物理人教版选修113.3交变电流同步练习教师用卷

物理人教版选修113.3交变电流同步练习教师用卷
【答案】B
【解析】解：甲图中大小和方向都做周期性变化，所以是交流电，
乙图中只有大小变化而方向没发生变化，是直流电．
故选B．
1.交变电流是()
A. 矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强
磁场中匀速转动时产生的电流
B. 按正弦规律变化的电流
C. 按余弦规律变化的电流
D. 大小、方向随时间做周期性变化的电流【答案】D
【解析】解：A、矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流，产生的正弦式交流电，故A错误；
BC、矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时，若从中性面计时，则产生按正弦规律变化的电流，若从垂直中性面计时，则按余弦规律变化的电流，都是交流电，但交流电不一定是正余弦规律变化的，故BC
错误；
D、交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，故D正确；
故选：D．
2.如图所示，直角三角形导线框
OPQ放置在磁感应强度大小为
B，方向垂直于OQ向右的匀强
磁场中，且OP边的长度为l，∠POQ=θ.当导线框绕OQ边以角速度ω逆时针转动(从O向Q观察)时，下列说法正确的是()
A. 导线框OPQ内无感应电流
B. 导线框OPQ内产生大小恒定，方向周期
性变化的交变电流
C. P点的电势始终大于O点的电势
D. 如果截去导线PQ，则P、O两点的电势
Bl2ωsinθcosθ
差的最大值为1
2
【答案】D
【解析】解：A、导线框OPQ内，只有边长OP做切割磁感线运动，产生的感应电动势，根据法拉第电磁感应定律可求得感应电动势
的大小为
E=Bl⋅lsinθ
⋅ωcosθsinωt=
2
1
Bl2ωsinθcosθsinωt，故导线框OPQ内产2
生正弦式交变电流，故AB错误；
C、由于导体框OPQ内产生正弦式交变电流，P点的电动势与O的点的电动势大小成周期性变化，故C错误；
D、如果截取导线PQ，则没有感应电流，但
ωcosθsinωt= PQ两点的电势差U=BL lsinθ
2
1
Bl2ωsinθcosθsinωt，故最大值为
2
1
Bl2ωsinθcosθ，故D正确
2
故选：D
3.一个电热器接在10V的直流电源上产生一
定大小的热功率，把它接在某一交流电源上时的热功率为加直流电的两倍，这个交流电的电压有效值为()
A. 7.0V
B. 10V
C. 14V
D. 20V
【答案】C
【解析】解：设电热器的电阻为R ，t 时间内产生的热量为Q ，根据焦耳定律得： 则：Q =U 2R
t 此热量是接交流电源上产生的热功率的2倍，即Q ′=2Q
所以：2Q =U 有2R
解得：U 有=10√2V =14V ．
故选：C ．
4. 一个矩形线圈在匀强磁场里作匀速转动，所产生的交流电动势的瞬时值表达式e =220sin10πt(V)，则下列说法正确的是( )
A.
该交流电的频率是10πHz B.
该交流电的有效值是220V C.
