【学案导学设计】-高中物理 第5章 第1节交变电流同步检测试题 新人教版选修3-2
高中物理 第5章 交变电流章末检测1 新人教版选修32
第五章 交变电流 章末检测(时间：90分钟 满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分)1．如图1是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的( ) A ．周期是0.01 s B ．最大值是311 VC ．有效值是220 VD ．表达式为u ＝220sin 100πt V 2．有一交变电流如图2所示，则由此图象可知( ) A ．它的周期是0.8 s B ．它的峰值是4 A C ．它的有效值是2 2 A D ．它的频率是0.8 Hz 3．图3为某种交变电流的波形，每半个周期按各自的正弦规律变化，其有效值为( ) A ．7A B ．5 A C ．3 2 A D ．4 2 A图1 图2 图34．一电饭煲和一台洗衣机同时并入u ＝311sin 314t (V)的交流电源上，均正常工作，用电流表分别测得电饭煲的电流是5 A ，洗衣机的电流是0.5 A ．下列说法正确的是( )A ．电饭煲的电阻是44 Ω，洗衣机电动机线圈电阻是440 ΩB ．电饭煲消耗的功率为1 555 W ，洗衣机电动机消耗的功率为155.5 WC ．1 min 内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J ，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103J D ．电饭煲的发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍5．如图4甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度．给该台灯接220 V 的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为( )图4 A ．220 V B ．110 V C.2202 V D.1102V6．图5甲所示电路中，A 1、A 2、A 3为相同的电流表，C 为电容器，电阻R 1、R 2、R 3的阻值相同，线圈L 的电阻不计．在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示，则在t 1～t 2时间内( )图5A ．电流表A 1的示数比A 2的小B ．电流表A 2的示数比A 3的小C ．电流表A 1和A 2的示数相同D ．电流表的示数都不为零7．图6中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连，Q 为滑动头．现令Q 从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯L 两端的电压等于其额定电压为止．用i1表示流过原线圈的电流，i2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，P2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值)．下列四个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是( )图68．图7所示，M为理想变压器，电表均可视为理想电表，接线柱a、b接电压u＝311sin 314t V的正弦交流电源．当滑动变阻器的滑片P向上滑动时，示数发生变化的电表是( )图7A．A1、A2 B．A2、V2C．A1、A2、V2 D．A1、A2、V1、V29．在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器．如图所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是( )10．汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油、空气混合气要靠火花塞点燃，但是汽车蓄电池的电压只有12 V，不能在火花塞中产生火花，为此设计了如图8所示的点火装置，这个装置的核心是一个变压器，它的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械进行自动控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，这样就能在火花塞中产生火花了，下列说法中正确的是( )图8A．该设计方案不可行，因为蓄电池提供的是直流电，变压器不能改变直流电压B．该设计方案可行，因为变压器能将直流电改变为交变电流C．该设计方案可行，因为通过变压器原线圈的是变化的电流，可以通过变压器发生互感现象题12345678910 号答案姓名：________ 班级：________ 学号：________ 得分：________ 二、填空题(本题共2小题，每小题8分，共16分)11．如图9所示，单匝矩形闭合导线框abcd 全部处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，线框面积为S ，电阻为R .线框绕与cd 边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I ＝______.线框从中性面开始转过π2的过程中，通过导线横截面的电荷量q ＝________.图912．某发电厂用2.2 kV 的电压将电能输送到远处的用户，后改用22 kV 的电压，在原有输电线路上输送同样的电功率．前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为________．要将2.2 kV 的电压升高至22 kV ，若变压器原线圈的匝数为180匝，则副线圈的匝数应该是________匝．三、计算题(本题共4小题，共44分)13．(10分)如图10所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为l 1，宽度为l 2，共有n 匝，总电阻为r ，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R 的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO ′匀速运动，沿转轴OO ′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t ＝0时刻线圈平面与磁感线垂直．图10(1)表示出线圈经过图示位置时通过电阻R 的感应电流的方向． (2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式．(3)求线圈从t ＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势． (4)求线圈从t ＝0位置开始到转过60°时的瞬时电流．14．(8分)黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”．如图11所示是高压电网的工作电路．高压电网是利用变压器将有效值为220 V 的交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为0.5 cm ，已知空气在常温常压下的击穿电压为6 220 V/cm ，为防止空气被击穿而造成短路，变压器的原、副线圈匝数比不得超过多少？图1115．(12分)如图12所示，变压器原线圈输入电压为220 V，副线圈输出电压为36 V，两只灯泡的额定电压均为36 V，L1额定功率为12 W，L2额定功率为6 W．试求：图12(1)该变压器的原副线圈匝数比．(2)两灯均工作时原线圈的电流以及只有L1工作时原线圈中的电流．16．(14分)某村在较远的地方建立了一座小型水电站，发电机的输出功率为100 kW，输出电压为500 V，输电导线的总电阻为10 Ω，导线上损耗的电功率为4 kW，该村的用电电压是220 V.(1)输电电路如图13所示，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比；图13(2)如果该村某工厂用电功率为60 kW，则该村还可以装“220 V40 W”的电灯多少盏？第五章 交变电流 章末检测 答案1．BC [本题考查正弦交变电流的基础知识，考查考生对正弦交流电基本知识及图象的掌握．由图象可知，该交变电压周期为0.02 s ，最大值为311 V ，瞬时值表达式为u ＝311sin100πt V ，A 、D 项错误，B 项正确；有效值为3112 V ＝220 V ，C 项正确．]2．AB [由图象可读得T ＝0.8 s ，f ＝1T＝1.25 Hz ，故A 对，D 错；又可由图象读得I m＝4 A ，故B 对；因为电流并非正弦交流电，故其有效值I ≠I m2＝2 2 A ，C 错．]3．B [根据有效值的定义得 Q ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫822R T 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫622R T2＝I 2RT ， 解得I ＝5 A ，故B 正确．] 4．C5．B [本题考查电压的有效值的计算．设电压的有效值为U ，根据有效值定义有⎝ ⎛⎭⎪⎫22022R·T 2＝U 2RT ，解得B 项正确．] 6．C [理想变压器原、副线圈的磁场变化情况相同，由图乙知原线圈的磁场均匀变化，据法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt ＝n ΔBΔt·S 知副线圈中产生恒定电流，线圈对直流电无阻碍作用，直流电不能通过电容器，所以电流表A 1、A 2的示数相同，A 3的示数为0，C 选项符合题意．]7．BC [滑动头向上匀速滑动，副线圈匝数均匀增加，与时间t 成正比，由U 1U 2＝n 1n 2得：U 2＝n 2U 1n 1，故U 2与t 也成正比，选项C 正确；随着白炽灯变亮，其本身电阻也逐渐增大，灯泡的I －t 图线斜率逐渐减小，B 项正确；由于副线圈输出功率增大，原线圈的输入功率也增大，由P ＝UI 知，输入电流也要增大，故A 错；灯泡消耗的功率n 2＝U 22R，所以n 2与U 2不成正比，即P －t 图象不满足正比例函数关系，故D 错．]8．A [由变压器特点，可知U 1U 2＝n 1n 2，只要n 1、n 2的比值不变，U 1不变，那么U 2也不变；由I 1I 2＝n 2n 1知：原线圈中电流因副线圈中电流的改变而改变，因滑动变阻器的电阻变化，A 2的示数变化，所以A 1的示数也会发生变化，故应选A.]9．A [电流互感器串联在电路中，且连电流表的线圈电流小，由I 1I 2＝n 2n 1知：电流小的线圈匝数多，故A 正确．]10．C [变压器只能改变交变电流的原因是如果在原线圈上接恒定电压，则线圈的磁通量保持不变，从而不能产生感应电动势，副线圈中也就没有输出电压了．在本装置中，开关的闭合、断开，导致电流不断地变化，从而使得磁通量不断地变化，能够使变压器工作．]11.2BS ω2R BS R解析 线框转动产生交变电流E max ＝BS ω，I max ＝E max R ＝BS ω/R ，有效值I ＝I max 2＝2BS ω2R ；线框转过π2的过程中，ΔΦ＝BS ，E ＝ΔΦΔt ，I ＝ΔΦR ·Δt ，q ＝I Δt ＝ΔΦR ＝BSR .12．100∶1 1800解析 消耗在输电线上的电功率P 损＝I 2R 线＝(P 送U 送)2R 线，所以P 损∝1U 2送，P 前P 后＝(U 后U 前)2＝(222.2)2＝100∶1.由于变压器原、副线圈的电压比等于匝数比得U 1U 2＝n 1n 2，n 2＝U 2n 1U 1＝22×1802.2匝＝1800匝 13．