高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流2 交变电流的描述复习练习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流2 交变电流的描述复习练习题，共7页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1．一只电阻分别通过四种不同形式的电流，电流随时间变化的情况如下列各选项所示，在相同时间内电阻产生热量最大的是( )
2．在如图所示的电路中，已知交流电源电压u＝200sin 10πt V，电阻R＝10 Ω，则电流表和电压表读数分别为( )
A．14.1 A,200 V B．14.1 A,141 V
C．2 A,200 V D．2 A,141 V
3．如一个接在某直流电源上的电热器所消耗的电功率为P1，若把它接到电压最大值等于直流电压2倍的正弦交流电源上，该电热器所消耗的电功率为P2，则P1:P2为( )
A．2:1 B．1:2
C．1:1 D．1:eq \r(2)
4．如图所示，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( )
A．1:eq \r(2) B．1:2
C．1:3 D．1:eq \r(3)
5．下列说法中正确的是( )
A．交变电流在一个周期内电流方向改变两次
B．交变电流的有效值总是最大值的eq \f(1,\r(2))
C．因为有效值表示交变电流产生的平均效果，所以有效值与平均值相同
D．若正弦式交变电流的最大值是10 A，则它的最小值是－10 A
6．标有“250 V 0.5 μF”字样的电容器能接入下面哪个电路中使用( )
A．220sin 100πt V
B．220 V照明电路中
C．380sin 100πt V
D．380 V动力电路中
7．电阻R1、R2与交流电源按照图甲的方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω，合上开关S后，通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示，则( )
A．通过R1的电流有效值是1.2 A
B．R1两端的电压有效值是6 V
C．通过R2的电流最大值是1.2eq \r(2) A
D．R2两端的电压最大值是6eq \r(2) V
8．如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交流电的图像，在改变线圈的转速后，产生的正弦交流电的图像如图线b所示，以下说法正确的是( )
A．线圈先后两次转速之比为2:3
B．通过线圈的磁通量最大值之比为3:2
C．先后两次交流电的最大值之比为3:2
D．先后两次交流电的有效值之比为eq \r(3):eq \r(2)
二、多项选择题
9．下面关于交变电流的说法中正确的是( )
A．交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的最大值
B．用交流电表测定的读数是交变电流的瞬时值
C．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值
D．在相同时间内通过同一电阻，跟交变电流有相同热效应的恒定电流的数值是交变电流的有效值
10．一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动．在转动过程中，线框中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em.下列说法中正确的是( )
A．当线框磁通量为零时，感应电动势也为零
B．线框转动的角速度ω等于eq \f(Em,Φm)
C．当线框内磁通量增大时，感应电动势在减小
D．当线框内磁通量等于0.5Φm时，感应电动势等于0.5Em
11.
小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示．不计线圈的电阻．下列说法正确的是( )
A．产生的感应电动势瞬时值表达式为e＝20eq \r(2)sin 8πt(V)
B．若与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合回路，交变电流的有效值为eq \r(2) A
C．若将此电动势加在电容量为C＝1 μF的电容器上，则该电容器的耐压值应不小于10eq \r(2) V
D．若该交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动的速度增大到原来的2倍，则产生的交变电动势的最大值为40 V
12．近年来，共享单车风靡全国各大城市．图甲为某品牌共享单车第一代产品，单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电，单车内小型发电机发电原理可简化为图乙所示，矩形线圈abcd的面积为0.001 m2，共有100匝，线圈总电阻为1 Ω，线圈处于磁感应强度大小为eq \f(2\r(2),π) T的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO′转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路阻值为9 Ω的电阻连接，不计交流电流表的内阻．在外力作用下线圈以10π rad/s的角速度绕轴OO′匀速转动时，下列说法正确的是( )
A．交流电流表的示数是0.002 A
B．电阻R的发热功率是0.36 W
C．该交流发电机产生的交变电流周期为0.2 s
D．当线圈平面和磁场方向平行时，线圈中的感应电流为零
三、非选择题
13．如图所示，在匀强磁场中有一个内阻r＝3 Ω、面积S＝0.02 m2的半圆形导线框可绕OO′轴旋转．已知匀强磁场的磁感应强度B＝eq \f(5\r(2),π) T．若线框以ω＝100π rad/s的角速度匀速转动，且通过电刷给“6 V,12 W”的小灯泡供电，则：
(1)若从图示位置开始计时，求线框中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)从图示位置开始，线框转过90°的过程中，通过导线横截面的电荷量是多少？该电荷量与线框转动的快慢是否有关？
(3)由题目所给已知条件，外电路所接小灯泡能否正常发光？如不能，则小灯泡的实际功率为多大？
课时作业(十二) 交变电流的描述
1．解析：A、B选项中电流均为正弦式交变电流，最大值均为2 A，有效值均为eq \r(2) A，C选项中电流的有效值为1.5 A，D选项中电流的有效值为2 A，D选项中电流的有效值最大，在R、t相同时，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，D选项中电阻产生的热量最大，故D正确，A、B、C错误．
答案：D
2．解析：由表达式可读得电压最大值Um＝200 V，在交流电路中电流表和电压表测量的是交流电的有效值，所以电压表的示数为U＝eq \f(200,\r(2)) V＝141 V，电流表的示数为I＝eq \f(U,R)＝eq \f(200,\r(2)×10) A≈14.1 A，B正确．
答案：B
3．解析：设直流电压为U，电热器的电阻为R，根据功率表达式P1＝eq \f(U2,R)；根据题意，交流电的电压最大值Um＝2U，则交流电电压有效值为U1＝eq \f(Um,\r(2))＝eq \r(2)U，根据有效值的定义P2＝eq \f(U\\al(2,1),R)＝2eq \f(U2,R)，故eq \f(P1,P2)＝eq \f(1,2)，选项B正确．
答案：B
4．解析：电功的计算中电流要用有效值，题图甲中，由有效值的定义得eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,\r(2))))2R×2×10－2＋0＋eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,\r(2))))2R×2×10－2＝Ieq \\al(2,1)R×6×10－2，解得I1＝eq \f(\r(3),3) A；图乙中，电流的大小不变I2＝1 A，由W＝I2Rt可得W甲:W乙＝1:3.