当t =20s 时，线圈所受的安培力最大 D. 当t =20s 时，穿过线圈的磁通量最大
【答案】D
【解析】解：A 、ω=10πrad/s ，则T =2πω=0.2s ，f =1T =5Hz ，故A 错误；
B 、所产生的交流电动势的瞬时值表达式e =220sin10πt(V)，
该交流电的峰值是U m=220V，交流电的有效值是U=220
√2
=110√2V，故B错误；
C、当t=20s时，所产生的交流电动势的瞬时值为零，线圈所受的安培力为零，故C错误；
D、当t=20s时，所产生的交流电动势的瞬时值为零，线圈与磁场垂直，穿过线圈的磁通量最大，故D正确；
故选：D．
5.如图所示，竖直长导线通有恒定
电流，一矩形线圈abcd可绕其
竖直对称轴O1O2转动。

当线圈
绕轴以角速度ω沿逆时针(沿轴
线从上往下看)方向匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是()
A. t=0时，线圈产生的感应电动势最大
B. 0～
π
2ω
时间内，线圈中感应电流方向为
abcda
C. t=
π
2ω
时，线圈的磁通量为零，感应电动
势也为零
D. 线圈每转动一周电流方向改变一次【答案】B
【解析】解：A、通电导线在其周围产生磁场，在其左侧产生的磁场垂直于纸面向外，离导线越远，磁场越弱，在t=0时刻，ab边和cd边转动时，速度方向与磁场平行，故不切割磁感线不产生感应电动势，故A错误；
B、在0～π
时间内，穿过线圈的磁通量减小，2ω
根据楞次定律可知，线圈中感应电流方向为abcda，故B正确；
C、t=π
时，线圈的磁通量为零，ab边和cd 2ω
边转动时，磁通量的变化率不为零，故感应电动势不为零，故C错误；
D、线圈每转动一周电流方向改变两次，故D
错误；
故选：B。

二、多选题
6.交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面
垂直时，下列说法正确的是()
A. 电流将改变方向
B. 磁场方向和线圈平
面平行
C. 线圈中产生的感应电动势最大
D. 穿过线
圈的磁通量最大
【答案】BC
【解析】解：A、线圈平面每经过和中性面垂直的位置时，电动势和电流达最大值，方向不变；故A错误C正确；
B、线圈平面与中性面垂直时，磁场方向与线圈平面平行；故B正确；
D、此时线圈中的磁通量为零；故D错误；故选：BC．
7.一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感
应电动势按正弦规律变化，其瞬时值e= 220√2sin100πt(V)，下列说法中正确的是()
A. 频率是50Hz
B. 当t=0时，线圈平面与中性面重合
C. 当t=
1
100
s时，e的值最大，为220√2V
D. 线圈转动的角速度为314rad/s
【答案】ABD
【解析】解：A、瞬时值e=
220√2sin100πt(V)，由表达式知角速度为100πrad/s=314rad/s，
频率f=ω
2π=100π
2π
=50Hz，A正确，D正确；
B、t=0时，电动势为零，线圈平面处于中性面，故B正确；
C、当t=1
100
s时，e的值最小，为零.故C错误；
故选：ABD．
8.如图所示，一单匝闭合线框在匀
强磁场中绕垂直于磁场方向的轴
匀速转动，转动过程中线框产生的感应电动势的瞬时值为e=0.5sin20t(V)，由该表达式可推知以下哪些物理量()
A. 匀强磁场的磁感应强度
B. 线框的面积
C. 穿过线框的磁通量的最大值
D. 线框转动
的角速度
【答案】CD
【解析】解：根据e=0.5sin20t(V)，得：ω= 20，及电动势的最大值E m=NBSω=0.5V，
所以可求出BS=0.5
20
；由于匀强磁场的磁感应强度不知，所以线框的面积无法求出，由于转动半径不知，所以转动的线速度无法确定，故
CD正确，AB错误；
故选：CD．
9.一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甲所示.已知发电机线圈内阻为10Ω，现外接一只电阻为40Ω的灯泡，如图乙所示，则()
A. 电压表的示数为220V
B. 电路中的电流方向每秒钟改变50次
C. 发电机线圈在0.01s时磁通量最大
D. 发电机线圈在0～0.01s内产生的平均感
V
应电动势为440√2
π
【答案】CD
【解析】解：由甲图知电压峰值为220√2V，周期0.02s，所以有效值为220V，角速度ω=