(1)自下而上 (2)e ＝nBl 1l 2ωsin ωt (3)2nBl 1l 2ωπ (4)3nBl 1l 2ω2(R ＋r )解析 (1)根据右手定则或楞次定律判断可知，线圈中的电流方向是badcb ，故流过R 的电流是自下而上．(2)从中性面开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势E m ＝nBl 1l 2ω，所以感应电动势的瞬时值表达式为e ＝nBl 1l 2ωsin ωt .(3)E ＝n ΔΦΔt ＝n Bl 1l 2π/(2ω)＝2nBl 1l 2ωπ(4)线圈从t ＝0开始转过60°时，瞬间电流为i ＝e R ＋r ＝nBl 1l 2ωsinπ3R ＋r ＝3nBl 1l 2ω2(R ＋r )14.110解析 电网两极间电场可看做匀强电场U m ＝E m d ，由题意，空气被击穿时E m ＝6 220 V/cm ，U m ＝6 220×0.5 V＝3110 V由理想变压器电压关系：U 1U 2＝n 1n 2由峰值与有效值关系：U m ＝2U 2由以上各式，得n 1n 2＝110所以原、副线圈匝数比不得超过1∶10. 15．(1)55∶9 (2)0.082 A 0.055 A 解析 (1)由变压比公式得U 1U 2＝n 1n 2代入数据，得 n 1n 2＝22036＝559(2)两灯均工作时，由能量守恒得 P 1＋P 2＝U 1I 1I 1＝P 1＋P 2U 1＝12＋6220 A＝0.082 A只有L 1灯工作时，由能量守恒得 P 1＝U 1I 1′解得I 1′＝P 1U 1＝12220A ＝0.055 A16．(1)1∶10 240∶11 (2)900盏解析(1)因为P损＝I22R线所以I2＝P损R线＝4×10310A＝20 AI1＝PU1＝100×103500A＝200 A则n1n2＝I2I1＝20200＝110U3＝U2－I2R线＝(500×10－20×10) V＝4 800 V则n3n4＝U3U4＝4 800220＝24011(2)设还可装灯n盏，据降压变压器输入功率等于输出功率有P3＝P4其中P4＝(n×40＋60×103) WP4＝P3＝(100－4) kW＝96 kW所以n＝900.。
高中物理 第五章 交变电流测试题 新人教版选修3-2
第五章交变电流测试题（二）一、选择题（每个4分，共48分）1.将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是( )A．感应电动势的大小与线圈的匝数无关B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同2.矩形导线框abcd放在匀强磁场中，在外力控制下静止不动，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应强度B随时间变化的图像如图所示。
t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里。
在0～4 s时间内，线框ab边所受安培力随时间变化的图像(力的方向规定以向左为正方向)可能是图中的( )3.如图所示，R t为负温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，○V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是( )A．热敏电阻温度升高，其他条件不变B．热敏电阻温度降低，其他条件不变C．光照增强，其他条件不变D．光照减弱，其他条件不变4.如图，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。
原线圈通过一理想电流表○A接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。
假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大。
用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为U ab和U cd，则( )A．U ab∶U cd＝n1∶n2B．增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小C．负载电阻的阻值越小，cd间的电压U cd越大D．将二极管短路，电流表的读数加倍5.如图，边长为2l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个边长为l 的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直，导线框和虚线框的对角线共线，从t＝0开始，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿对角线方向进入磁场，直到整个导线框离开磁场区域，用I表示导线框中的感应电流，取逆时针方向为正，则下列表示It关系的图线中，大致正确的是( )6.如图所示，与理想变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，接在副线圈上的三只灯泡正常发光，则对于串联在原线圈上的灯泡L( ) A．比正常发光时的亮度更大B．也能正常发光C ．比正常发光时的亮度更暗D ．无法判断其亮度变化情况 7.如图所示，动圈式话筒能够将声音转变为微弱的电信号(交变电流)。
(新)高中物理第5章交变电流1交变电流学业分层测评新人教版选修3-2
交变电流(建议用时：45分钟)[学业达标]1．如图所示的各图象中表示交变电流的是( )【解析】B、C两图象中电流的大小做周期性变化，但方向不变，是直流电，A图中电流的方向也没有变化，只有D图中电流的大小和方向都做周期性变化，故D正确．【答案】 D2．(多选)(2016·邵阳高二检测)一矩形闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面通过中性面时( )A．线圈平面与磁感线垂直，此时通过线圈的磁通量最大B．通过线圈磁通量的变化率达最大值C．线圈中感应电流为零D．此位置前后的感应电流方向相反【解析】当线圈平面通过中性面时，线圈平面与磁感线垂直，通过线圈的磁通量最大，通过线圈磁通量的变化率为零，线圈中感应电流为零，此位置前后的感应电流方向相反，故选项A、C、D正确，B错误．【答案】ACD3．如图所示，面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsin ωt的图是( )【解析】线圈在匀强磁场中绕在线圈平面内且垂直于磁场的轴匀速转动，且从线圈平面经过中性面开始计时，产生的电动势为e＝E m sin ωt，只有A符合要求，故A正确．【答案】 A4．线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图5116所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是( )图5116A．磁通量和感应电动势都在变大B．磁通量和感应电动势都在变小C．磁通量在变小，感应电动势在变大D．磁通量在变大，感应电动势在变小【解析】由题图可知Φ＝Φmax sin θ，所以磁通量Φ变大．两竖直边切割磁感线的分速度变小，所以感应电动势变小，故D正确．【答案】 D5．如图5117所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合，线圈按图示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸内)．若从图所示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图象是图中的( )图5117【导学号：94530060】【解析】由题意知线圈总有一半在磁场中做切割磁感线的匀速转动，且是从中性面开始进行的，所以产生的仍然是正弦式交变电流，只是最大值为线圈全部在磁场中匀速转动情况下产生的感应电动势最大值的一半，所以选项B、C错误；再由楞次定律可以判断出开始计时一段时间内，感应电流方向与选定的正方向相反，所以A选项符合题意．【答案】 A6．(多选)线圈在匀强磁场中转动产生电动势e＝10sin 20πt V，则下列说法正确的是( )A．t＝0时，线圈平面位于中性面B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大C ．t ＝0时，导线切割磁感线的有效速率最大D ．t ＝0.4 s 时，e 有最大值为10 2 V【解析】 由电动势的瞬时值表达式可知计时应从线圈位于中性面时开始，即t ＝0时，e ＝0，此时线圈平面位于中性面，磁通量最大，导线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速率为0，A 、B 正确，C 错误；当t ＝0.4 s 时，代入式中得e ＝10sin 20πt ＝10×sin(20π×0.4) V＝0，D 错误．【答案】 AB7．(多选)如图5118甲所示，一个矩形线框abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线框内磁通量Φ随时间t 变化的情况如图乙所示，则下列说法中正确的是( )图5118A ．t 1时刻线框中的感应电动势最大B ．t 2时刻ad 的运动方向与磁场方向垂直C ．t 3时刻线框平面与中性面重合D ．t 4、t 5时刻线框中感应电流的方向相同【解析】 t 1时刻通过线框的磁通量Φ最大，磁通量的变化率ΔΦΔt＝0最小，此时感应电动势等于0，A 错；在t 2、t 4时刻感应电动势最大，此时导线ad 、cb 的运动方向均垂直于磁感线，所以B 正确；t 1、t 3、t 5时刻感应电动势均为0，此时线框所在平面垂直于磁感线，称为中性面，C 正确；t 5时刻感应电流为0，D 错．【答案】 BC[能力提升]8．(多选)(2016·徐州高二检测)一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如图5119线a 所示，当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图线b 所示，以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是( )【导学号：94530061】图5119 A ．从图线可算出穿过线圈磁通量的最大值 B ．线圈先后两次转速之比为2∶3C ．在图线a 和b 中，t ＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零D ．图线b 电动势的瞬时值表达式为e ＝100sin 100π3t (V) 【解析】 根据图线a ：感应电动势最大值E m ＝BSω＝Φm ω，因此磁通量最大值Φm ＝E m ωa ＝E m T a 2π＝3πWb ，A 正确；线圈先后两次周期之比T a T b ＝0.04 s 0.06 s ＝23，n a n b ＝f a f b ＝T b T a ＝32，B 错误；t ＝0时刻感应电动势为零，线圈与中性面平行，磁通量最大，C 错误；感应电动势最大值E m ＝BSω，因此E m a E m b ＝ωa ωb ＝2πf a 2πf b ＝32，即E m b ＝23E m a ＝100 V ，图线b 电动势瞬时值表达式为e ＝E m b sin ωb t ＝100sin 100π3t (V)，D 正确． 【答案】 AD9．如图5120甲所示，一矩形线圈abcd 放置在匀强磁场中，并绕过ab 、cd 中点的轴OO ′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙所示)为计时起点，并规定当电流自a 流向b 时电流方向为正．则下列选项中正确的是( )甲 乙图5120【解析】 由楞次定律可知，t ＝0时电流方向为负，线圈平面与中性面的夹角为π4，线圈再转过π4到达中性面；所以线圈中的感应电流为i ＝I m sin ⎝⎛⎭⎪⎫ωt －π4，D 正确． 【答案】 D10．(2016·九江高二检测)一根长直的通电导线中的电流按正弦规律变化，如图5121(a)、(b)所示，规定电流从左向右为正．