物理选修3选修3-2第五章 交变电流2 描述交变电流的物理量达标测试

这是一份物理选修3选修3-2第五章 交变电流2 描述交变电流的物理量达标测试

1．下列各个量，其中所指为有效值的是(　　)A．交流电压表的示数B．保险丝的熔断电流C．电容器的击穿电压D．家庭用的220 V交流电压答案：ABD2．关于交变电流的有效值U和最大值Um，下列说法正确的是(　　)A．任何形式的交流电压的有效值都是U＝Um/eq \r(2)的关系B．正弦式交变电流具有U＝Um/eq \r(2)的关系C．照明电压220 V和动力电压380 V指的都是有效值D．交流电压表和电流表测量的是交流电的最大值解析：选BC.电压、电流的有效值和峰值之间的eq \r(2)倍关系仅限于正弦式交变电流而言的．所以A是错误的，B是正确的，在交流电的讲述中没有特殊说明情况下的电流和电压均指有效值，C对；交流电压表、电流表测的都是有效值，D错误．3.(2010年高考广东理综卷)如图5－2－8是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的(　　) 图5－2－8A．周期是0.01 sB．最大值是311 VC．有效值是220 VD．表达式为u＝220sin 100πt(V)解析：选BC.由波形图可知：周期T＝0.02 s，电压最大值Um＝311 V，所以有效值U＝eq \f(Um,\r(2))＝220 V，表达式为u＝Umsineq \f(2π,T)t(V)＝311sin100πt(V)，故选项B、C正确，A、D错误．4.好多同学家里都有调光电灯和调速风扇，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，现在的调光灯和调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的．如图5－2－9所示为经一双向可控硅调节后加在电灯上的电压，即在正弦式交变电流的每个二分之一周期内，前eq \f(1,4)周期被截去，调节台灯上旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯两端的电压，那么现在电灯两端的电压为(　　) 图5－2－9A．Um/2　　　　　　　 B．Um/eq \r(2)C．Um/(2eq \r(2)) D.eq \r(2)Um解析：选A.每个二分之一周期被截去eq \f(1,4)周期，原电流为正弦交流电，一个周期可以看成只剩半个周期的电压，利用有效值的定义，得(eq \f(Um,\r(2)))2×eq \f(1,R)×eq \f(1,2)T＝eq \f(U2,R)×T，所以U＝eq \f(Um,2)，故A正确．5．有两支交流电：e1＝311sin(100πt＋eq \f(π,4))V和e2＝220sin(50πt＋eq \f(π,2)) V，它们的峰值、有效值分别是多少？它们的频率各是多少？t＝0时它们的相位差是多少？解析：两交流电的峰值分别是311 V、220 V；有效值分别是220 V和156 V；频率分别为50 Hz、25 Hz，t＝0时它们的相位差为eq \f(π,4).答案：311 V、220 V　220 V、156 V　50 Hz、25 Hz　eq \f(π,4)一、选择题1．一个照明电灯标有“220 V　60 W”字样，现在把它接入最大值为311 V的正弦式交流电路中，则(　　)A．灯的实际功率大小为60 WB．灯丝将烧断C．只能暗淡发光D．能正常发光答案：AD2．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．若正弦交变电流的最大值是10 A，则它的最小值是－10 A解析：选A.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．对于正弦式交变电流有效值是最大值的eq \f(1,\r(2))，而对于其他的交变电流不一定有这样的关系．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．交变电流的正负表示电流的方向，不表示电流的大小，正弦交变电流的最小值为零．3.交流电源电压u＝20 sin(100πt) V，电路中电阻R＝10 Ω.则如图5－2－10电路中电流表和电压表的读数分别为(　　) 图5－2－10A．1.41 A,14.1 VB．1.41 A,20 VC．2 A,20 VD．2 A,14.1 V解析：选A.电流表和电压表测量的是交变电流的有效值，由u＝20 sin(100πt)V知Um＝20 V，故U＝eq \f(Um,\r(2))＝10eq \r(2) V＝14.1 V，电流的读数I＝eq \f(U,R)＝1.41 A，故A正确．4．(2011年通州高二检测)如图5－2－11所示是一交变电流的i－t图象，则该交变电流的有效值为(　　)图5－2－11A．4 A B．2eq \r(2) AC.eq \f(8,3) A D.eq \f(2\r(30),3) A解析：选D.设该交变电流的有效值为I，由有效值的定义得(eq \f(Im,\r(2)))2Rt1＋Ieq \o\al(2,m)Rt2＝I2Rt.而t＝t1＋t2，代入数据解得：I＝eq \f(2\r(30),3) A，故D正确．5．两个完全相同的电热器分别通过如图5－2－12甲和乙所示的电流最大值相等的方波交变电流和正弦式电流，则这两个电热器功率Pa、Pb之比为(　　)图5－2－12A．1∶1 B．2∶1C．1∶2 D．4∶1解析：选B.本题的关键是要理解有效值与最大值的关系式I＝eq \f(Im,\r(2))仅对正(余)弦式电流成立，对于方波交变电流是不成立的．图甲中交变电流的有效值就是Im，故Pa＝Ieq \o\al(2,m)R；图乙中交变电流的有效值I＝eq \f(Im,\r(2))，故Pb＝I2R＝eq \f(I\o\al(2,m),2)R，所以Pa∶Pb＝2∶1.6.