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2019-2020年高二人教版物理選修3-2練習(xí)冊：5.習(xí)題課：交變電流的產(chǎn)生及描述含答案 知識點一　對交變電流瞬時值表達(dá)式的應(yīng)用 1．標(biāo)有“220 V　0.5 μF”字樣的電容器能接入下面哪個電路中使用(　　) A．e＝220sin 100πt (V)的交流電路中 B．220 V的照明電路中 C．e＝380sin 100πt (V)的交流電路中 D．380 V的照明電路中 知識點二　交變電流的圖像 2．(多選)一正弦式交變電流的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖LX41所示．由圖可知(　　) 圖LX41 A．該交變電流的電壓瞬時值的表達(dá)式為u＝100sin 25t (V) B．該交變電流的頻率為25 Hz C．該交變電流的電壓的有效值為100 V D．若將該交流電壓加在阻值為R＝100 Ω的電阻兩端，則電阻消耗的功率是50 W 3．一矩形金屬線圈共10匝，繞垂直磁場方向的轉(zhuǎn)軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生的交變電動勢e隨時間t變化的規(guī)律如圖LX42所示，下列說法中正確的是(　　) 圖LX42 A．此交流電的頻率為0.2 Hz B．此交變電動勢的有效值為1 V C．t＝0.1 s時，線圈平面與磁場方向平行 D．在線圈轉(zhuǎn)動過程中，穿過線圈的最大磁通量為 Wb 知識點三　交變電流有效值的計算 4．圖LX43表示一交流電隨時間變化的圖像，其中電流為正值時的圖像為正弦曲線的正半部分，其最大值為Im；電流的負(fù)值為－Im，則該交變電流的有效值為多少？ 圖LX43 知識點四　交變電流的“四值” 5．如圖LX44所示，在勻強磁場中有一個內(nèi)阻r＝3 Ω、面積S＝0.02 m2的半圓形導(dǎo)線框可繞OO′軸旋轉(zhuǎn)，OO′軸垂直于磁場方向，已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝ T．若線框以ω＝100π rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，且通過電刷給“6 V　12 W”的小燈泡供電，則： (1)若從圖示位置開始計時，求線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式； (2)從圖示位置開始，線框轉(zhuǎn)過90的過程中，流過導(dǎo)線橫截面的電荷量是多少？該電荷量與線框轉(zhuǎn)動的快慢是否有關(guān)？ (3)由題目所給的已知條件，外電路所接小燈泡能否正常發(fā)光？如不能，則小燈泡的實際功率為多大？ 圖LX44 6．風(fēng)速儀的簡易裝置示意圖如圖LX45甲所示．在風(fēng)力作用下，風(fēng)杯帶動與其固定在一起的永磁鐵轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電流隨風(fēng)速的變化而變化．風(fēng)速為v1時，測得線圈中的感應(yīng)電流隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示；若風(fēng)速變?yōu)関2，且v2＞v1，則感應(yīng)電流的峰值Im、周期T和感應(yīng)電動勢的有效值E的變化情況是(　　) 圖LX45 A．Im變大，T變小　　　　　B．Im變大，T不變 C．Im變小，T變小 D．Im不變，E變大 7．圖LX46為一正弦交流電通過一電子元件后的波形圖，則下列說法正確的是(　　) 圖LX46 A．這也是一種交流電 B．電流的變化周期是0.01 s C．電流的有效值是1 A D．電流通過100 Ω的電阻時，1 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為200 J 8．如圖LX47所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.電阻為R、半徑為L、圓心角為45的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(O軸位于磁場邊界)．則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為(　　) 圖LX47 A.　　　　　　　　B. C. D. 9．(多選)電阻為1 Ω的某矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖LX48的圖線a所示；當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，該線圈中所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個正弦交變電流的說法正確的是(　　) 圖LX48 A．在圖中t＝0時刻穿過線圈的磁通量均為零 B．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2 C．交流電a的電動勢的有效值為5 V D．交流電b的電動勢的最大值為5 V 10．