在直导线下方有一不闭合的金属框，则相对于b 点来说，a 点电势最高的时刻在( )图5121A ．t 1时刻B ．t 2时刻C ．t 3时刻D ．t 4时刻【解析】 线框中的磁场是直线电流i 产生的，在t 1、t 3时刻，电流i 最大，但电流的变化率为零，穿过线框的磁通量变化率为零，线框中没有感应电动势，a 、b 两点间的电势差为零．在t 2、t 4时刻，电流i ＝0，但电流变化率最大，穿过线框的磁通量变化率最大，a 、b 两点间的电势差最大，再根据楞次定律可得出a 点相对b 点电势最高的时刻在t 4.【答案】 D11．一矩形线圈有100匝，面积为50 cm 2，线圈内阻r ＝2 Ω，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从线圈平面与磁场平行时开始计时，已知磁感应强度B ＝0.5 T ，线圈的转速n ＝1 200 r/min ，外接一用电器，电阻为R ＝18 Ω，试写出R 两端电压瞬时值的表达式．【解析】 角速度ω＝2πn ＝2π⎝ ⎛⎭⎪⎫1 20060 r/s ＝40π rad/s， 最大值E m ＝NBSω＝100×0.5×50×10－4×40π V＝10π V，线圈中感应电动势e ＝E m cos ωt ＝10π cos 40πt V ，由闭合电路欧姆定律i ＝e R ＋r ＝e 18＋2＝e20 A ， 故R 两端电压u ＝Ri ＝18×120×10πcos 40πt V ， 即u ＝9πcos 40πt V.【答案】 u ＝9πcos 40πt V12．一矩形线圈，面积是0.05 m 2，共100匝，线圈电阻r ＝1 Ω，外接电阻R ＝4 Ω，线圈在磁感应强度B ＝1πT 的匀强磁场中以n ＝300 r/min 的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图5122所示，若从中性面开始计时，求：图5122【导学号：94530062】(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)线圈从开始计时经130s 时线圈中由此得到的感应电流的瞬时值； (3)外电路R 两端电压瞬时值的表达式．【解析】 (1)线圈转速n ＝300 r/min ＝5 r/s ，角速度ω＝2πn ＝10π rad/s，线圈产生的感应电动势最大值E m ＝NBSω＝50 V ，由此得到的感应电动势瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt ＝50sin 10πt V. (2)将t ＝130s 代入感应电动势瞬时值表达式中，得 e ′＝50sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫10π×130 V ＝25 3 V ， 对应的感应电流i ′＝e ′R ＋r ＝5 3 A. (3)由欧姆定律得u ＝e R ＋rR ＝40sin 10πt V. 【答案】 (1)e ＝50sin 10πt V(2)5 3 A (3)u ＝40sin 10πt V。
2021年高中物理 第五章1课交变电流课后知能检测 新人教版选修3-2
2021年高中物理第五章1课交变电流课后知能检测新人教版选修3-21．如图5112所示，一矩形线圈abcd，已知ab边长为l1，bc边长为l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图示位置开始匀速转动，则t时刻线圈中的感应电动势为( )A．0.5Bl1l2ωsin ωtB．0.5Bl1l2ωcos ωtC．Bl1l2ωsin ωtD．Bl1l2ωcos ωt【解析】感应电动势的最大值为Em ＝Bl1l2ω，线圈从垂直于中性面的位置开始转动，则t时刻的感应电动势为e＝Em sin(ωt＋π2)＝Bl1l2ωcos ωt.故D正确．【答案】 D2．(多选)(xx·邯郸高二检测)如图5113所示，形状或转轴位置不同、但面积均为S 的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度ω匀速转动，从图示的位置开始计时，则下列正确的说法是( )图5113A．感应电动势峰值相同B ．感应电动势瞬时值不同C ．感应电动势峰值、瞬时值都不同D ．感应电动势峰值、瞬时值都相同【解析】 当转动轴不是线圈对称轴时，只要转轴与磁场垂直，不论线圈形状如何，转轴位置如何，最大值均为E m ＝NBSω，S 、ω、B 、N 相同，所以E m 相同，从中性面开始计时，瞬时值为正弦形式e ＝E m sin ωt ，可见瞬时值也相同，A 、D 对．【答案】 AD3．(xx·九江一中高二检测)一根长直的通电导线中的电流按正弦规律变化，如图5114(a)、(b)所示，规定电流从左向右为正．在直导线下方有一不闭合的金属框，则相对于b 点来说，a 点电势最高的时刻在( )图5114A ．t 1时刻B ．t 2时刻C ．t 3时刻D ．t 4时刻【解析】 线框中的磁场是直线电流i 产生的，在t 1、t 3时刻，电流i 最大，但电流的变化率为零，穿过线框的磁通量变化率为零，线框中没有感应电动势，a 、b 两点间的电势差为零．在t 2、t 4时刻，电流i ＝0，但电流变化率最大，穿过线框的磁通量变化率最大，a 、b 两点间的电势差最大，再根据楞次定律可得出a 点相对b 点电势最高的时刻在t 4.【答案】 D4．(xx·安庆一中高二检测)交流发电机在工作时电动势为e ＝E m sin ωt ，若将发电机的角速度提高一倍，同时将线框所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为( )A ．e ′＝E m sin ωt2B ．e ′＝2E m sin ωt2C ．e ′＝E m sin 2ωtD ．e ′＝E m2sin 2ωt【解析】 交变电流的瞬时值表达式e ＝E m sin ωt ，其中E m ＝nBSω，当ω加倍而S 减半时，E m 不变，故C 正确.【答案】 C5．(多选)如图5115(甲)所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动．当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图(乙)所示的余弦规律变化，则在t ＝π2ω时刻( )(甲) (乙)图5115A ．线圈中的电流最大B ．穿过线圈的磁通量为零C ．线圈所受的安培力为零D ．线圈中的电流为零【解析】 t ＝π2ω＝T4，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B 错误；由于此时感应电动势为零，所以线圈中电流为零，线圈所受的安培力为零，A 错误，C 、D 正确．【答案】 CD6．(xx·重庆三中高二检测)如图5116所示，甲、乙两个并排放置的共轴线圈，甲中通有如图所示的交流电，则下列判断错误的是( )图5116A ．在t 1到t 2时间内，甲、乙相吸B ．在t 2到t 3时间内，甲、乙相斥C ．t 1时刻两线圈间作用力为零D ．t 2时刻两线圈间吸引力最大【解析】 这是一道交变电流与楞次定律相结合的题目，t 1和t 2时间内，甲中电流减小，甲中的磁场穿过乙并且减小，因此乙中产生与甲同向的磁场，故甲、乙相吸，A 选项正确，同理B 选项正确；t 1时刻甲中电流最大，但变化率为零，乙中无感应电流，故两线圈的作用力为零，故C 选项正确；t 2时刻甲中电流为零，但此时电流的变化率最大，乙中的感应电流最大，但相互作用力为零，故D 选项错误．【答案】 D7．如图5117所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中分别绕垂直于磁场方向的轴P 1和P 2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时( )图5117A ．线圈绕P 1转动时产生的感应电流等于绕P 2转动时产生的感应电流B ．线圈绕P 1转动时产生的感应电动势小于绕P 2转动时产生的感应电动势C ．线圈绕P 1和P 2转动时产生的感应电流的方向相同，都是a→b→c→dD ．线圈绕P 1转动时dc 边受到的安培力大于绕P 2转动时dc 边受到的安培力【解析】 线圈转动产生的感应电动势的大小与转动轴的位置无关，选项A 正确，B 错误；绕两个轴转动产生的感应电流的大小相等，从上向下看，线框逆时针旋转，电流的方向应为a→d→c→b，选项C 错误；电流相等，cd 受到的安培力也相等，选项D 错误．【答案】 A图51188．(多选)一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图像如图5118所示，则 ( )A ．交流电的峰值是10 VB ．当t ＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大C ．当t ＝π s 时，e 有最大值D ．t ＝32π s 时，e ＝－10 V 最小，磁通量变化率最小【解析】 从图像可知交流电的峰值为10 V ，t ＝π s 时，e ＝0最小，A 对、C 错；t ＝0时，e 最小，Φ最大，B 对；t ＝32π s 时，e ＝－10 V ，“－”号表示方向，e 最大，ΔΦΔt 最大，D 错．【答案】 AB9．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转速为10πr/min ，在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为0.03 Wb ，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？当线圈平面与中性面夹角为π3时，感应电动势为多少？【解析】 由题意知：Φm ＝0.03 Wb ω＝2πn ＝2π×10π×160 rad/s ＝13 rad/s.线圈转至与磁感线平行时，感应电动势最大，故 E m ＝NBSω＝NΦm ω ＝100×0.03×13V ＝1 V瞬时值表达式e ＝E m sin ωt ＝sin t3 V当θ＝ωt＝π3时，e ＝sin π3 V ＝32 V.【答案】 1 V32V图511910．如图5119所示，一半径为r ＝10 cm 的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B ＝5π2 T 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n ＝600 r/min 的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时．(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式； (2)求线圈从图示位置开始在1/60 s 时的电动势的瞬时值．【解析】 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴线匀速转动时，线圈内产生正弦交变电动势，当线圈平面在中性面时开始计时，其表达式为e ＝E m sin ωt.(1)e ＝E m sin ωt ，E m ＝NBSω(与线圈形状无关)， ω＝20π rad/s ，故e ＝100sin 20πt.(V) (2)当t ＝160s 时，e ＝100sin(20π×160) V ＝50 3 V ≈86.6 V.【答案】 (1)e ＝100sin 20πt (2)86.6 V11．如图5120所示，在匀强磁场中有一个“π”形导线框可绕AB 轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度B ＝52π T ，线框的CD 边长20 cm ，CE 、DF 边长10 cm ，转速为50 r/s.若从图示位置开始计时：图5120(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式； (2)作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象．