粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一节 认识交变电流当堂检测题

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册

3.1认识交变电流 课后练习（解析版）

1．如图左所示，边长为l和L的矩形线框、互相垂直，彼此绝缘，可绕中心轴转动，将两线框的始端并在一起接到滑环C，末端并在一起接到滑环D，C、D彼此绝缘。通过电刷跟C、D连接。线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中，磁场边缘中心的张角为，如图右所示（图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图箭头所示）。不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是沿着线框平面。磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设线框和的电阻都是r，两个线框以角速度逆时针匀速转动，电阻。在线框旋转一周的过程中（　　）

A．电阻R两端电压的最大值为

B．流过电阻R的电流最大值为

C．整个回路产生的焦耳热为

D．为维持线框匀速转动，外力至少对系统做功

2．如图甲所示，在匀强磁场中，一个50匝的矩形闭合线框以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的转轴转动，线框产生的电动势的最大值为，从线框平面与磁感线平行时开始计时，穿过线框的磁通量随时间变化的图像如图乙所示。下列说法错误的是（　　）

A．线框的角速度

B．线框产生的电动势的最大值

C．在时，电流方向改变

D．在和时，线框产生的电动势最小

3．家庭用电的电压220V是指交变电压的（　　）

A．最大值 B．瞬时值 C．平均值 D．有效值

4．如图所示，一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕一固定转轴以角速度ω做匀速转动的过程中，穿过线圈的最大磁通量为。当线圈平面与磁场方向的夹角为30°时，线圈中产生的感应电动势为（　　）

A． B． C．  D．

5．如图所示，以绕中心轴匀速转动的线圈abdc的面积是，线圈共100匝，线圈电阻r，定值电阻R，匀强磁场的磁感应强度大小BT，从如图所示的线圈位置开始计时，则（　　）

A．电路中电压表的示数约为32V

B．线圈转动时，磁通量的变化量大小为

C．线圈转动时，通过电阻R的电流为

D．线圈转过的过程中通过电阻R的电荷量为

6．交流发电机发电的示意图如图所示，矩形线圈ABCD面积为S、匝数为N、整个线圈的电阻为r。在磁感应强度为B的磁场中，线圈绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电阻为R，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连。关于发电过程中的四个状态，下列说法正确的是（　　）

A．线圈转到图甲位置时，通过线圈的磁通量为NBS

B．线圈转到图乙位置时，通过线圈的磁通量的变化率为NBSω

C．线圈转到图丙位置时，外电路中交流电流表的示数为

D．线圈转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B→C→D

7．交流电源电压u=20sin（100πt）V，电路中电阻R=10Ω。则如图电路中电流表和电压表的读数分别为（　　）

A．1.41A，14.1V B．1.41A，20V C．2A，20V D．2A，14.1V

8．如图甲所示，一正方形线框abcd绕ab轴在匀强磁场中匀速转动，ab边和磁场垂直，在ab间接一理想电流表，穿过线框的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。已知线框各边的电阻均为1Ω，则下列说法中正确的是（　　）

A．当线框平面与中性面夹角为60°时，线框中感应电动势的瞬时值为2V

B．1min内线框中产生的热量为120J

C．电流表的示数为1A

D．从图示位置转过90°角的过程中，通过电流表的电荷量为5×10-2C

9．如图所示电路，电阻与电阻阻值相同，都为R，和并联的D为理想二极管（正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大），在A、B间加一正弦交流电（V），则加在上的电压有效值为（　　）

A．10V B．20V C．15V D．V

10．如图甲所示为科技小制作的风力发电机简易模型，在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的永磁铁转动，转速与风速成正比。某一风速时，线圈中产生的正弦式交变电流如图乙所示，则（　　）

A．t=0.1s时穿过线圈的磁通量为零

B．磁铁的角速度为20π rad/s

C．风速减半时电流的表达式为i＝0.6sin（20πt）A

D．风速减半时线圈中电流的有效值为0.6A

11．家庭中用的取暖器，正常工作时所用电压是按照图中正弦规律变化的交流电，取暖器正常工作时的电流是3A。下列表述正确的是（　　）

A．该交流电的有效值是311V

B．该交流电的周期是0.01s

C．该交流电的表达式为U=311sin100t（V）

D．取暖器正常工作时的功率是660W

12．一个线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为（V）。关于这个交变电流，下列说法正确的是（　　）