如圖LX49所示，線圈面積為0.05 m2，共100匝，線圈總電阻為1 Ω，與阻值為R＝9 Ω的外電阻相連，線圈在B＝ T的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的OO′軸以轉(zhuǎn)速n＝300 r/min勻速轉(zhuǎn)動．從線圈處于中性面開始計時，求： (1)電動勢的瞬時表達(dá)式； (2)兩電表A、V的示數(shù)； (3)線圈轉(zhuǎn)過 s時電動勢的瞬時值； (4)線圈轉(zhuǎn)過 s的過程中，通過電阻的電荷量； (5)線圈勻速轉(zhuǎn)一周外力做的功． 圖LX49 習(xí)題課：交變電流的產(chǎn)生及描述 1．A　[解析] 標(biāo)有“220 V　0.5 μF”字樣的電容器，電壓最大值不得超過220 V，由A、C中瞬時值表達(dá)式可見，最大值分別為220 V、380 V，故A對，C錯；B、D中有效值為220 V、380 V，最大值更大，故B、D錯． 2．BD　[解析] 從圖中可知，交變電流周期T＝410－2 s，峰值電壓Um＝100 V，故交變電流的頻率f＝＝25 Hz，有效值U＝＝50 V；R＝100 Ω的電阻上的熱功率P＝＝50 W；該交變電流的電壓瞬時值表達(dá)式u＝Umsin ωt＝100sin 50πt (V)，正確選項為B、D. 3．D　[解析] 由圖可知，此交流電的周期T＝0.2 s，頻率f＝＝5 Hz，A錯誤．E＝＝ V，B錯誤．t＝0.1 s時，電動勢為0，線圈平面與磁感線垂直，C錯誤．因Em＝nBSω，其中n＝10匝，ω＝＝10π rad/s，故Φm＝BS＝ Wb，D正確． 4.Im [解析] 在前為正弦交流電，相應(yīng)有效值為I1＝；在后為方波交流電，相應(yīng)有效值為I2＝Im.取電阻為R，考慮一個周期內(nèi)的熱效應(yīng)，設(shè)該交變電流的有效值為I，根據(jù)有效值的定義有I2RT＝IR＋I(xiàn)R，由此得I＝ ＝Im. 5．(1)e＝10 cos 100πt (V)　(2) C　無關(guān)　(3)不能　 W [解析] (1)線框轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值Em＝BSω＝0.02100π V＝10 V．因線框轉(zhuǎn)動從平行于磁感線位置開始計時，則感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式e＝Emcos ωt＝10 cos 100πt (V)． (2)線框轉(zhuǎn)過90過程中，產(chǎn)生的平均電動勢E＝＝，流過的電荷量q＝IT＝，燈泡電阻R＝＝ Ω＝3 Ω，故q＝＝ C＝ C，與線框轉(zhuǎn)動的快慢無關(guān)． (3)線框產(chǎn)生的電動勢的有效值E＝＝10 V，燈泡兩端電壓U＝R＝5 V．因U＜6 V，故燈泡不能正常發(fā)光，其實際功率P＝＝ W＝ W. 6．A　[解析] 風(fēng)速增大，周期T變小，感應(yīng)電動勢的有效值E變大，感應(yīng)電流的峰值Im變大，選項A正確． 7．C　[解析] 因電流方向不變，故不是交流電，A錯；其周期為0.02 s，B錯；由電流熱效應(yīng)可知R＝I2RT，解得I＝1 A，故C對；由Q＝I2Rt可知Q＝11001 J＝100 J，D錯． 8．D　[解析] 線框轉(zhuǎn)動的角速度為ω，進(jìn)磁場的過程用時周期，出磁場的過程用時周期，進(jìn)、出磁場時產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小都為I′＝，則轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值滿足I2RT＝RT，解得I＝.D正確． 9．BC　[解析] 由題中圖像可知，t＝0時刻線圈中的感應(yīng)電流為0，感應(yīng)電動勢為0，穿過線圈的磁通量的變化率為0，所以穿過線圈的磁通量最大，選項A錯誤；由圖像可得線圈先后兩次轉(zhuǎn)動的周期之比為0.4∶0.6＝2∶3，則轉(zhuǎn)速之比為3∶2，選項B正確；由圖像可得交流電a的電流的最大值為10 A，有效值為 A＝5 A，矩形線圈的電阻為1 Ω，所以交流電a的電動勢的有效值為5 V，選項C正確；由Em＝nBSω，ω＝可得電動勢峰值Em與周期成反比，所以交流電b的電動勢的最大值為 V，選項D錯誤． 10．(1)e＝100sin 10πt(V)　(2)5 A　45 V　(3)50 V　(4) C　(5)100 J [解析] (1)Em＝NBSω，ω＝2πn，因為n＝300 r/min＝5 r/s，所以ω＝2πn＝2π5 rad/s＝10π rad/s，所以Em＝NBSω＝1000.0510π V＝100 V 從線圈轉(zhuǎn)到中性面開始計時，則e＝Emsin ωt，所以e＝100sin 10πt(V)． (2)由閉合電路歐姆定律有 I＝＝＝ A＝5 A， 故UR＝IR＝5 9 V＝45 V. (3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過 s時 e＝100sin(10π) V＝100sin V＝50 V. (4)線圈轉(zhuǎn)過t＝ s的過程中，轉(zhuǎn)過的角度為 θ＝ωt＝10π＝， 通過電阻的電荷量為 q＝IΔt＝Δt＝Δt＝， 其中|ΔΦ|＝|Φ2－Φ1|＝|BS(cos－1)|＝BS， 所以q＝＝＝ C. (5)線圈勻速轉(zhuǎn)動一周，外力做功與電流做功相等． 故WF＝T＝ J＝100 J.