【解析】 (1)开始计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置，在t 时刻线框转过的角度为ωt，此时刻e ＝Bl 1l 2ωcos ωt ，即e ＝BSωcos ωt ，其中B ＝52πT ，S ＝0.1×0.2m 2＝0.02 m 2，ω＝2πn ＝2π×50 rad/s ＝100π rad/s ， 故e ＝52π×0.02×100πcos 100πt V ，即e ＝102cos 100πt(V)．(2)线框中感应电动势随时间变化关系的图象如图所示．【答案】 (1)e ＝102cos 100πt V (2)见解析图12．磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图5121所示，已知一台单相发电机转子导线框共有N 匝，线框长为l 1，宽为l 2，转子的转动角速度为ω，磁极间的磁感应强度为B ，导出发电机瞬时电动势e 的表达式．现在知道有一种永磁材料钕铁硼，用它制成发电机的磁极时，磁感应强度可增大到原来的k 倍，如果保持发电机结构和尺寸、转子转动角速度、需产生的电动势都不变，那么这时转子上的导线框需要多少匝？图5121【解析】 线框在转动过程中，两条长边在切割磁感线，若从中性面开始计时，则经t s 线框转过的角度为θ＝ωt，两条长边相当于两个电源串联在一起，单匝中产生的电动势为：e 1＝2Bl 1vsin θ＝2Bl 1ω·l 22sin θ＝Bl 1l 2ωsin ωt.N 匝时相当于N 个电源串联，电动势为e ＝NBl 1l 2·ωsin ωt ，当B′＝kB 且ω不变时， e ′＝N′kBl 1l 2·ωsin ωt ，又e′＝e ，所以N′＝N k.N【答案】e＝NBl1l2·ωsin ωtk23113 5A49 婉20880 5190 冐]J 27578 6BBA 殺!M'33467 82BB 芻.38656 9700 需hb。
人教版高中物理选修3-2检测试题：第五章交变电流单元训练卷
高中物理学习材料金戈铁骑整理制作单元训练卷一、选择题(每题4分，共40分)1.交流发电机的线圈转到中性面位置时，下列说法中正确的有（ ）A.电流将改变方向B.电流达到最大值C.线圈的磁通量最大D.产生的感应电动势最大 答案：AC2.一矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴转动，产生的交流电动势e=102sin4πt(V)，以下说法正确的是（ ）A.交流电的频率是4πHzB.当t=0时，线圈平面跟中性面垂直C.当t=1／2s 时，e 有最大值D.交流电的周期是0.5s答案：D3.关于理想变压器，下列说法正确的是（ ）A.原、副线圈中交变电流的频率一定相等B.穿过原、副线圈的磁通量的变化率一定相等C.副线圈的输出功率和原线圈的输入功率一定相等D.原线圈的导线比副线圈的导线细答案：ABC4.交流电压的瞬时值表达式为u=U m sin100πt ，在s 6001t时，u=7.07V ，则从交流电压表中看到的读数为（ ）A.7.07VB.5VC.14.1VD.10V 答案：D5.下列说法中正确的有（ ）A.交流电电气设备上标明的是电压、电流的最大值B.电容器上标明的电压是最大值C.交流电压表和电流表测出的是瞬时值D.220V 交流电的电压有效值是220V答案：BD6.某交流发电机正常工作时的电动势为e=E m sinωt，如果发电机转子转速提高一倍，线圈匝数也同时增加一倍，其他条件不变，则发电机的电动势为（）A.e=4E m sin2ωtB.e=4E m sinωtC.e=2E m sin2ωtD.e=2E m sinωt答案：A7.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1：n2=3：1，L1、L2、L3、L4为四只相同的灯泡，当开关S接通时，L2、L3、L4正常发光，则A.L1也正常发光B.L1比正常发光稍暗C.L1比正常发光亮，并有可能被烧毁D.不能确定L1的发光情况答案：A8.如图所示，一平行板电容器与一个灯泡串联，接到交流电源上，灯泡正常发光，下列哪种情况可使灯泡变暗（）A.在电容器两极间插入电介质B.将电容器两板间的距离增大C.错开电容器两板的正对面积D.在电容器两极间插人金属板(不碰及极板)答案：EC9.如图所示(b)中，A、B是两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，线圈A中通有(a)图所示的交流电流.则下述说法中错误的是（）A.从t1到t2时间内，A、B两线圈相吸B.从t2到t3时间内，A、B两线圈相斥C.t1时刻A、B两线圈间的作用力为零D.t2时刻A、B两线圈间作用力最大答案：D10.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1：n2：n3=3：2：1，副线圈Ⅱ上接有“8V，8W"的灯泡L1、L2，副线圈Ⅲ接有"6V，9W"的灯泡L3、L4，原线圈上接有电阻R1=3omega当a、b两端接交变电源后，L1、L2正常发光，则交变电源的输出功率为（）A.24WB.34WC.36WD.72W答案：C二、填空题（共20分）11.如图所示，L1、L2是输电线，甲是________互感器，乙是________互感器，在图中空圈内填人所用电表的符号.若甲图中原副线圈匝数比为100：1，乙图中原副线圈匝数比为1：10，且电压表示数220V ，电流表示数10A ，则线路输送电压为________V ，电流为________A 答案：电压、电流.甲中电压表、乙中电流表.22000、10012.一理想变压器，原线圈匝数n 1=1100，接在220V 交变电压上，副线圈向11只并联的“36V60W"灯泡供电时灯泡正常发光，由此可知该变压器副线圈匝数n 2=________，通过原线圈的电流I 1=________A答案：180、313.某单匝线圈面积为S ，在匀强磁场中匀速转动所产生的感应电动势e 与时间t 的关系如图 所示，感应电动势的最大值和周期可由图中得到，则线圈所在磁场的磁感应强度B 的大小为 ________，在t=T ／12时刻，线圈平面与磁场的夹角为________.答案：E m T ／2πS 、30°14.如图所示，理想变压器原线圈匝数n 0=4400匝，两个副线圈n 1=220匝，n 2=440匝，灯L 为"36V ，36W"，正常发光，R 1=18omega ，则初级电压为________V ，初级线圈中电流为________A答案：360，0.1515.正弦交流电电压u=50sin100πt(V)，加在一氖管两端，氖管两端电压达到252(V)时才开始发光，则此氖管在一个周期内发光总时间为______s.答案：0.01三、计算题(每题8分，共40分)16.如图(甲)所示，直流电通过图(乙)中的电阻R ，则交变电流表的示数为多少?答案：解：因I m =5A ，I=m I 21=2.52A 又I 2RT ／2=2A I RT ，I A =2I m=2.5A 所以电流表的示数为2.5A17.有n=10匝的矩形线圈，每匝都是长50cm ，宽20cm ，线圈总电阻10omega ，在B=2T 的匀强磁场中以角速度ω=50rad ／s 旋转.线圈与R=10omega 的外电阻连接，图中的电流表、电压表的接入不影响原电路.求：(1)流过电阻电流的瞬时表达式(从中性面开始计时)；(2)电流表、电压表的读数；(3)1min 内产生的热量.答案：解：(1)电动势最大值：E m =nBωS=100V由闭合电路欧姆定律得，电流的最大值：I m =r R E m +=5A 所以流过电阻电流的瞬时表达式：i=5sin50tA(2)电流表的读数为电流的有效值，即I=2I m =225=3.54A 电压表的读数：U=IR=35.4V(3)1min 内产生的热量：Q=I 2(R+r)t=2225⎪⎭⎫ ⎝⎛×(10+10)×60=1.5×104J 18.一个次级有两个不同副线圈的理想变压器，如图所示，如果将两盏标有“6V0.9W"的灯泡和一盏标有“3V0.9W"的灯泡全部接人变压器的次级，且能够正常发光，已知U 1=220V ，匝数n 1=1100匝，n 2=10匝，n 3=35匝.(1)请在变压器的次级画出如何连接的示意图.(2)计算出灯泡正常发光时变压器初级线圈中的电流的大小?答案：解：(1)由2121n n U U =、3131n n U U =可知，两副线圈输出电压分别为：U 2=112U n n =110035×220=2V U 3=113U n n =110035×220=7V 故能够使灯泡正常发光，电路的连接如图.(2)变压器的输入功率等于输出功率，故I 1U 1=P 出∴I 1=1U P 出=22039.0⨯0.012A 19.一小型发电站，发电机输出功率是10kW ，输出电压为500V ，设输电线的总电阻为10omega ，用户用电路所需电压为220V.为使电路上损耗的电功率为输出功率的2.5％，则需在发电站先用升压变压器升压，到用户处再降压，设变压器的损耗不计，试求：(1)升压变压器的原、副线圈的匝数比；(2)降压变压器的原、副线圈的匝数比.答案：解.(1)由ΔP 线=I 2R 线得I=线线线R P R P η=∆=5A升压变压器次级线圈的电压U 2=51010I P 3⨯=总=2000V故升压变压器的匝数比412000500U U n n 2121=== (2)降压变压器初级线圈两端电压：U 3=U 2-△U 线=U 2-IR 线=2000-5×10=1950V 故降压变压器的匝数比：===2201950U U n n 4343195：22 20.在真空中速度为v 0=6.4×107m ／s 的电子束连续地射人两平行极板之间.极板长l=8.0×10-2m ，间距d=5.0×10-3m ，两极板不带电时，电子束将沿两极板之间的中线通过，在两极板加一个50Hz 的交变电压U=U 0sinωt ，如果所加电压的最大值U 0超过某一值U c 时，将开始出现以下现象：电子束有时能通过两极板，有时间断不能通过.(电子的质量为9.1×10-31kg) 求：(1)U c 的大小；(2)U 0为何值时才能使通过的时间t 1跟间断的时间t 2之比为t 1：t 2=2：1.答案：解：电子通过平行金属板所用时间l ／v≈10-9s ，交变电压周期T=2×10-2s ，可见l ／v<<T ，因此电子通过平行极板时，极板间的电压(或场强)可看做恒量.(1)电子进入平行极板中间后，在水平方向为匀速运动，在竖直方向为匀加速运动，设电子束刚好不能通过平行极板的电压为U c ，电子经过平行极板的时间为t ，所受电场力为f ，则： v l t =① 2at 212d =② mdeU m f a c ==③ 将①②③联解：U c =()()()=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=----2219232731222108106.1105104.6101.9el d mv 91V(2)当U<91V 时电子束将通过两极板，当u>91V 时，电子束将打在极板上而间断. 由U=U 0sinωt 的图象(如图)可以看出，要使t 1=2t 2，则ωt=3π时，电压恰为91V .由U c =U 0sin 3π得U 0=105V .。
高中物理 第5章 交变电流 1 交变电流练习 新人教版选修32