A．交变电流的频率为100Hz

B．电动势的有效值为220V

C．电动势的峰值为220V

D．t=0时，线圈平面与中性面垂直

13．图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确的是（　　）

A．线圈转动的角速度为50πrad/s

B．电流表的示数为10A

C．0.01s时线圈平面与磁场方向平行

D．0.02s时电阻R中电流的方向自左向右

14．一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电压，则下列说法正确的是（　　）

A．该交变电压的频率是

B．当时，线圈平面恰好与中性面垂直

C．当时，最大

D．该交变电流电动势的有效值为

15．手摇式发电机是我们教学中常用的演示工具，如图甲所示，可以简化为图乙。一个小型旋转电枢式交流发电机的矩形线圈面积为S，匝数为n，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中以矩形线圈中轴线为轴、以角速度匀速转动，线圈通过电刷与外电路连接，如图乙所示，外电路灯泡的电阻为R，电压表为理想交流电表。在线圈由平行于磁场方向位置转过90°的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．电压表Ⓥ的示数为

B．通过灯泡的电荷量为

C．灯泡中产生的焦耳热为

D．当线圈由平行于磁场方向位置转过90°时，流过线圈的电流为

16．如图所示，标有“220 V，40 W”的灯泡和标有“20μF，360 V”的电容器并联到交流电源上，V为理想交流电压表，交流电源的输出电压如图乙中正弦曲线所示，闭合开关 S。下列判断正确的是（　　）

A．电容器会被击穿

B．灯泡不能正常发光

C．时刻，交流电压表的示数为220V

D．t=T时刻，通过灯泡的电流为零

17．当通过自感系数为L的线圈中的电流i发生变化时，线圈中的自感电动势e（理想线圈两端的电压）的计算式为，其中是电流的变化率（即电流对时间的导数）。现将一交变电流通过一自感系数为L的理想线圈，并将线圈两端的电压的有效值U和通过线圈的电流的有效值I的比值定义为线圈的“感抗”X：，则下列说法中正确的是（　　）

A．当通过线圈的电流瞬时值最大时，线圈两端的电压瞬时值也达到最大

B．设线圈两端的电压的峰值为，则线圈的感抗也可表示为

C．通过线圈的交变电流频率越高，线圈的感抗越大

D．相同有效值的交变电压加在不同的线圈两端，线圈的自感系数越大，通过线圈的电流有效值越大

18．无线充电技术的最大便利是无须插拔数据线，一放即充。手机无线充电工作原理的示意图如图甲所示，主要由充电板中的送电线圈和手机中的受电线圈组成。已知受电线圈的匝数匝，电阻，在它的c、d两端接一阻值的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间变化的规律满足正弦曲线关系，如图乙所示，以磁场竖直向上为正方向。下列说法正确的是（　　）

A．在时间内，c点的电势比d点的电势高

B．在时间内，通过电阻R的电荷量为

C．受电线圈中产生的电动势与时间的关系式为

D．在一个周期内，电阻R中产生的热量为

19．交流电源的电压是6V，它跟电阻R1、R2和电容器、伏特表一起连组成电路，如图所示，图中电压表的示数为U1，为了保证电容器C不被击穿，电容器C的耐压值应为U2，则（　　）

