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    高中物理人教版选修3-2课后训练:5.2 描述交变电流的物理量 Word版含解析
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    高中物理选修3-2第五章 交变电流2 描述交变电流的物理量一课一练

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    这是一份高中物理选修3-2第五章 交变电流2 描述交变电流的物理量一课一练,共7页。试卷主要包含了选择题,非选择题等内容,欢迎下载使用。

     

    五章 2

    一、选择题

    1(多选)某小型发电机产生的交变电动势为e50sin100πt(V)对此电动势下列表述正确的有(  )

    A最大值是50 V B频率是100 Hz

    C有效值是25 V D周期是0.02 s

    答案 CD

    解析 从中性面开始计时,交变电动势的表达式为eEmsinωt,因e50sin100πt(V),所以最大值Em50 VA错误。由ωf100π rad/sf50 HzB错误。有效值E25 VC正确。T0.02 sD正确。

    2(多选)如图所示的(a)(b)两图分别表示两个交流电压比较这两个交变电压它们具有共同的(  )

    A有效值  B频率

    C最大值 D均不一样

    答案 BC

    解析 由题图可知,两个交变电压最大值均为2 V,周期均为0.4 s,可知BC正确。题图(a)中电压有效值Ua,题图(b)中电压有效值UbUmA错。

    3矩形线圈在匀强磁场中匀速转动从中性面开始转动180°角的过程中平均感应电动势和最大感应电动势之比为(  )

    A2π Bπ2

    C1 D无法确定

    答案 A

    解析 设转动的角速度为ω,则平均感应电动势为nn;感应电动势的最大值为EmnBSω,联立得,故选项A正确。

    4一个按正弦规律变化的交流电的图象如图所示根据图象可知(  )

    该交变电流的频率是0.2 Hz

    该交变电流的有效值是14.1 A

    该交变电流的瞬时值表达式为i20sin(0.02t) A

    t时刻该交变电流的大小与其有效值相等

    A①② B②④

    C③④ D①③

    答案 B

    解析 由图象可知T0.02 s,频率f50 Hz。电流最大值Im20 A,故有效值为I10 A。线圈转动的角速度ωf100π。瞬时值表达式为i20sin(100πt)At代入瞬时值公式i20sin(100π××0.02) A10 A。由以上可知②④正确。

    5正弦交变电源与电阻R交流电压表按照图甲所示的方式连接R10 Ω交流电压表的示数是10 V图乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象(  )

    A通过R的电流iR随时间t变化的规律是iRcos(100πt)A

    B通过R的电流iR随时间t变化的规律是iRcos(50πt) A

    CR两端的电压uR随时间t变化的规律是uR5cos(100πt) V

    DR两端的电压uR随时间t变化的规律是uR5cos(50πt) V

    答案 A

    解析 由题图可知:uUmcosωtω100π而交流电压表的示数是有效值,故Um10 VuR10cos(100πt) V。据欧姆定律iRcos(100πt) A

    6(多选)如图所示图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象当调整线圈转速后所产生正弦交流电的图象如图线b所示以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是(  )

    A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32

    C交流电a的瞬时值为u10sin5πt V

    D交流电b的最大值为 V

    答案 BCD

    解析 由题图可知,t0时刻线圈均在中性面,穿过线圈的磁通量最大,A错误;由题图可知TaTb23,故nanb32B正确;由题图可知,C正确;交流电最大值UmNBSω,故UmaUmb32,故UmbUma VD正确。

    7夏天空调器正常工作时制冷状态与送风状态交替运行一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示此空调器运转1 h用电(  )

    A1.0 B1.5

    C2.0 D2.5

    答案 B

     

    解析 由图象可知,电功率随时间的变化周期为15 min,前5 min0.5 kW,后10 min2 kW。设电功率的有效值为P,周期为T,据有效值定义有P1P2PT

    P10.5 kWP22 kW代入得:

    P1.5 kW。此空调1 h用电WPt1.5()

    点评 对非正弦交变电流有效值求解,一定要从电流热效应出发。

    8(多选)如图所示AB两输电线间的电压表达式为u200sin100πt(V)输电线电阻不计把电阻R50 Ω的用电器接在AB两输电线上对此下列说法正确的是(  )