第1节交变电流1．大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做__________，方向不随时间变化的电流称为______，大小和方向都不随时间变化的电流称为__________．2．线圈在______磁场中绕____________的轴匀速转动时，产生交变电流，此交变电流按正弦规律变化叫做________________电流，其电动势的瞬时值表达式为e＝__________，其中E m＝________.3．下列各图中，哪些情况线圈中能产生交流电( )4．下图所示的4种电流随时间变化的图中，属于交变电流的有( )5．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是( ) A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大B．在中性面时，感应电动势最大C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D．穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零【概念规律练】知识点一交变电流的产生1．如图1所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是( )图1A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流C．图示位置ab边的感应电流方向为a→bD ．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零2．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd ，以恒定的角速度绕ab 边转动，磁场方向平行于纸面并与ab 垂直。
在t=0时刻，线圈平面与纸面重合(如图2所示)，线圈的cd 边离开纸面向外运动。
若规定由a →b →c →d →a 方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I 随时间t 变化的图线是 ( )知识点二 交变电流的变化规律3．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r /min ，若线圈平面转至与磁场方向平行时的电动势为2 V ，则从中性面开始计时，所产生的交流电动势的表达式为e ＝________V ，电动势的峰值为________ V ，从中性面起经148s ，交流电动势的大小为________ V .4．有一个10匝正方形线框，边长为20 cm ，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad /s 的角速度匀速转动，如图3所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T ．问：图3(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？ (2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？ (3)写出感应电动势随时间变化的表达式．【方法技巧练】一、瞬时值、平均值的计算方法5．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转速为10πr /min ，在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为0.03 Wb ，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？当线圈平面与中性面夹角为π3时，感应电动势为多少？6．如图4所示，匝数为n，面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180°时间内的平均感应电动势．图4二、交变电流图象的应用7．矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图5所示．下面说法中正确的是( )图5A．t1时刻通过线圈的磁通量为零B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大8．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化图象如图6所示，则下列说法中，正确的是( )图6A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01 s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大C．t＝0.02 s时刻，线圈中有最大感应电动势D．t＝0.03 s时刻，线圈中有最大感应电流1．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是( )A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B．线圈每转动一圈，感应电流方向就改变一次C．线圈每平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D．线圈每转动一圈，感应电动势和感应电流方向都要改变一次2．线圈在磁场中匀速转动产生的交流电的瞬时电动势为e ＝102sin 20πt V ，则下列说法正确的是( )A ．t ＝0时，线圈平面位于中性面B ．t ＝0时，穿过线圈的磁通量最大C ．t ＝0时，导线切割磁感线的有效速度最大D ．t ＝0.4 s 时，e 达到峰值10 2 V3．交流发电机在工作时的电动势为e ＝E m sin ωt ，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为( )A ．E m sin ωt 2B ．2E m sin ωt2C ．E m sin 2ωtD ．2E m sin 2ωt 4．一闭合矩形线圈abcd 绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图7甲所示的匀强磁场中．通过线圈的磁通量Φ随时间t 的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( )图7A ．t 1、t 3时刻通过线圈的磁通量变化率最大B ．t 1、t 3时刻线圈中感应电流方向改变C ．t 2、t 4时刻线圈中磁通量最大D ．t 2、t 4时刻线圈中感应电动势最小5．如图8所示，一正方形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动．沿着OO′观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B ，线圈匝数为n ，边长为l ，电阻为R ，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时( )图8A ．线圈中感应电流的方向为abcdaB ．线圈中的感应电流为nBl 2ωRC ．穿过线圈的磁通量为0D ．穿过线圈的磁通量的变化率为06．如图9所示，矩形线圈abcd ，已知ab 为L 1，ad 为L 2，在磁感强度为B 的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω(从图中位置开始)匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为( )图9A ．12BL 1L 2ωsin ωtB ．12BL 1L 2cos ωt C ．BL 1L 2ωsin ωt D ．BL 1L 2ωcos ωt7．如图10所示，一矩形线圈abcd 放置在匀强磁场中，并绕过ab 、cd 中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝0°时(如图)为计时起点，并规定当电流自a 流向b 时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是( )图108．如图11甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动．当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在t ＝π2ω时刻( )图11A ．线圈中的电流最大B ．穿过线圈的磁通量为零C ．线圈所受的安培力为零D ．线圈中的电流为零9．如图12所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P 1和P 2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时( )图12A ．线圈绕P 1转动时的电流等于绕P 2转动时的电流B ．线圈绕P 1转动时的电动势小于绕P 2转动时的电动势C ．线圈绕P 1和P 2转动时电流的方向相同,都是a →b →c →d题 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9答 案10．一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4π rad /s 匀速转动，产生的交变电动势的图象如图13所示．则交变电流的频率为______Hz ，当t ＝0时，线圈平面与磁感线________，当t ＝0.5 s 时，e 为______V .图1311．如图14所示，在匀强磁场中有一个“n ”形导线框可绕AB 轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度B ＝52πT ，线框的CD 边长为l 1＝20 cm ，CE 、DF 边长均为l 2＝10 cm ，转速为50 r /s .若从图示位置开始计时：图14(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；(2)在e －t 坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象．12．如图15所示，匀强磁场B ＝0.1 T ，所用矩形线圈的匝数N ＝100，边长ab ＝0.2 m ，bc ＝0.5 m ，以角速度ω＝100π rad /s 绕OO′轴匀速转动．从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：图15(1)线圈中感应电动势的大小．(2)由t ＝0至t ＝T4过程中的平均电动势值．第五章 交变电流 第1节 交变电流课前预习练1．交变电流 直流 恒定电流2．匀强 垂直于磁感线 正弦式交变 E m sin ωt nBS ω3．BCD [A 中线圈中的磁通量始终是零，故无感应电流产生；B 、C 、D 中都是线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，故能产生交流电，则B 、C 、D 正确．]4．CD [恒定电流是强弱和方向都不随时间改变，交变电流是强弱和方向都随时间改变，正弦式交变电流是按正弦规律变化的交变电流，图象中数值的正、负表示电流方向．A 选项中电流数值总为正，表示电流方向不变，是恒定电流．B 选项中图象虽为正弦，但由于电流总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间变化，也是恒定电流．C 、D 选项中电流强度和方向都随时间做周期性变化，是交变电流．因此，是交变电流的只有C 和D ，是正弦式交变电流的只有D.]5．A [中性面和磁场垂直，磁通量最大，磁通量的变化率为零．] 课堂探究练1．C [线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A 错；线圈处于图示位置时，ab 边向右运动，由右手定则，ab 边的感应电流方向为a →b ，故C 对；线圈平面与磁场方向平行时，ab 、cd 边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，B 、D 错误。
人教版高中物理选修3-2 第五章 《交变电流》单元检测题(解析版)
