最大功率为，电压表示数为B．该最大功率为，电压表示数为C．该最大功率为，电压表示数为D．该最大功率为，电压表示数为12．发电机的示意图如甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其他电阻不计，图乙中的Um为已知量。在金属框转动一周的过程中（）A．框内电流方向不变 B．电动势的有效值为UmC．流过电阻的电荷量为 D．电阻产生的焦耳热为二、填空题13．频率（f）：周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的______。14．如图所示，一边长为l的正方形线圈abcd绕对称轴OO'在匀强磁场中转动，转速为n=120转/分，若已知边长l=20cm，匝数N=20，磁感应强度B=0.2T，线圈电阻为r=2Ω，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连。M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R=8Ω相连。在线圈转动过程中，则从图示位置开始计时的电动势的最大值Em=___________；从图所示位置转过90°过程中的平均电流=___________；电阻R的热功率P=___________。（保留2位有效数字）15．家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦式交流电压的波形截去一部分来实现调节电压，从而调节灯光的亮度。某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示，则该交流电的电压有效值为___________。若将此电压加在阻值的电热丝两端，功率为___________。16．家庭电路的交变电压随时间变化的图象如图所示。由图可知，交变电压的有效值为______V。频率为______Hz。此电压加在阻值为484的电阻上，在1min内产生的热量Q=______J。17．风电是一种清洁、绿色的可再生能源，中国的风电装机容量，目前处于世界领先地位，图甲为风力发电的简易模型，在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁体转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时，传感器显示如图乙所示，该交变电流的线圈两端电压瞬时值表达式为______V，线圈两端电压的有效值为______V。三、解答题18．如图甲所示为一台小型发电机的示意图，匝数为100匝的线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为，外接灯泡的电阻为。求：（1）写出流经灯泡的瞬时电流的表达式；（2）线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功；（3）从中性面开始转动圈过程中通过灯泡的电荷量。19．如图所示，是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，边水平，线框绕某一竖直固定轴以角速度匀速转动。在边与磁场方向的夹角到达30°的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小是多少？标出线框此时的电流方向。已知线框按俯视的逆时针方向转动。20．如图所示，匝数为50匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.5m2，线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝100rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220V，60W”灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10A，求：（1）变压器原、副线圈匝数之比；（2）允许变压器输出的最大功率。21．图甲所示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按如图所示方向迅速转动，线圈的匝数，线圈的电阻，线圈的两端经集流环与电阻连接，。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。从开始，线圈转过60°时感应电流是多大？22．如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R，线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时。（1）当转过60°时，感应电动势的瞬时值；（2）在转过60°的过程中，感应电动势的平均值；（3）在转过90°的过程中，感应电流的有效值。答案第=page11页，共=sectionpages22页答案第=page11页，共=sectionpages22页参考答案：1．C【详解】三个支路的电压不变，当交流电频率增大时，电感线圈的感抗增加，对电流的阻碍作用变大，则变暗；电容器的容抗减小，对电流的阻碍作用减小，则变亮；电阻对电流的阻碍作用与频率无关，则不变，故ABD错误C正确。故选C。2．B【详解】A．因为此交流发电机产生感应电动势的最大值为故A错误；B．由图可知时刻，线圈的磁通量最大，则线圈处在中性面的位置，故B正确；C．因为电流最大值为所以1min内电阻R上产生的焦耳热为故C错误；D．线圈从图甲所示的位置转过的过程中通过电阻R的电荷量为故D错误。故选B。3．A【详解】因为a、b加的是正弦交流电压，故有两种情况，当a点电位高于b点电位，R2被短路，则R1的电压为电源电压当a点低于b点则R1与R2串联30=I（R1+R2）R1两端电压为U2=IR1解得U2=10V根据电流的热效应，来计算R1在0-T时间内电压有效值为解得故选A。4．B【详解】通过卡回路的磁通量变化率则感应电动势又联立得则感应电动势的有效值为带入数据得故B正确，ACD错误。故选B。5．B【详解】AD．根据E=BLv可知导线在磁场中运动时产生正弦交流电，则回路中产生的感应电动势的最大值为则电动势的有效值为故电压表的示数为电流表的示数为电流的有效值为故AD错误；B．导体棒上消耗的热功率为故B正确；C．电流表示数为有效值，一直为0.1A，故C错误；故选B。6．A【详解】A．由于是从中性面开始计时，ab边产生的感应电动势瞬时值表达式为e=BSωsinωt，故电容器两极板间电压随时间变化关系为U=BSωsinωt，故A正确；B．线框从实线位置转过90°过程中电容器充电，线框从旋转90°的位置转到虚线位置过程中电容器放电，上极板始终带正电，故B错误；C．线框从实线位置转过90°过程中电容器充电，电流方向是由a流向c；线框从旋转90°的位置转到虚线位置过程中电容器放电，电流方向是由c流向a，故C错误；D．移动过程中，ab边切割磁感线产生感应电动势，而cd边切割磁感线的有效长度小于ab边，故ab边产生的感应电动势大，从而对电容器充电，故D错误。故选A。7．A【详解】CD．电压表的示数是电压的有效值，即R2两端的电压的有效值为20V，由题图乙可知，交流电源输出电压随时间按照余弦规律变化，所以R2两端的电压的最大值为20V，CD错误；AB．电路中的电流的有效值为则电路中电流的最大值为两电阻串联，通过R1、R2的电流相等，由题图乙可知交流电源输出电压按照余弦规律变化，则通过R1的电流i1随时间t变化的规律是B错误A正确。故选A。8．B【详解】AB．根据图象可知该交流电的电压最大值是311V，故有效值为A错误，B正确；CD．由图可知，周期为0.02s，所以频率为CD错误。故选B。9．C【详解】A．由图（b）可知，线框中磁通量变化的周期为，角速度为A错误；B．根据法拉第电磁感应定律，可得B错误；C．时线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大，此时的瞬时感应电动势为最大值为C正确；D．根据定义可知，有效值为D错误。故选C。10．C【详解】由感应电动势的瞬时表达式为可知仅将风力发电机的转速增加到原来的2倍，又因为转速与角速度成正比，故角速度变为原来的两倍，所以有所以感应电动势的瞬时值表达式为故选C。11．D【详解】发电机电动势的有效值为E=10V当电源的内阻等于外电阻时，电源的输出功率最大，即当滑动变阻器调到时，使其上消耗的功率最大，此时最大功率电压表的读数故选D。12．C【详解】A．线框转动过程中每经过一次中性面，电流方向改变一次，故A错误；B．有效值与正弦交流电有效值相同为故B错误；C．转动半圈流过电阻的电荷量因此转动一周故C正确；D．电阻产生的焦耳热故D错误。故选C。13．次数略14．

2.0V

0.13A

0.16W【详解】[1]转动的角速度电动势的最大值为[2]从图所示位置转过90°过程中的平均电动势所以平均电流[3]电流的有效值为电阻的热功率15．

110

1210【详解】[1]根据有效值的概念可知解得U=110V[2]若将此电压加在阻值的电热丝两端，功率为16．

220

50

6000【详解】[1]由图象可知电压最大值为220V，电压有效值为U=220×V=220V