2π
=100π．
T
×220= A、电压表测的是路端电压U=40
40+10
179V，故A错误；
B、交流电的频率为50Hz，每一周期电流改变
两次，所以每秒改变100次，B错误；
C、角速度ω=2π
T =100π，故周期T=2π
ω
=
0.02s；
在t=0.01s时，感应电动势为零，故线圈处于中性面位置，磁通量最大，故C正确；D、发电机线圈在0～0.01s内产生的平均感应电动势为：
E=n△Φ
△t =n2BS
T
2
=4nBS
T
①
感应电动势的最大值为：
E m=nBSω=nBS⋅2π
T
②
联立①②解得：
E=440√2
π
V，故D正确；
故选：CD．
10.某交流发电机的电动势瞬时值表达式为e=220√2sin(100πt)V，以下说法正确的是()
A. 1s内电动势的平均值为0
B. 1s内电流方向改变50次
C. 若将发电机的转速提高一倍，其它条件不
变，则电动势的有效值为440√2V
D. 若将“220V，100μF”的电容器并接在该
发电机两端，则电容器可能被击穿
【答案】AD
【解析】解：A、由e=220√2sin(100πt)V可知，该交流电的电压最大值为311V，ω=
100π，所以T=2π
ω=2π
100π
=0.02s，频率为
50Hz，1s内完成50个周期，由电动势瞬时表达式，可知，线圈从中性面开始计时，因此一个周期内，电动势的平均值为零，在50个周期内，电动势的平均值也为零，故A正确；
B、转动一周电流改变两次，故1s内改变的次数n=1
0.02
×2=100次，故B错误；
C、将发电机的转速提高一倍，角速度ω=2πn 增加一倍，产生的感应电动势的最大值E m=
NBSω加倍，故发出的交流电e=
440√2sin(200πt)V，根据有效值与最大值的
关系可知，有效值U=√2
√2
V=220V，则电动势的有效值为440V，故C错误；
D、若将“220V，100μF”的电容器并接在该发电机两端，电源的最大电压为220√2，大于电容器耐压值220V，则电容器可能被击穿，故D正确；
故选：AD。

三、计算题
11.一个小型电势器若接在输出电压为10V
的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接
在某个正弦交流电源上，其消耗的功率为P
2
.
如果电势器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为多少？
【答案】解：设电热器的电阻为R，t时间内
产生的热量为Q，则：Q=U2
R
t
此热量是接交流电源上产生的热功率的2倍，
所以有：Q′=1
2Q=U2
2R
t
所以：U2
2R t=
U
有
2
R
t
解得：U
有=
√2
V
所以最大值为√2U有=10V
答：输出电压的最大值为10V．
【解析】根据焦耳定律Q=I2Rt求解电流的有效值，其中I是有效值.再根据有效值与最大值的关系求出最大值．
对于交变电流，求解热量、电功和电功率等与
热效应有关的量，都必须用有效值．
12.如图当线圈以P为轴转
动时，求其感应电动势的最
大值.已知B为1.5T，AB为
10cm，BC为4cm，角速度ω=120rad/s．
【答案】解：感应电动势的最大值为：
E m=BSω=1.5×0.1×0.04×120V=
0.72V．
答：其感应电动势的最大值为0.72V．
【解析】当线圈以P为轴转动时产生正弦式电流，由E m=NBSω求出感应电动势的最大值．本题是简单的交流发电机的原理，关键要掌握感应电动势的最大值公式E m=NBSω．
13.(1)某正弦交流电的峰值为220√2V，加在
一交流电压表上，在t时刻其瞬时值为
110V，此时电压表示数为多少？
(2)通过某电流表的电流按如图所示的规律
变化，则该电流的有效值为多少？
【答案】解：(1)正弦式交流电的有效值为：
U=m
√2=√2
√2
V=220V
电压表测量的是有效值，故电压表的示数为220V
(2)根据电流的热效应可知：
I12R⋅T
2+I22R⋅T
2
=I2RT
解得：I=2√5A
答：(1)电压表的示数为220V；
(2)电流表的有效值为2√5A
【解析】(1)电压表测量的是有效值，不会随瞬时值的变化而变化，故求得正弦式交流电的有效值即为电压表的测量值；
(2)根据电流的热效应即可求得电流的有效值；
对于非正弦式电流可根据有效值的定义求解有效值.常见题型，要熟练掌握．。