2013高中物理选修3-2：第5章 第2节 课时跟踪训练

[课时跟踪训练] (时间30分钟，满分60分)
一、选择题(本题共8小题，每小题5分，共40分。

每小题至少有一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)
1．如图1所示，已知交流电源的电动势为e ＝2202sin100πt 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 ．0.1 2 A,220 2 V
图1
B ．0.1 A,220 2 V
C ．0.1 2 A,220 V
D ．0.1 A,220 V
解析：交流电流表、电压表的读数都为有效值，所以U ＝2202
2
V ＝220 V ，I ＝U R ＝
220
2 200
A ＝0.1 A ，所以选D 。

答案：D
2．阻值为10 Ω的电阻接到电压波形如图2所示的交流电源上。

以下说法中正确的是
( )
A ．电压的有效值为10 V
B ．通过电阻的电流有效值为2
2
A
图2
C ．电阻消耗的电功率为5 W
D ．电阻每秒钟产生的热量为10 J
解析：根据图象可知电压最大值为U m ＝10 V ，有效值为U ＝
10
2
V ，电流有效值为I ＝U R ＝22 A ，电阻消耗的电功率为P ＝I 2R ＝(2
2)2×10 W ＝5 W 。

每秒种产生的热量为Q ＝Pt ＝5 J 。

答案：BC
3．一电阻接一直流电源，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P
2
，则该交流电电流的最大值为
( )
A ．4 A
B ．6 A
C ．2 A
D ．4 2 A
解析：由P ＝I 2R 得R ＝P I 2＝P 16，接交流电时，P 2＝I ′2P 16，2I ′2＝16。

I ′＝4
2 A ，所
以I m ＝ 2 I ′＝4 A 。

应选A 。

答案：A
4．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3所示，此空调器运转1 h 用电
( )
图3
A ．1.0度
B ．1.5度
C ．2.0度
D ．2.5度
解析：由图象知，电功率随时间的变化周期为15 min ，前5 min 为0.5 kW ，后10 min 为2 kW 。

设电功率的有效值为P ，周期为T ，据有效值定义有P 1T 3＋P 22T
3
＝PT
将P 1＝0.5 kW ，P 2＝2 kW 代入得：P ＝1.5 kW 。

此空调1 h 用电W ＝Pt ＝1.5度。

答案：B
5．一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4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4乙所示，则
( )
图4
A ．电压表V 的示数为220 V
B ．电路中的电流方向每秒钟改变50次
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 解析：由题图甲知
E m ＝220 2 V ， 则电源电动势有效值E ＝E m
2＝220 V ，
I ＝
E R ＋r ＝22095.0＋5.0
A ＝2.2 A ，V 表示数亦即路端电压有效值U ＝IR ＝2.2×95 V ＝209 V ，A 错；线框每转一圈，电流方向改变两次，故每秒钟电流方向改变n ＝t T ×2＝1
0.02
×2
次＝100次，B 错；由P 灯＝UI 得：P 灯＝209×2.2 W ＝459.8 W ，C 错；由Q ＝I 2rt 得：Q r ＝2.22×5×12 J ＝24.2 J ，D 正确。

答案：D
6．在阻值为70 Ω的电阻中通以正弦交变电流，测得在10 min 内放出的热量为2.1×104 J ，则此交变电流的最大值为
( )
A ．0.24 A
B ．0.5 A
C ．0.707 A
D ．1 A 解析：根据Q ＝I 2Rt 得I ＝1
2
A ，所以I m ＝ 2 I ＝1 A 。

答案：D
7．正弦交变电源与电阻R 、交流电压表按图5甲所示的方式连接，R ＝10 Ω，交流电压表的示数是10 V ，图5乙是交变电源输出电压U 随时间t 变化的图象，则
( )
图5
A ．通过R 的电流I R 随时间t 变化的规律是 I R ＝2cos 100πt A
B ．通过R 的电流I R 随时间t 变化的规律是 I R ＝2cos 50πt A
C ．R 两端的电压U R 随时间t 变化的规律是 U R ＝52cos 100πt V
D ．R 两端的电压U R 随时间t 变化的规律是 U R ＝52cos 50πt V
解析：交流电压表测的是有效值 U ＝10 V ，电压的最大值U m ＝10 2 V 。

由图象可得电阻R 两端交流电压的瞬时值U R ＝102cos 100πt V ，通过R 上的电流有效值I ＝U R ＝10
10
A ＝1 A ，则最大值I m ＝ 2 A ，其瞬时值为I R ＝2cos 100πt A 。

答案：A
8．频率为50 Hz 的交变电流，其电压u ＝1202sin ωt V ，把它加在激发电压、熄灭电压均为85 V 的霓虹灯的两端，则在半个周期内霓虹灯点亮的时间是
( )
A.1
50
s
B.1100
s
C.1
150
s
D.1200
s 解析：该交变电压的周期T ＝1
50
s ＝0.02 s ，电压的最大值U m ＝120 2 V ≈170 V ＝2×85 V 。

作出交变电压的u －t 图象如图所示，由于加在霓虹灯两端电压大于85 V 时灯管才发光，由图象可知在半个周期内灯管点亮的时间是Δt ＝t 2－t 1，
u ＝170sin(2πft )V ＝85 V 则2πft 1＝π6，t 1＝1
600 s
2πft 2＝5π6，t 2＝5
600 s
所以Δt ＝t 2－t 1＝
1
150
s 即霓虹灯在半个周期内被点亮的时间为1
150 s 。

答案：C
二、非选择题(本题共2小题，每小题10分，共20分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
9．一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈的匝数n ＝100匝，穿过线圈的磁通量Φ随时间t 的变化关系如图6甲所示，发电机线圈的电阻r ＝5 Ω，外电路电阻R ＝95 Ω。

求串联在外电路中的交流电流表的读数。

图6
解析：感应电动势的最大值：E m ＝nBSω＝nΦm ω 设线圈在磁场中转动的周期为T ，则有ω＝2π
T 根据欧姆定律，电路中的电流的最大值为： I m ＝
E m
R ＋r
有效值：I ＝
22I m
由题中给定的Φ－t 图象可得： Φm ＝1.0×10－
2Wb ，T ＝3.14×10－
2 s
解以上各式，并代入数据，得：I ＝1.41 A 。

答案：1.41 A
10．n 匝矩形线圈，面积为S ，在磁感应强度为B 的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴，以角速度ω做匀速转动，外电路闭合。

若从线圈通过中性面时开始计时，则经过1
4个
周期，外力做功为多少？(已知线圈与外电路总电阻为R )
解析：线圈产生感应电动势的最大值为：E m ＝nBωS ， 有效值为E ＝
E m 2＝2
2
nBωS ， 线圈中电流的有效值为 I ＝E R ＝2nBωS 2R
， 电热功率为P ＝I 2
R ＝n 2B 2S 2ω22R
，
在T /4时间内产生的内能为： Q ＝P ·T 4＝ωπn 2B 2S 2
4R
，
即外力做的功为W 外＝Q ＝ωπn 2B 2S 2
4R 。

答案：ωπn 2B 2S 2
4R。