2016版高中物理5.9描述交变电流的物理量课后巩固提升新人教版选修3_2

【红对勾】2016版高中物理 5.9描述交变电流的物理量课后巩固提升新人教版选修3-2限时：45分钟总分：100分一、单项选择题(每小题7分，共49分)1．下列关于交流电的几种说法中，正确的是( )A．交流电气设备上所标的电压、电流值是峰值B．交流电流表和交流电压表测得的值是瞬时值C．跟交流有相同热效应的直流的值是交流的有效值D．跟直流有相同热效应的交流的值是交流的有效值2．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1 2C．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．若正弦式交变电流的最大值是10 A，则它的最小值是－10 A3.在如图所示的电路中，已知交流电源电压u＝200sin10πt(V)，电阻R＝10 Ω，则电流表和电压表读数分别为( )A．14.1 A, 200 VB．14.1 A, 141 VC．2 A, 200 VD．2 A, 141 V4.在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示．产生的交变电动势的图象如图乙所示，则( )A．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合C．线框产生的交变电动势有效值为311 VD．线框产生的交变电动势频率为100 Hz5．一个多匝闭合矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电的电动势e随时间变化的函数表达式为e＝100sin 50 πt(V)，则下列判断正确的是( )A．通过该矩形线圈磁通量的最大值为100 WbB．该交变电流电动势的有效值是70.7 VC．通过该矩形线圈磁通量变化率的最大值为100 Wb/sD．1 s内该交流电电流的方向变化100次6．如图甲所示，为电热毯的电路图，电热丝接在u＝311sin 100πt (V)的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P使输入电压变为如图乙所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是 ( )A．110 V B．156 VC．220 V D．311 V7．图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为9 Ω，则( )A ．电压表的示数为6 VB ．在t ＝10－2 s 的时刻，穿过线圈的磁通量为零C ．若线圈转速改为25 r /s ，则电动势的有效值为3 VD ．若线圈转速改为25 r /s ，则通过电灯的电流为1.2 A二、多项选择题(每小题7分，共21分)8．关于交流电的有效值和最大值，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 ＝U m /2的关系B ．只有正弦式交流电才具有U ＝U m /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答案1．C 为了表明交流电通过用电器产生的效果，用电器上所标的都是交流电的有效值，A 选项错误．因为交流电用的最多的是有效值，所以交流电流表或交流电压表都测的是有效值，B 选项错误．根据有效值的定义，可知C 选项正确，D 选项错误．2．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12，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，正弦式交变电流的最小值为零．3．B 由表达式可读得电压最大值U m ＝200 V ，在交流电路中电流表和电压表测量的是交流电的有效值，所以电压表的示数为U ＝2002 V ＝141 V ，电流表的示数为I ＝U R ＝2002×10 A＝14.1 A .4．B 由图乙可知该正弦交变电流的电压最大值为311 V ，周期等于0.02 s ，因此，根据正弦交变电流的最大值与有效值之间的关系式U ＝U m2得知选项C 错误，又f ＝1T ，则频率为f ＝50 Hz ，选项D 错误，当t ＝0.005 s 时，u ＝n ΔΦΔt ＝311 V ，取得最大值，穿过线圈的磁通量变化率最大，选项A 错误，当t ＝0.01 s 时，交变电压及电流方向发生改变，电压值最小，等于零，线框平面与中性面重合，选项B 正确．5．B 由法拉第电磁感应定律知，A 项错．感应电动势的最大值为100 V ，根据法拉第电磁感应定律：E ＝n ΔΦΔt ，磁通量的变化率并不等于电动势，还与匝数有关，故C 项错．交变电流电动势的有效值E ＝E m2，B 项正确；该交流电的频率是25 Hz ，故1 s 内交流电电流的方向变化50次，D 项错误．6．B 交流电压表测的是交流电压的有效值，设为U ，则有：U2R T ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫31122R·T2，解得U ＝155.5 V ，故B 项正确．7．C 电压表的示数是有效值，U ＝E 有效R ＋r R ＝69＋1×9 V ＝5.4 V ，A 错误；t ＝10－2s 时感应电动势为零，穿过线圈的磁通量最大，B 错误；原来线圈的转速为n ＝ω2π＝2π2πT ＝50 r /s ，当线圈的转速改为25 r /s 时，感应电动势的最大值U m ＝622 V ＝3 2 V ，有效值为3 V ，C正确；若线圈转速改为25 r /s ，通过灯泡的电流为0.3 A ，D 错误．8．