在图5－2－13所示电路中，A是熔断电流I0＝2 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e＝220eq \r(2)sin314t V．为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于(　　) 图5－2－13A．110eq \r(2) Ω B．110 ΩC．220 Ω D．220eq \r(2) Ω解析：选B.U＝220 V，Rmin＝eq \f(U,I0)＝eq \f(220,2)Ω＝110 Ω.7．(2011年包头高二检测)把一只电热器接在100 V的直流电源上，在t时间内产生的热量为Q，若将它分别接到u1＝100sinωt V和u2＝50sin2ωt V的交流电源上，仍要产生Q的热量，则所需时间分别是(　　)A．t,2t B．2t,8tC．2t,2t D．t,4t解析：选B.由Q＝eq \f(U2,R)t得，接直流电时Q＝eq \f(1002,R)t，接u1时Q＝eq \f(\f(100,\r(2))2,R)t1，所以t1＝2t，同理t2＝8t，所以选B.8．一电热器接在10 V的直流电源上，产生的热功率为P.把它改接到另一正弦交变电路中，要使产生的热功率为原来的一半，如果忽略电阻值随温度的变化，则该交变电流电压的最大(峰)值应等于(　　)A．5 V B．14 VC．7.1 V D．10 V解析：选D.以U直和U交分别表示直流电的电压和交流电压的有效值，以R表示电热器的电阻值，则依题意在两种情况下的电功率分别为P＝eq \f(U\o\al(2,直),R)，eq \f(P,2)＝eq \f(U\o\al(2,交),R)由以上两式有：U交＝eq \f(1,\r(2))U直因此交变电流电压的最大值为Um＝eq \r(2)U交＝10 V.9.电阻R1、R2与交流电源按照图5－2－14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5－2－15所示．则(　　) 图5－2－14图5－2－15A．通过R1的电流有效值是1.2 AB．R1两端的电压有效值是6 VC．通过R2的电流最大值是1.2eq \r(2) AD．R2两端的电压最大值是6eq \r(2) V解析：选B.从图象可以看出，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.二、非选择题10.如图5－2－16所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数N＝100，线圈电阻r＝3 Ω，ab＝cd＝0.5 m，bc＝ad＝0.4 m，磁感应强度B＝0.5 T，电阻R＝311 Ω，当线圈以n＝300 r/min的转速匀速转动时．求：图5－2－16(1)感应电动势的最大值；(2)t＝0时线圈在图示位置，写出此交变电流电动势瞬时值表达式；(3)此电压表的示数是多少．解析：(1)电动势的最大值为：Em＝NBωS＝NB·(2πn转)·(eq \x\to(ab)·eq \x\to(bc))＝314 V.(2)电动势瞬时值的表达式：e＝Emsin ωt＝314sin10πt V.(3)Uv＝eq \f(R,R＋r)×(eq \f(\r(2),2)Em)＝220 V.答案：(1)314 V　(2)e＝314sin10πt V　(3)220 V11.如图5－2－17所示，矩形线圈面积为S，匝数为n，内阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω做匀速转动．当它从图中位置转过90°的过程中，求：图5－2－17(1)通过电阻R的电荷量是多少？(2)外力做的功是多大？解析：(1)线圈从图中位置转过90°过程中，通过R的电流是逐渐增大的，计算通过电阻R的电荷量，应该用电流的平均值．eq \x\to(I)＝eq \f(\x\to(E),R＋r)＝eq \f(n\f(ΔΦ,Δt),R＋r)＝eq \f(nΔΦ,R＋rΔt)＝eq \f(nBS,R＋rΔt)所以q＝eq \x\to(I)Δt＝eq \f(nBS,R＋rΔt)·Δt＝eq \f(nBS,R＋r).(2)外力所做的功等于电路中电流所做的功，而计算电功应该用交变电流的有效值．由于Em＝nBSω，所以有效值E＝eq \f(Em,\r(2))＝eq \f(nBSω,\r(2))，对于纯电阻电路W电＝eq \f(E2,R＋r)t，而t＝eq \f(π,2ω)，所以W外＝W电＝eq \f(n2B2S2ω2,2R＋r)·eq \f(π,2ω)＝eq \f(n2B2S2ωπ,4R＋r).答案：(1)eq \f(nBS,R＋r)　(2)eq \f(n2B2S2ωπ,4R＋r)12．有一交流电压的变化规律为u＝220eq \r(2)sin314t V，若将辉光电压为220 V的氖管接上此交流电压，则1 s内氖管的发光时间为多少？(提示：电压u≥220 V时，氖管才发光)解析：由u＝220eq \r(2)sin314t V，T＝eq \f(2π,ω)＝eq \f(2π,314)＝0.02(s)．当u＝±220 V时，代入±220＝220 eq \r(2)sin314t，得t1＝eq \f(1,400) s＝eq \f(T,8)，t2＝eq \f(3,400) s＝eq \f(3,8)T，t3＝eq \f(1,80) s＝eq \f(5,8) T，t4＝eq \f(7,400) s＝eq \f(7,8) T故在一个周期内氖管发光的时间段为eq \f(T,8)～eq \f(3,8)T及eq \f(5,8)T～eq \f(7,8)T，即有一半的时间发光，故1 s内的发光时间为t＝eq \f(1,T)×eq \f(T,2)＝0.5(s)．答案：0.5 s