【高物】同步课程_选修3-2_单元测试_交变电流

交变电流高中物理专属讲义.教师版第1页，共18页交变电流知识回顾交变电流高中物理专属讲义.教师版第2页，共18页前言2交变电流高中物理专属讲义.教师版第3页，共18页一、交变电流的产生1、在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路．12tt、时刻线圈分别转到图ab（）、（）所示的位置，下列说法中正确的是（）A．1t时刻电阻中的电流最大，方向从左向右B．1t时刻电阻中的电流最大，方向从右向左C．2t时刻电阻中的电流最大，方向从左向右D．2t时刻电阻中的电流最大，方向从右向左【答案】B【解析】1t时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，选项A错误，B正确；2t时刻，穿过线框的磁通量最大，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，选项CD错误．本题答案为B．2、一小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势随时间的变化关系如图所示．矩形线圈与阻值为10的电阻构成闭合电路，若不计线圈电阻，下列说法中正确的是（）例题交变电流高中物理专属讲义.教师版第4页，共18页A．1t时刻通过线圈的磁通量为零B．2t时刻感应电流方向发生变化C．3t时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．交变电流的有效值为2A【答案】D【解析】在1t时刻电动势为零，通过线圈的磁通量最大，A错误；2t时刻感应电动势最大，线圈与中性面垂直，电流方向不变，B错误；电动势与磁通量的变化率成正比；t3时刻电动势为零，因而通过线圈的磁通量变化率也为零，C错误；电动势的有效值是102V，由全电路欧姆定律可得电流的有效值是2A，D正确．3、小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示．此线圈与一个10R的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻．下列说法中正确的是（）A．交变电流的周期为0.125sB．交变电流的频率为8HzC．交变电流的有效值为2AD．交变电流的最大值为4A【答案】C交变电流高中物理专属讲义.教师版第5页，共18页【解析】由et图象可知，交变电流的周期为0.25s，故频率为4Hz，选项A、B错误．根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2A，故有效值为2A，选项C正确，D错误．4、一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势2202sin100(V)et，那么（）A．该交变电流的频率是50HzB．当0t时，线圈平面恰好位于中性面C．当1s100t时，e有最大值D．该交变电流电动势的有效值为2202V【答案】AB【解析】交变电流的1002f，所以频率为50Hz，故A正确；0t时，电动势为零，线圈平面处于中性面，故B正确；当1s100t时，2202sin0e，故C错误；由表达式知最大值为2202V，所以该电动势的有效值为220V，故D错误；5、实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO轴匀速转动．今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，读出电压表的示数为10V．已知10R，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是（）A．线圈位于图中位置时，线圈中的瞬时电流为零B．从中性面开始计时，线圈中电流瞬时值表达式为2sin50AitC．流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次D．电阻R上的热功率等于20W交变电流高中物理专属讲义.教师版第6页，共18页【答案】BC【解析】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的是正弦交流电．线圈位于图中位置时，穿过线圈的磁通量虽然为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的瞬时电流最大，选项A错误；线圈转一圈，两次经过中性面．线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次，每秒转25圈，电流方向改变50次，选项C正确；由题意可知，25Hzf，50rad/s，电压表的示数是有效值，交流电最大值102VmE，2AmI，故选项B正确；电阻R上消耗的热功率210WRURP，选项D错误．二、交变电流的变化规律6、如图所示，边长为0.2mL的正方形线圈abcd，其匝数为10n，总电阻为2r，外电路的电阻为8R，ab的中点和cd的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度1TB．若线圈从图示位置开始，以角速度2rad/s绕OO轴匀速转动，则以下判断中正确的是（）A．在4t时刻，磁场穿过线圈的磁通量为零，但此时磁通量随时间变化最快B．闭合电路中感应电动势的瞬时表达式0.8sin2VetC．从0t时刻到4t时刻，电阻R上产生的热量为43.210JQ－D．从0t时刻到4t时刻，通过R的电荷量0.02Cq【答案】AD【解析】线圈在磁场中转动，10.4V2mEnBS，B项错，当线圈平面与磁场平行时磁通量变化最快，A正确；231.610JRQIRt－，C错；0.02CqnRr，D正确．交变电流高中物理专属讲义.教师版第7页，共18页7、如图为交流发电机示意图，匝数为100n的矩形线圈，其边长分别为1=0.1mL和2=0.2mL，线圈电阻为1r，在磁感应强度0.5TB的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO以502rad/s的角速度匀速转动，已知=4R，求：（1）若从线圈处于中性面位置开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；（2）开关S闭合时，线圈中感应电流的最大值；（3）电压表读数；（4）工作10分钟，电阻R上产生的热量．【答案】（1）502sin502Vet；（2）102A；（3）40V；（4）240000J．