BC 只有正弦交流电的有效值和最大值之间满足U ＝U m 2的关系，故B 、C 选项正确．交流电压表和电流表测量的是交流电的有效值，故D 选项错误．9.一个矩形线框的面积为S ，在磁感应强度为B 的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，转速为n r /s ，则( )A ．线框交变电动势的峰值为n πBSB ．线框交变电动势的有效值为2n πBSC ．从开始转动经过1/4周期，线框中的平均感应电动势为2nBSD ．感应电动势的瞬时值为e ＝2n πBS sin 2n πt10.如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T ，转轴O 1O 2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1A ．那么( )A ．线圈消耗的电功率为4 WB ．线圈中感应电流的有效值为2 AC ．任意时刻线圈中的感应电动势为e ＝4cos 2πT tD ．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝T πsin2πTt 三、非选择题(共30分) 11.一个电阻为r 、边长为L 的正方形线圈abcd 共N 匝，线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.求：(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向． (2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？ (5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R 的电量是多少？(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？12.如图所示，单匝线圈在匀强磁场中绕OO′轴从图示位置开始匀速转动，已知从图示位置转过π6时，线圈中电动势大小为10 V ．求：(1)交变电动势的峰值； (2)交变电动势的有效值；(3)设线圈电阻为R ＝1 Ω，角速度ω＝100 rad /s ，线圈由图示位置转过π2的过程中通过导线横截面的电荷量q.答案9.BD 因为ω＝2πn ，所以E m ＝BS ω＝2πnBS ，所以A 错误；E ＝E m2＝2n πBS ，B 正确；因为T ＝2πω＝1n ，所以E ＝ΔΦΔt ＝BS 14T ＝BS14n＝4nBS ，C 错误；e ＝E m sin ω t ＝2πnBS sin 2πnt ，D 正确．10．AC 线圈在匀强磁场中匀速转动时产生正(或余)弦式交变电流，因为从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，所以瞬时电动势表达式e ＝E m cos ω t ，当转过60°时e ＝E m cos 60°＝E m 2，而i ＝e R ＝E m22 Ω＝E m 4 Ω＝1 A ，所以E m ＝4 V ．故电动势有效值E ＝E m2＝2 2 V ，则线圈消耗功率P ＝E 2R ＝ 22 22 W ＝4 W ，则选项A 正确；线圈中感应电流的有效值I ＝E R ＝222 A＝ 2 A ，则选项B 错误；因为E m ＝4 V ，所以e ＝E m cos ωt ＝4cos 2πTt V ，则选项C 正确；因为E m ＝BS·2πT ，所以Φm ＝BS ＝E m ·T 2π＝2Tπ，所以任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝Φm ·sinωt ＝2T πsin 2πTt ，所以选项D 错误．11．(1)图略，方向沿dcba (2)NBL 2ω (3)12NBL 2ω (4)πN 2B 2L 4ωR ＋r(5)3NBL 22 R＋r (6)NBL 2ω2 R＋r ，NBL 2ωR 2 R＋r 解析：(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba. (2)E m ＝NBS ω＝NBL 2ω.(3)线圈平面与B 成60°角时的瞬时感应电动势：e ＝E m cos 60°＝12NBL 2ω.(4)电动势的有效值：E ＝E m2； 电流的有效值I ＝ER ＋r，柴油机做的功转化为电能，线圈转一周柴油机做的功： W ＝EIt ＝E 2R ＋r t ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫NBL 2ω22R ＋r ·2πω＝πN 2B 2L 4ωR ＋r(5)因为I ＝ER ＋r ＝N ΔΦΔt R＋r， 故电量：q ＝I Δt ＝NBS sin 60°R ＋r ＝3NBL22 R＋r .(6)电流表显示路端电流的有效值，则读数为：I ＝I m 2＝NBL 2ω2 R＋r；电压表显示路端电压的有效值，则读数为： U ＝IR ＝NBL 2ωR 2 R＋r.12．(1)20 V (2)10 2 V (3)0.2 C解析：(1)由题意知图中位置是中性面，从此时开始计时，正弦交变电动势的瞬时值为：e ＝E m sin ω t ，将ω t ＝π6，e ＝10 V 代入上式，解得峰值为E m ＝20 V .(2)因为此电流为正弦交变电流，所以交变电动势的有效值为： E ＝E m 2＝202V ＝10 2 V .(3)在线圈转过π2的过程中，穿过线圈平面的磁通量变化量ΔΦ＝BS ，据E m ＝BS ω得，ΔΦ＝BS ＝E m ω＝0.2 Wb ，所以E ＝ΔΦΔt ，I ＝ER ＝ΔΦΔtR .又因为q ＝I Δt ＝ΔΦR ，故通过导线横截面的电荷量q ＝ΔΦR ＝0.21C ＝0.2 C .。