第五章《交变电流》单元检测题一、单选题(每小题只有一个正确答案)1.一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示，由图可知( )A．该交流电的电压的有效值为100 VB．该交流电的频率为25 HzC．该交流电压瞬时值的表达式为u＝100sin (25t) VD．并联在该电压两端的电压表指针不停摆动2.一正弦交流电的电流随时间变化的规律如图所示．由图可知( )A．该交流电的电流瞬时值的表达式为i＝2sin (100πt)AB．该交流电的频率是50 HzC．该交流电的电流有效值为2 AD．若该交流电流通过R＝10 Ω的电阻，则电阻消耗的功率是20 W3.如图甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交变电流如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向，则下列说法正确的是( )A．乙图中Oa时间段对应甲图中①至②图的过程B．乙图中c时刻对应甲图中的③图C．若乙图中d等于0.02 s，则1 s内电流的方向改变50次D．若乙图中b等于0.02 s，则交流电的频率为50 Hz4.先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电，第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化(如图甲所示)；第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示．若甲、乙图中的U0、T所表示的电压、周期值是相同的，则以下说法正确的是( )A．第一次，灯泡两端的电压有效值是B．第二次，灯泡两端的电压有效值是C．第一、第二次，灯泡的电功率之比是2∶9D．第一、第二次，灯泡的电功率之比是1∶55.两矩形线圈分别在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化关系分别如图中甲、乙所示，则下列说法正确的是( )A．两交变电流的频率之比f甲∶f乙＝1∶2B．两交变电流的电动势有效值之比E甲∶E乙＝3∶1C．t＝1 s时，两线圈中的磁通量的变化率均为零D．t＝1 s时，两线圈均处在与中性面垂直的位置上6.下列关于交变电流的说法正确的是( )A．若交变电流的峰值为5 A，则它的最小值为－5 AB．用交流电流表测交变电流时，指针来回摆动C．我国工农业生产和生活用的交变电流频率为50 Hz，故电流方向每秒改变100次D．正弦交变电流i＝20sin 10πt A的峰值为20 A，频率为100 Hz7.闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中产生的交变电流的瞬时值表达式为i＝I m sinωt.保持其他条件不变，使线圈的匝数及转速都增加1倍，则电流的变化规律为( )A．i＝2I m sin 2ωt B．i＝4I m sin 2ωtC．i＝2I m sinωt D．i＝4I m sinωt8.如图所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略．单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那么S接B时( )A．三个灯亮度相同B．甲灯最亮，丙灯不亮C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮D．只有丙灯不亮，乙灯最亮9.如图甲所示的电路中，S为单刀双掷开关，电表为理想电表，Rt为热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)，理想变压器原线圈接图乙所示的正弦交流电，则( )A．变压器原线圈中交流电压u的表达式u＝110·sin 100πt(V)B． S接在a端，Rt温度升高时，变压器的输入功率变小C． S接在a端，Rt温度升高时，电压表和电流表的示数均变大D． S由a切换到b，Rt消耗的功率变大10.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，L1、L2、L3为三只规格均为“9 V,6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端接入如图乙所示的交变电压，则以下说法中正确的是( )A．电流表的示数为6 AB．电压表的示数为27 VC．副线圈两端接入耐压值为9 V的电容器恰能正常工作D．变压器副线圈中交变电流的频率为100 Hz11.矩形线框绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交流电，电动势瞬时值表达式为e＝220sin 100πt(V)，下列说法正确的是( )A．t＝0时刻穿过线框的磁通量为最大B．电动势的有效值220VC．交流电的周期为0.01 sD．若转速增大1倍，其它条件不变，则电动势瞬时值表达式为e＝440sin 100πt(V)12.如图所示，两个同学利用图示装置做实验，第一位同学使导体杆ab在导轨上匀速运动，第二位同学使杆ab 在导轨上做变速运动，但两位同学对ab杆做的功一样多，第一位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W1，第二位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W2，它们相比较( )A．W1＝W2 B．W1＞W2 C．W1＜W2 D．不能比较13.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20 Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示．现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光．下列说法正确的是( )A．输入电压u的表达式u＝20sin (50πt) VB．只断开S1后，L1、L2均正常发光C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W14.一电阻接一直流电源，通过4 A的电流时热功率为P，若换接一正弦交流电源，它的热功率变为，则该交流电电流的最大值为( )A． 4 A B． 6 A C． 2 A D． 4 A15.如图所示，已知交流电源的电动势为e＝220sin 100πt V，电阻R＝2 200 Ω，则电路中交流电流表和电压表的示数分别为( )A． 0.1A,220VB． 0.1 A,220VC． 0.1A,220 VD． 0.1 A,220 V二、多选题(每小题至少有两个正确答案)16.(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压u，其瞬时值表达式为u＝220sin (100πt) V，现把单刀双掷开关与a连接，则( )A．电压表的示数为22 VB．流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次C．在滑动变阻器的触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变大D．若把单刀双掷开关由a扳向b时，保持滑动变阻器的触头P不动，电压表示数变大，电流表的示数变小17.(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，一正弦交流电经变压器对电阻R供电电路如图甲所示．图乙是R两端电压u随时间t变化的图象，R的阻值为10 Ω.下列说法正确的是( )A．交流电的频率为0.02 HzB．交流电流表A的读数为2 AC．电阻R上的热功率为4 000 WD．交流电压表V的读数为200V18.(多选)由交流电源的电动势瞬时值表达式e＝10sin 4πt(V)可知，此交变电流( )A．频率是4π HzB．将“10 V,10 W”的灯泡接在该电源上，灯泡能正常发光C．当t＝0.5 s时，电动势有最大值D．当t＝0时，线圈平面与中性面重合19.(多选)如图所示，矩形线框置于竖直向下的磁场中，通过导线与灵敏电流表相连，线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，图中线框平面处于竖直面内．下述说法正确的是( )A．因为线框中产生的是交变电流，所以电流表示数始终为零B．线框通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量最大C．线框通过图中位置瞬间，通过电流表的电流瞬时值最大D．若使线框转动的角速度增大一倍，那么通过电流表电流的有效值也增大一倍20.(多选)如图所示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光. 要使灯泡变亮，可以采取的方法有( )A．向下滑动PB．减小电容器C的电容C．增大交流电源的频率D．增大交流电源的电压三、填空题21.一交流电压的瞬时值表达式为u＝15sin 100πt V，将该交流电加在一电阻上时，产生的电功率为25 W，那么这个电阻的阻值为________Ω.22.如图所示，使单匝闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，在线圈中就会产生交流电．已知磁场的磁感应强度为B，线圈abcd面积为S，线圈转动的角速度为ω.当线圈转到如图位置时，线圈中的感应电动势为________；当线圈从图示位置转过90°时，线圈中的感应电动势为__________．23.(多选)如图所示，某变电站用10 kV的高压向10 km外的小区供电，输送的电功率为200 kW.现要求在输电线路上损耗的功率不超过输送电功率的2%，下列不同规格的输电线中，符合要求的是24.如图所示，理想变压器原线圈与一10 V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡a和b，小灯泡a的额定功率为0.3 W，正常发光时电阻为30 Ω，已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09 A，可计算出原、副线圈的匝数比为________，流过灯泡b的电流为________A.25.如下图所示，理想变压器有两个副线圈，匝数分别为n1和n2，所接负载4R1＝R2.当只闭合S1时，电流表示数为1 A，当S1和S2都闭合时，电流表示数为2 A，则n1：n2为________．四、计算题26.如图所示，一边长为l的正方形线圈abcd绕对称轴OO′在匀强磁场中转动，转速为n＝120 r/min，若已知边长l＝20 cm，匝数N＝20，磁感应强度B＝0.2 T，求：(1)转动中的最大电动势及达到最大电动势时线圈所处的位置；(2)从中性面开始计时的电动势瞬时值表达式；(3)从图所示位置转过90°过程中的平均电动势．27.电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同．图①为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S.(1)当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？(2)用电器由照明电路供电(U＝220 V)，设加热时用电器的电功率为400 W，保温时用电器的电功率为40 W，则R1和R2分别为多大？(3)若将图①中的自动开关S换成理想的晶体二极管D，如图②所示，其他条件不变，求该用电器工作1小时消耗的电能．答案解析1.【答案】B【解析】根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V，周期为4×10－2s，所以频率为25 Hz，A错，B对；而ω＝2πf＝50π rad/s，所以u＝100sin (50πt) V，C错；交流电压表的示数为交流电的有效值而不是瞬时值，不随时间变化，D错．2.【答案】D【解析】由图象可知，交流电的最大值为2 A，电流的周期为0.04 s，交流电的角速度ω＝＝rad/s＝50π rad/s，所以交流电的电流瞬时值的表达式为i＝2sin (50πt)(A)，所以A错误；交流电的频率为f＝＝Hz＝25 Hz，所以B错误；交流电的电流有效值为A＝A，所以C错误；交流电的电流有效值为A，所以电阻消耗的功率P＝I2R＝()2×10 W＝20 W，所以D正确．