    A电流表示数为4 A

    B电压表示数为200 V

    C通过R的电流方向每秒钟改变50

    D用电器消耗的电功率为1.6 kW

    答案 AB

    解析 u200sin100πt(V)可知,电压最大值Um200 V,角速度ω100π rad/s,所以电压的有效值U200 V,周期T0.02 s,频率f50 Hz。由欧姆定律得I A4 A,所以AB正确;一个周期内电流方向改变两次,而f50 Hz,则1 s内电流方向改变100次,C错误;电功率PIU4×200 W800 W,所以D错误。

    9在右图所示电路中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(  )

    A110 Ω B110 Ω

    C220 Ω D220 Ω

    答案 B

    解析 U220 VRmin Ω110 Ω

    10一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示已知发电机线圈内阻为5.0 Ω现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡如图乙所示(  )

    A电压表的示数为220 V

    B电路中的电流方向每秒钟改变50

    C灯泡实际消耗的功率为484 W

    D发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J

    答案 D

    解析 由题图象可知电动势的有效值为220 V,而电压表测量的是路端电压,其大小为UR×95 V209 V,选项A错误;由图象读出交变电流的周期为T0.02 s,则频率f50 Hz,一个周期内电流的方向要改变2次,故每秒钟电流方向要改变2×50100(),选项B错误;灯泡的实际功率为P2R2×95 W459.8 W,选项C错误;由焦耳定律得Q2·rt2×5×1 J24.2 J。故正确选项为D

    11面积均为S的两个线圈分别放在如图所示的磁场中图甲中是磁感应强度为B0的匀强磁场线圈在磁场中以周期TOO轴匀速转动图乙中磁场变化规律为BB0cos则两线圈中感应电动势最大值(  )

    A一定相同 B可能相同

    C可能不同 D不能确定

    答案 A

    解析 图甲中的磁通量变化规律为ΦB0Scost,图乙中磁通量的变化规律为ΦB0Scost。由于两线圈的磁通量变化规律相同,则两个线圈中感应电动势的变化规律相同,电动势的最大值也一定相同。

    12如下图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ω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(  )

    A. B

    C. D

    答案 D

    解析 交变电流的有效值是根据电流的热效应得出的,线框全部进入磁场中后,因磁通量不变,故没有感应电流产生,所以只有线框进入和穿出磁场的过程中有感应电流。设线框转动周期为T,而线框转动一周只有的时间内有感应电流,根据有效值的概念,有2R·I2RT,解得I,选项D正确。

    二、非选择题

    13在水平方向的匀强磁场中有一正方形闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动已知线圈的匝数为n100边长为20 cm电阻为10 Ω转动频率f50 Hz磁场的磁感应强度为0.5 T

    (1)外力驱动线圈转动的功率

    (2)转至线圈平面与中性面的夹角为30°线圈产生的感应电动势及感应电流的大小

    (3)在线圈由中性面转至与中性面成30°夹角的过程中通过线圈横截面的电荷量

    答案 (1)1.97×104 W (2)314 V 31.4 A 

    (3)0.027 C

    解析 (1)线圈中交变电动势的最大值

    EmnBSω100×0.5×(0.2)2××50 V628 V

    交变电动势的有效值E314 V

    外力驱动线圈转动的功率与线圈中交变电流的功率相等。

    P W1.97×104 W

    (2)线圈转到与中性面成30°角时,其电动势的瞬时值eEmsin30°314 V

    交变电流的瞬时值i A31.4 A

    (3)在线圈从中性面转过30°角的过程中,线圈中的平均感应电动势n,平均感应电流n,通过导体横截面的电荷量为q

    qΔtn

    C0.027 C

    14某兴趣小组设计了一种发电装置如图所示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为π磁场均沿半径方向匝数为N的矩形线圈abcd的边长abcdlbcad2l线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动bcad边同时进入磁场在磁场中两条边所经过处的磁感应强度大小均为B方向始终与两边的运动方向垂直线圈的总电阻为r外接电阻为R

    (1)线圈切割磁感线时感应电动势的大小Em

    (2)线圈切割磁感线时bc边所受安培力的大小F

    (3)外接电阻上电流的有效值I

    答案 见解析

    解析 (1)bcad边的运动速度vω

    感应电动势Em4NBlv,解得Em2NBl2ω

    (2)电流Im,安培力F2NBIml,解得F

    (3)一个周期内,通电时间t T

    R上消耗的电能WIRt,且WI2RT,解得I

     

     

     

     

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