【解析】（1）感应电动势的最大值为：=502VmENBS从线圈处于中性面位置开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值表达式为：502sin502Vet（2）根据欧姆定律，线圈中感应电流的最大值：102AmmEIRr（3）电压表读数为路端电压有效值，40VmEuRRr（4）工作1分钟，电阻R上产生的热量：2240000JQIRt三、峰值和有效值8、如下图所示为加在电灯上的电压图象，即在正弦交流电的每二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，那么现在电灯上的电压有效值为（）交变电流高中物理专属讲义.教师版第8页，共18页A．0/2UB．0/4UC．0/6UD．0/8U【答案】A【解析】设交流电的有效值为U，将交流电与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：由电流的热效应20222UTUTRR得：02UU9、如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线框abcd，线框的匝数为N，电阻为R，1abcdL，2adbcL。线框绕垂直于磁感线的轴'OO以角速度做匀速转动。求：（1）线框中感应电动势的最大值；（2）线框中感应电流的有效值。【答案】见解析交变电流高中物理专属讲义.教师版第9页，共18页【解析】（1）线圈中感应电动势的最大值为211222mLENBLNBLL（2）感应电动势的有效值2mEE感应电流的有效值122NBLLEIRR10、如图所示，匀强磁场0.1TB，所用矩形线圈的匝数100N，边长0.2mab，0.5mbc，以角速度100/rads绕OO轴匀速运动．当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：（1）线圈产生的感应电动势的峰值（2）线圈中感应电动势的瞬时值表达式（3）由0t至4tT过程中的平均电动势的值．【答案】（1）314V（2）314sin100Vet（3）200V【解析】（1）因线圈在匀强磁场中绕'OO轴匀速转动所以mENBS又：Sabbc所以：314VmENBSNBabbc（2）由于线圈平面通过中性面开始计时，所以交流电瞬时值表达式：sin314sin100VmeEtt（3）ENt，计算0t至4Tt过程中的平均电动势：04042044BSNBSENNTT即：2ENBS，代入数值得200VE11、如图甲所示，长、宽分别为12LL、的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n，总电阻为r，可绕其竖直中心轴12OO转动．线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集交变电流高中物理专属讲义.教师版第10页，共18页流环)焊接在一起，并通过电刷和定值电阻R相连．线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场，其磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示，其中01BB、和1t均为已知．在10t～时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；1t时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度逆时针(从上往下看)匀速转动．线框中电流逆时针方向为正方向(从左向右看)求：（1）10t～时间内通过电阻R的电流大小；（2）线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量；（3）线框匀速转动后，从图甲所示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量．【答案】（1）12101nLLBBRrt（2）22nBILILRRr（3）2nBILILRr【解析】（1）10t～时间内，线框中的感应电动势121011nLLBBEntt根据闭合电路欧姆定律可知，通过电阻R的电流：121011nLLBBEIRrRrt（2）线框产生感应电动势的最大值112mEnBLL感应电动势的有效值222EnBILIL通过电阻R的电流的有效值1222nBILLIRr线框转动一周所需的时间2t此过程中，电阻R产生的热量：222nBILILQIRtRRr（3）线框从图甲所示位置转过90的过程中，平均感应电动势2nBILILEntt平均感应电流2nBILILItRr，通过电阻R的电荷量2nBILILqItt交变电流高中物理专属讲义.教师版第11页，共18页四、电感器对交变电流的阻碍作用12、如图所示，E为电池，L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，12DD、是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡，S是控制电路的开关．对于这个电路，下列说法中错误的是（）A．刚闭合开关S的瞬间，通过12DD、的电流大小相等B．刚闭合开关S的瞬间，通过12DD、的电流大小不相等C．闭合开关S待电路达到稳定，1D熄灭，2D比原来更亮D．闭合开关S待电路达到稳定，再将S断开瞬间，2D立即熄灭，1D闪亮一下再熄灭【答案】B【解析】开关S闭合的瞬间，线圈L可看做暂时的断路，故通过两灯泡的电流相等，且同时亮，A对B错；电路稳定后，由于线圈直流电阻忽略不计，将灯泡1D短路，灯泡2D获得更多电压，会更亮，C对；若断开开关S，此时线圈与灯泡1D构成回路，继续对其供电，灯泡1D将闪亮一下后再逐渐熄灭，灯泡2D无法形成回路将立即熄灭，D对．13、在交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图所示的电路ab、两点间逐次将图中的电路元件①～③单独接入，当使交变电流的频率增加时，可以观察到的情况是（）A．1A读数不变，2A增大，3A减小交变电流高中物理专属讲义.教师版第12页，共18页B．1A读数减小，2A不变，3A增大C．1A读数增大，2A不变，3A减小D．123AAA、、的读数均不变【答案】C【解析】据题，电源电动势的最大值不变，当交流电的频率减小时，电感L的感抗减小，电容C的容抗增大，电阻R不变，则流过1A的电流增大，3A的电流减小，2A的电流不变，故C正确，ABD错误．交变电流高中物理专属讲义.教师版第13页，共18页1、如图所示，在匀强磁场中有一个矩形单匝线圈abcd，ab边与磁场垂直，MN边始终与金属滑环K相连，PQ边始终与金属滑环L相连．金属滑环L、电流表A、定值电阻R、金属滑环K通过导线串联．使矩形线圈以恒定角速度绕过bc、ad中点的轴旋转．下列说法中不正确的是（）A．线圈转