3.【答案】A【解析】甲图中由①到②，感应电流为正方向，且感应电流由0增到最大值，与乙图中Oa对应，A正确；乙图中c时刻感应电流为最大值，但甲图中③图中感应电流为零，B错误；若电流变化周期T＝0.02 s，则f＝＝50 Hz，每周期电流方向改变两次，则1 s内电流方向改变100次，C、D错误．4.【答案】D【解析】第一次，灯泡两端电压的有效值为U1＝，功率P1＝＝.第二次，设灯泡两端电压的有效值为U2，则·＋·＝T，解得U2＝U0，功率P2＝＝，则P1∶P2＝1∶5，故A、B、C错误，D 正确．5.【答案】C【解析】由图象知甲的周期为1 s，乙的周期为2 s，所以＝＝，故A错误；甲的有效值为E甲＝V＝V，乙的有效值为E乙＝V＝3V，所以E甲∶E乙＝1∶3，故B错误；t＝1 s时，甲、乙瞬时电压为零，磁通量的变化率为零，此时线圈处于中性面位置，故C正确，D错误．6.【答案】C【解析】电流的负值表示电流方向与原来方向相反，不表示大小，A项错误；交流电流表测交变电流时，指针不会来回摆动，B项错误；我国工农业生产和生活用的交变电流，周期为0.02 s，交流电方向一个周期改变两次，所以每秒改变100次，C项正确；由ω＝2πf得正弦交变电流i＝20sin 10πt A的频率为5 Hz，D项错．7.【答案】A【解析】根据E m＝NBSω，ω＝2πn可得当线圈的匝数及转速都增加1倍时，该交流电的最大值变为4E m，线圈的电阻变为原来的2倍，角速度变为原来的2倍，所以电流的最大值变为I m′＝＝2I m，故电流变化表达式为i＝2I m sin 2ωt，故选A.8.【答案】D【解析】开关S接A时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过，开关S接B时，电路处于直流工作状态，电容C“隔直、通交”；电感L“阻交、通直”；R对交流、直流有相同的阻抗．可判断此时电路中I丙＝0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与功率(P＝I2R)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮．9.【答案】A【解析】由交变电流图象，可知电压最大值为110V，周期为0.02 s，所以ω＝100π rad/s，A项正确；副线圈输出电压由变压器匝数比和输入电压决定，故温度升高时，Rt电阻阻值减小，两端电压不变，C项错；由P ＝可知，变压器输出功率增大，故其输入功率也随之增大，B项错；S由a切换到b，副线圈匝数减小，故输出电压减小，Rt电阻不变，由P＝知，消耗功率减小，D项错．10.【答案】B【解析】由输入端交变电压u的图象，可求出有效值27 V，根据电压与匝数成正比得副线圈两端的电压为：U2＝×27 V＝9 V，四只灯泡均能正常发光．由P＝UI得每只灯泡通过的电流为：I1＝＝A，电流表的读数为：I＝3I1＝2 A，故A错误．电压表的示数为有效值27 V，故B正确；副线圈两端电压的最大值为9V，故C 错误．由变压器输入端交变电压u的图象可知周期为：T＝0.02 s变压器副线圈两端交变电流的频率为：f2＝f1＝Hz＝50 Hz，故D错误．11.【答案】A【解析】线框中电动势为正弦规律变化，t＝0时刻线框中感应电动势为零，故此时线框处于中性面上，磁通量最大，A对；电动势的有效值为U＝＝220 V，B错；交流电的周期为：T＝＝0.02 s，C错；若转速增大1倍，则最大值增大1倍，角速度也增加1倍；故表达式为：e＝440sin 200πt，D错．12.【答案】B【解析】当ab匀速运动时，产生的感应电动势是稳定的，感应电流也是恒定的，因此在线圈上不会产生感抗，所以通过小灯泡的电流大，消耗的电能多；当ab变速运动时，产生的感应电动势是变化的，感应电流也是变化的，在线圈上产生感抗，使通过小灯泡的电流减小，因此消耗的电能少．故B正确．13.【答案】D【解析】由输入电压u随时间t的变化关系图象可知，交变电流周期为0.02 s，输入电压u的表达式u＝20sin (100πt) V，选项A错误；只断开S1后，L1、L2均不能发光，选项B错误；只断开S2后，灯泡L1、L2串联后接入电路，变压器输出电流减小，原线圈的输入功率减小，选项C错误；若S1换接到2后，变压器输出电压U＝4 V，R中电流为I＝0.2 A，R消耗的电功率为P＝UI＝0.8 W，选项D正确．14.【答案】A【解析】由P＝I2R得R＝＝，接交流电时，＝I′2，2I′2＝16.I′＝2A，所以I m＝I′＝4 A．应选A.15.【答案】D【解析】交流电流表、电压表的读数都为有效值，所以U＝V＝220 V，I＝＝A＝0.1 A，所以选D.16.【答案】AB【解析】理想变压器不改变功率和频率；由交变电压的表达式可知，该交变电压的频率为50 Hz，而产生交变电压的线圈每转一圈，其电流变向两次，故B正确；电压表的读数是有效值，根据理想变压器的变压比等于匝数比可知，该电压表的读数为22 V，A正确；滑动变阻器的触头P向上移动，其接入电路的阻值减小，而变压器两端的电压不变，则电压表的读数不变，副线圈中的电流变大，则电流表的读数变大，C错误；单刀双掷开关由a扳向b，变压器的原线圈的有效匝数减小，由＝可知，U′变大，变压器的输出功率和输入功率变大，故电压表和电流表的读数都变大，D错误．17.【答案】BC【解析】由题图知交流电的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，故A错误；副线圈电压有效值为200 V即为电压表的读数，电流为＝20 A，交流电流表A的读数为2 A．故B正确，D错误；输出功率等于P＝＝＝4 000 W，C正确．18.【答案】BD【解析】由表达式可知角速度ω＝4π rad/s，频率f＝＝2 Hz，选项A错误；电动势的有效值E＝V＝10 V，等于灯泡的额定电压，选项B正确；当t＝0.5 s时，电动势为零，选项C错误；当t＝0时，电动势为零，线圈平面与中性面重合，选项D正确．19.【答案】CD【解析】线框在匀强磁场中匀速转动时，在中性面即线框与磁感线垂直时，磁通量最大，感应电动势最小，而在题中图示位置线框与磁感线平行时，磁通量最小，感应电动势最大，A、B项错，C项对；电流的有效值I＝，角速度增大一倍后，电流也增大一倍，D正确．20.【答案】CD【解析】向下滑动P，副线圈匝数减少，电压减小，灯泡变暗，A错误；减小电容器电容，增大了容抗，通过灯泡的电流减小，灯泡变暗，B错误；增大交流电源的频率减小了容抗，通过电容器的电流更大，灯泡变亮，C正确；增大交流电源的电压，副线圈两端电压也增大，灯泡变亮，D正确．21.【答案】4.5【解析】根据P＝，U＝得：R＝4.5 Ω.22.【答案】0 BSω【解析】当线圈转到如图位置时，磁通量最大，但磁通量变化率为零，线圈中的感应电动势为0；当线圈从图示位置转过90°时，磁通量变化率最大，线圈中的感应电动势最大，为BSω.23.【答案】CD【解析】由P＝UI解得输电电流I＝＝20 A，输电线路上损耗的功率不超过P线＝200 kW×2%＝4 kW，由P＝I2R，解得R＝10 Ω，由于输电线长度需要20 km，所以可以选择千米电阻0.5 Ω/km以下的型号DYD100/C 线或型号DYD150/C，符合要求的是选项C、D..24.【答案】10∶30.2【解析】副线圈两端电压U2等于小灯泡a两端电压U a，由P a＝得，U a＝3 V，则原、副线圈的匝数比＝＝；流过灯泡a的电流I a＝＝0.1 A又＝＝，得I2＝0.3 A．流过灯泡b的电流I b＝I2－I a＝0.3 A－0.1 A＝0.2 A.25.【答案】【解析】原线圈电压不变，闭合S1时，电流表示数为1 A，S1和S2都闭合时，电流表示数为2 A，故两次输入功率为2P1＝P2，由公式＝得：＝，由电压与匝数成正比，有：＝＝.26.【答案】(1)2 V 线圈平面与磁场平行(2)e＝2sin(4πt) V (3)1.28 V【解析】(1)当线圈平面转到与磁场平行时，ab、cd两边均垂直切割磁感线，这时线圈中产生的感应电动势最大，E m＝NBSω＝20×0.2×0.22×2π×2 V＝2 V.(2)电动势瞬时值表达式：e＝E m sinωt＝2sin(4πt) V(3)E＝N＝20×0.2×V＝1.28 V.27.【答案】(1)S闭合，处于加热状态S断开，处于保温状态．(2)R1＝121 ΩR2＝1 089 Ω(3)0.22 kW·h(或7.92×105J)【解析】(1)S闭合，处于加热状态S断开，处于保温状态．(2)由电功率公式得P1＝①P2＝②联立①②得R1＝121 Ω，R2＝1 089 Ω.(3)二极管导通时处于加热状态，二极管截止时，用电器处在保温状态．W＝P1＋P2＝0.22 kW·h(或7.92×105J)．.。
人教版高中物理选修3-2检测：第5章《交变电流》5-4a 同步练习Word版含解析
03 随堂对点训练知识点一变压器原理1．(多选)关于变压器的工作原理，以下说法正确的是()A．通以正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C．穿过副线圈的磁通量的变化使得副线圈产生了感应电动势D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈中答案BC解析通过下表对各项逐一分析：一定相等()A．交变电流的电压B．交变电流的电流C．输入和输出的电功率D．没有物理量相等答案 C解析变压器可以改变原副线圈中的电压和电流，因此原副线圈中的电压和电流一般是不相同的，所以A、B错；由于理想变压器不消耗能量，故原线圈输入功率等于副线圈输出功率，C对、D错。
知识点二变压器的基本规律3．一输入电压为220 V，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()A．1100,360 B．1100,180C．2200,180 D．2200,360答案 B解析对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得n1＝n3U1 U3＝5×2201＝1100，变压器烧坏前，同理n2＝n1U2U1＝1100×36220＝180，故B正确。
4．[2015·揭阳高二检测]如图所示为理想变压器原线圈所接交流电压的波形。
原、副线圈匝数比：n1∶n2＝10∶1，串联在原线圈电路中电流表的示数为1 A，下列说法中正确的是()A．变压器副线圈的电流为0.1 AB．变压器的输出功率为200 WC．变压器输出端的交流电的频率为100 HzD ．此变压器为升压变压器 答案 B解析 由n 1n 2＝I 2I 1得I 2＝n 1n 2I 1＝10 A ，A 错；由图知U 1＝200 V ，由U 1U 2＝n 1n 2，n 1n 2＝I 2I 1和P 入＝P 出得U 2＝20 V ，则输出功率P 2＝I 2U 2＝200 W ，B 正确；由图可知原线圈交流电的周期为0.02 s ，则频率为50 Hz ，由于变压器不改变频率，故C 错；因原、副线圈匝数比：n 1∶n 2＝10∶1，则D 错。
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第五章 交变电流 第1节 交变电流
1．大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做__________，方向不随时间变化的电流称为______，大小和方向都不随时间变化的电流称为__________． 2．线圈在______磁场中绕____________的轴匀速转动时，产生交变电流，此交变电流按正弦规律变化叫做________________电流，其电动势的瞬时值表达式为e＝__________，其中Em＝________. 3．下列各图中，哪些情况线圈中能产生交流电( )
4．下图所示的4种电流随时间变化的图中，属于交变电流的有( ) 5．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是( ) A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大 B．在中性面时，感应电动势最大 C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零 D．穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零