答案：C
5．解析：产生交变电流的线圈平面每经过中性面一次，电流方向改变一次，在一个周期内线圈平面有两次经过中性面，选项A正确；对于正弦式交变电流，其有效值是最大值的eq \f(1,\r(2))，而对于其他的交变电流不一定有这样的关系，选项B错误；交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，与平均值不同，选项C错误；交变电流的正负表示电流的方向，不表示电流的大小，正弦式交变电流的最小值为零，选项D错误．
答案：A
6．解析：从该电容器的铭牌知，它的耐压值为250 V，也就是它允许加的最大电压为250 V，对于220 V的照明电路，最大值为220eq \r(2) V＝311 V，超出了它的耐压值．故正确答案为A.
答案：A
7．解析：从图像可以看出，交变电流中电流最大值为0.6eq \r(2) A，电流有效值为：I＝eq \f(Im,\r(2))＝0.6 A，R1两端电压有效值为U1＝IR1＝6 V，R2两端电压最大值为Um＝ImR2＝0.6eq \r(2)×20 V＝12eq \r(2) V，综上所述，正确选项为B.
答案：B
8．解析：由正弦交流电的图像可知，a、b两交变电流的周期之比为2:3，T＝eq \f(2π,ω)，ω＝2πn，所以线圈前后两次转速之比为3:2，选项A错误；电压最大值Um＝NBSω，前后两次交变电流的最大值之比为3:2，选项C正确；通过线圈的磁通量最大值Φ＝BS＝eq \f(Um,Nω)，通过线圈的磁通量最大值之比为1:1，选项B错误；由最大值与有效值的关系可知，先后两次交流电的有效值之比为3:2，选项D错误．
答案：C
9．解析：交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的有效值，选项A错误；用交流电表测定的读数是交变电流的有效值，选项B错误；一般情况下交变电流的数值都是指有效值，选项C正确；根据有效值的定义知，选项D正确．
答案：CD
10．解析：感应电动势大小等于磁通量的变化率，线框磁通量为零时，感应电动势最大，A错误；由正弦式交流电的瞬时值表达式e＝Emsin ωt＝BSωsin ωt＝Φm ωsin ωt，故ω＝eq \f(Em,Φm)，B正确；根据Φ和e的表达式可知，当线框磁通量等于0.5Φm时，感应电动势不等于0.5Em，D错误；根据线圈从与磁场平行的位置转到中性面的过程中，磁通量越来越大，磁通量的变化率越来越小，产生的感应电动势越来越小，C正确．故选B、C.
答案：BC
11．解析：由如图所示产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系图像可知，交变电动势的最大值Em＝20 V，交变电动势的周期为T＝0.25 s，频率为f＝eq \f(1,T)＝4 Hz，线圈转动的角速度ω＝2πf＝8π rad/s，产生的感应电动势瞬时值表达式为e＝Emsin ωt＝20sin 8πt(V)，A错误．交变电动势的有效值为E＝eq \f(Em,\r(2))＝10eq \r(2) V，由闭合电路欧姆定律得交变电流的有效值为I＝eq \f(E,R)＝eq \r(2) A，B正确．若将此电动势加在电容器上，电容器的耐压值应不小于最大值，即不小于20 V，C错误．由最大值表达式Em＝NBSω可知，若该交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动的速度增大到原来的2倍，则产生的交变电动势的最大值增大到2倍，为40 V，D正确．
答案：BD
12．解析：线圈产生的最大感应电动势为Em＝NBSω＝100×eq \f(2\r(2),π)×0.001×10π V＝2eq \r(2) V，有效值为E＝eq \f(Em,\r(2))＝2 V，根据闭合电路欧姆定律可知交流电流表的示数I＝eq \f(E,R＋r)＝0.2 A，电阻R产生的热功率P＝I2R＝0.36 W，故A错误，B正确．交流电的周期T＝eq \f(2π,ω)＝0.2 s，故C正确；当线圈平面和磁场方向平行时，线圈中的感应电流最大，故D错误．
答案：BC
13．解析：(1)线框转动时产生感应电动势的最大值Em＝BSω＝eq \f(5\r(2),π)×0.02×100π V＝10eq \r(2) V
因线框转动从平行于磁感线位置开始计时，则感应电动势的瞬时值表达式e＝Emcs ωt＝10eq \r(2)cs(100πt) V.
(2)线框转过90°过程中，产生的平均电动势eq \x\t(E)＝eq \f(ΔΦ,Δt)＝eq \f(2BSω,π)，流过的电荷量q＝eq \x\t(I)·eq \f(1,4)T＝eq \f(BS,R＋r)，灯泡电阻R＝eq \f(U\\al(2,0),P0)＝eq \f(62,12) Ω＝3 Ω.故q＝eq \f(BS,R＋r)＝eq \f(\f(5\r(2),π)×0.02,3＋3) C＝eq \f(\r(2),60π) C，与线框转动的快慢无关．
(3)线框产生的感应电动势的有效值E＝eq \f(Em,\r(2))＝10 V，灯泡两端电压U＝eq \f(E,R＋r)R＝5 V．因U