A．U1=6V B．U2=6V C．U1=6V D．U2≥6V

参考答案

1．B

【详解】

AB．线框切割磁感线的速度与磁场方向垂直，故感应电动势的大小为

则

线框转动过程中，只有一个线框进入磁场切割磁感线作为电源，另一个线框与电阻R并联后作为外电路，故外电路总电阻

因此电路的总电流为

故R两端电压的最大值

根据并联电路的分流关系可知通过R的电流大小为总电流的，即

选项A错误，B正确；

C．在旋转一周的过程中每个线框只有两次进入磁场，每次在磁场内的时间（即作为电源时的做功时间）为，所以整个回路产生的焦耳热

选项C错误；

D．根据能的转化和守恒定律，为维持线框匀速转动，外力至少对系统做功

选项D错误。

故选B。

2．C

【详解】

A．根据角速度公式得

A正确，不符合题意；

B．根据最大值公式得

B正确，不符合题意；

C．在时，磁通量变化最快，电动势最大，电流方向不变。C错误，符合题意；

D．在和时，磁通量最大，磁通量变化率为零，线框产生的电动势最小。D正确，不符合题意。

故选C。

3．D

【详解】

家庭用电的电压220V是指交变电压的有效值，也就是说，用有效值为220V的交流电与220V的直流电在相同的时间内使相同的纯电阻产生的热量相同，故选D。

4．B

【详解】

以线圈平面从中性面转动开始计时，交变电流瞬时值表达式为

其中为线圈平面与中性面的夹角。当线圈平面与磁场方向的夹角为30°时，有

=

代入表达式，可得感应电动势为

故选B。

5．D

【详解】

A．感应电动势的最大值为

从图示位置开始计时，则瞬时值为

电路中电压表的示数为有效值，即

A错误；

B．线圈转动时，转过的角度

磁通量的变化量大小为

B错误；

C．线圈转动时，通过电阻的电流为

C错误；

D．线圈转过90°的过程中通过电阻的电荷量为

D正确；

故选D。

6．D

【详解】

A．线圈转到图甲位置时，通过线圈的磁通量为BS，与匝数无关，A错误；

B．线圈转到图乙位置时，感应电动势

Em=NBSω=N

解得磁通量的变化率

=BSω

B错误；

C．电流表示数为有效值

I==

C错误；

D．线圈转到图丁位置时，根据楞次定律可知线框中的电流方向为A→B→C→D，D正确。

故选D。

7．A

【详解】

电路中电流表和电压表的读数为有效值，则有

故选A。

8．B

【详解】

A．由题意可知，线框转动过程产生正弦交流电，最大值为

瞬时值为

故当线框平面与中性面夹角为60°时，代入可得线框中感应电动势的瞬时值为，A错误；

B．电动势的有效值为

故1min内线框中产生的热量为

代入数据可得

Q=120J

B正确；

C．电流表的示数为

C错误；

D．从图示位置转过90°角的过程中，产生的平均感应电动势为

平均感应电流为

通过电流表的电荷量为

代入数据可得

q=5×10-3C

D错误。

故选B。

9．D

【详解】

当电源在正半轴时A点电位高于B点电位二极管导通即R1被短路，R2电压为电源电压

  当电源在负半轴时B点电位高于A点电位，二极管截止 R1，R2串联各分得一半电压；则由有效值的概念可得

解得

故D正确，ABC错误。

故选D。

10．B

【详解】

A．t＝0.1s时感应电流为零，感应电动势也为零，根据法拉第电磁感应定律可知磁通量的变化率为零，不是磁通量为零，故A错误；

B．由题图可知交变电流的周期T＝0.1s，则角速度

故B正确；

C．风速减半，转速减半，角速度

感应电流最大值减半，电流的表达式应为

故C错误；

D．根据正弦式交变电流的有效值与峰值的关系可知，风速加倍时线圈中电流的最大值为0.6A，有效值为，故D错误。

故选B。

11．D

【详解】

A．该交流电的峰值为311V，A错误；

B．该交流电的周期是0.02s，B错误；

C．该交流电的表达式为

U=311sin100πt（V）

C错误；

D．取暖器正常工作时的功率为

D正确。

故选D。

12．B

【详解】

A．交变电流的频率为

故A错误；

B．电动势的有效值为

故B正确；

C．电动势的峰值即为最大值为V，故C错误；

D．由电动势的表达式可知，t=0时，瞬时电动势为0，故就在中性面，故D错误。

故选B。

13．CD

【详解】

A．由题图乙可知交流电的角速度为

故A错误；

B．由题图乙可知交流电电流的最大值是，则有效值为

电流表的示数为10A，故B错误；

C．0.01s时线圈中的感应电流达到最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为0，故线圈平面与磁场方向平行，故C正确；

D．由楞次定律可判断出0.02s时流过电阻的电流方向自左向右，故D正确。

故选CD。

14．AC

【详解】

A．由于周期是0.02s，因此交变电压的频率是，A正确；

B．由瞬时表达式可知，当时，线圈平面恰好与中性面重合，B错误；

C．当时，感应电动势瞬时值

C正确；

D．该交变电流电动势的有效值

D错误。

故选AC。

15．BC

【详解】

AD．产生的感应电动势有效值为

流过线圈的电流为

电压表示数为路端电压有效值，大小为

AD错误；

C．线圈转动周期为

灯泡中产生的焦耳热为

联立可解得

C正确；

B．线圈由平行于磁场方向位置转过90°的过程中，产生的平均感应电动势为

平均电流为

通过灯泡的电荷量为

联立解得

B正确。

故选BC。

16．CD

【详解】

A．交流电压的最大值

因此电容器不会被击穿，A错误；

B．加在灯泡两端的电压的有效值为220 V，因此灯泡正常发光，B错误；

C．电压表测量的是电压的有效值，为220 V，C正确；

D．t=T时刻，加在灯泡两端的电压的瞬时值为零，因此这一瞬间流过灯泡的电流为零，D正确。

故选CD。

17．BC

【详解】

A．由可得

故A错误；

BC．由于、，则

故BC正确；

D．由题意可知

故D错误。

故选BC。

18．ABD

【详解】

A．在时间内，磁通量增大，由楞次定律可知，线圈中的电流方向为，由于线圈相当于电源，电源内部电流是从低电势流向高电势，故c点的电势比d点的电势高，A正确；

B．由电荷量的公式，即

可得，在时间内，通过电阻R的电荷量为

B正确；

C．由公式可知，最大感应电动势为

即有

故受电线圈中产生的电动势与时间的关系式为

C错误；

D．一个周期内产生的热量，由焦耳热公式可得，又有效电动势为

则有效电流为

故在一个周期内，电阻R中产生的热量为

D正确。

故选ABD。

19．CD

【详解】

AC．电压表的示数为交流电的有效值，即

U1=6V

A错误，C正确；

BD．电容器C的耐压值应大于等于交流电的峰值，即

U2≥6V

B错误，D正确。

故选CD。