【概念规律练】 知识点一 交变电流的产生 1．如图1所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是( )
图1 A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 2．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直。在t=0时刻，线圈平面与纸面重合(如图2所示)，线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是 ( )
知识点二 交变电流的变化规律 3．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r/min，若线圈平面转至与磁场方向平行时的电动势为2 V，则从中性面开始计时，所产生的交流电动势的表达式为e＝________
V，电动势的峰值为________ V，从中性面起经148 s，交流电动势的大小为________ V.
4．有一个10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图3所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5
T．问：
图3 (1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？ (2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？ (3)写出感应电动势随时间变化的表达式．
【方法技巧练】 一、瞬时值、平均值的计算方法
5．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转速为10π r/min，在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为0.03 Wb，则线圈平面转到与磁感线平
行时，感应电动势为多少？当线圈平面与中性面夹角为π3时，感应电动势为多少？ 6．如图4所示，匝数为n，面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180°时间内的平均感应电动势．
图4
二、交变电流图象的应用 7．矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图5所示．下面说法中正确的是( )
图5 A．t1时刻通过线圈的磁通量为零 B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大 8．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化图象如图6所示，则下列说法中，正确的是( )
图6 A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大 C．t＝0.02 s时刻，线圈中有最大感应电动势 D．t＝0.03 s时刻，线圈中有最大感应电流
1．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是( ) A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 B．线圈每转动一圈，感应电流方向就改变一次 C．线圈每平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 D．线圈每转动一圈，感应电动势和感应电流方向都要改变一次 2．线圈在磁场中匀速转动产生的交流电的瞬时电动势为e＝102sin 20πt V，则下列说法正确的是( ) A．t＝0时，线圈平面位于中性面 B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大 C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速度最大 D．t＝0.4 s时，e达到峰值102 V 3．交流发电机在工作时的电动势为e＝Emsin ωt，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为( )
A．Emsinωt2 B．2Emsinωt2 C．Emsin 2ωt D．2Emsin 2ωt 4．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图7甲所示的匀强磁场中．通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( )
图7 A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变
C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大
D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小
5．如图8所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动．沿着OO′观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时( )
图8 A．线圈中感应电流的方向为abcda
B．线圈中的感应电流为nBl2ωR
C．穿过线圈的磁通量为0
D．穿过线圈的磁通量的变化率为0
6．如图9所示，矩形线圈abcd，已知ab为L1，ad为L2，在磁感强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω(从图中位置开始)匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为( )
图9 A．12BL1L2ωsin ωt B．12BL1L2cos ωt C．BL1L2ωsin ωt D．BL1L2ωcos ωt
7．如图10所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝0°时(如图)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是( )
图10
8．如图11甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动．当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按
照图乙所示的余弦规律变化，则在t＝π2ω时刻( )
图11 A．线圈中的电流最大
B．穿过线圈的磁通量为零
C．线圈所受的安培力为零
D．线圈中的电流为零
9．如图12所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2
以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时( )
图12 A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流 B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势 C．线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d D．线圈绕P1转动时cd边受到的安培力大于绕P2转动时cd边受到的安培力 题 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答 案
10．一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4π rad/s匀速转动，产生的交变电动势的图象如图13所示．则交变电流的频率为______Hz，当t＝0时，线圈平面与磁感线________，当t＝0.5 s时，e为______V.
图13 11．如图14所示，在匀强磁场中有一个“n”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场
的磁感应强度B＝52π T，线框的CD边长为l1＝20 cm，CE、DF边长均为l2＝10 cm，转速为50 r/s.若从图示位置开始计时：
图14 (1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式； (2)在e－t坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象．
12．如图15所示，匀强磁场B＝0.1 T，所用矩形线圈的匝数N＝100，边长ab＝0.2 m，bc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s绕OO′轴匀速转动．从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
图15 (1)线圈中感应电动势的大小．
(2)由t＝0至t＝T4过程中的平均电动势值． 第五章 交变电流 第1节 交变电流 课前预习练 1．交变电流 直流 恒定电流 2．匀强 垂直于磁感线 正弦式交变 Emsin ωt nBSω 3．BCD [A中线圈中的磁通量始终是零，故无感应电流产生；B、C、D中都是线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，故能产生交流电，则B、C、D正确．] 4．CD [恒定电流是强弱和方向都不随时间改变，交变电流是强弱和方向都随时间改变，正弦式交变电流是按正弦规律变化的交变电流，图象中数值的正、负表示电流方向．A选项中电流数值总为正，表示电流方向不变，是恒定电流．B选项中图象虽为正弦，但由于电流总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间变化，也是恒定电流．C、D选项中电流强度和方向都随时间做周期性变化，是交变电流．因此，是交变电流的只有C和D，是正弦式交变电流的只有D.] 5．A [中性面和磁场垂直，磁通量最大，磁通量的变化率为零．] 课堂探究练 1．C [线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，故C对；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，B、D错误。] 点评 ①线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面．线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变．线圈绕轴转一周经过中性面两次，因此感应电流方向改变两次． ②线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零(即各边都不切割)，所以感应电动势为零． 2．C [线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电．对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同．所以C对．] 点评 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电．其中“线圈”无特殊要求，即矩形线圈、圆形线圈等其他形状都可，“绕某一轴匀速转动”，只要求此轴垂直于磁场方向，没有其他限制条件． 3．2sin8 πt 2 1 解析 当线圈平面与磁场平行时(S//B)，感应电动势最大，即Em＝2 V，ω＝2πn＝