2019-2020年高中物理第五章交变电流5.2描述交变电流的物理量课时提升作业七新人教版.doc

2019-2020年高中物理第五章交变电流5.2描述交变电流的物理量课时提升作业七新人教版一、不定项选择题1.下列提到的交流电,不是指有效值的是()A.交流电压表读数B.保险丝的熔断电流C.电容器的击穿电压D.380 V动力电压【解析】选C。交流电压表、电流表的读数,保险丝的熔断电流,380 V动力电压指的都是有效值;电容器的击穿电压指的是电压的最大值,故选C。2.(xx丽水高二检测)风速仪的简易装置如图甲所示。在风力作用下,风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动,线圏中的感应电流随风速的变化而变化。风速为v1时,测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示;若风速变为v2,且v2v1,则感应电流的峰值Im、周期T和电动势E的变化情况是()A.Im变大,T变小B.Im变大,T不变C.Im变小,T变小D.Im不变,E变大【解析】选A。风速越大,永磁铁转动越快,线圈中的磁通量变化越快,感应电动势越大,感应电流越大,即Im变大;根据关系式T=可知,T变小。本题答案为A。3.在如图所示电路中,A是熔断电流I0=2A的保险丝,R是可变电阻,S是交流电源。交流电源的内电阻不计,其电动势随时间变化的规律是e=220sin314tV。为了不使保险丝熔断,可变电阻的阻值应该大于()A.110B.110C.220D.220【解析】选B。U=220V,Rmin=110。【补偿训练】某电容器两端所允许加的最大直流电压是250V。它在正弦交流电路中使用时,交流电压可以是()A.250 VB.220 VC.352 VD.177 V【解析】选D。电容器的耐压值是指最大值,根据正弦交流电的有效值公式得:U=V=177 V。4.某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin100t(V)。对此电动势,下列表述正确的有()A.最大值是50VB.频率是100 HzC.有效值是25VD.周期是0.02 s【解析】选C、D。从中性面开始计时,交变电动势的表达式为e=Emsint,因e=50 sin100t(V),所以最大值Em=50 V,A错误;由=2f=100rad/s得f=50 Hz,B错误;有效值E=25V,C正确;T=0.02 s,D正确。5.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=0.005s时线框的磁通量变化率为零B.t=0.01s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311VD.线框产生的交变电动势频率为100Hz【解析】选B。由题图乙可知该正弦交变电动势的电压最大值为311V,周期等于0.02s,因此,根据正弦交变电动势的最大值与有效值之间的关系式U=得知选项C错误;又f=,则频率f=50Hz,选项D错误;当t=0.005s时,e=n=311V,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=0.01s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。6.将硬导线中间一段折成不封闭的正方形,每边长为l,它在磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中匀速转动,转速为n,导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光,电路中除灯泡外,其余部分的电阻不计,灯泡的电阻应为()【解析】选B。单匝正方形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,将产生正弦式交变电流,则电动势的最大值Em=Bl2=2nBl2,其有效值E=,计算小灯泡的额定功率P要用有效值,即P=。R=,故只有选项B正确。7.矩形线框在匀强磁场内匀速转动的过程中,线框输出的交流电电压随时间变化的图象如图所示,下列说法中正确的是()A.交流电电压的有效值为36VB.交流电电压的最大值为36V,频率为0.25 HzC.2 s末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量最大D.1 s末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量变化最快【解析】选B、C。由图象可知,交流电电压的最大值为36V,有效值为36 V,周期T=4 s,则f=0.25 Hz,故A错误,B正确;1s末交流电电压达到最大值,线框平面应与磁场平行,故D错误;2s末交流电电压为零,线框平面与磁场垂直,磁通量最大,故C正确。8.在如图甲所示的电路中,电阻R的阻值为50,在ab间加上图乙所示的正弦交流电,则下面说法中正确的是()A.交流电压的有效值为100VB.电流表示数为2AC.产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14rad/sD.在1min内电阻R上产生的热量为1.2104J【解析】选A、B、D。从题图乙中可以看出,交流电压的峰值为100V,所以有效值U=100V,A项正确;通过电阻的电流I=2A,B项正确;交流电的周期为T=0.02s,故角速度=100rad/s,C项错误;根据Q=t得Q=1.2104J,D项正确。二、非选择题9.图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动,线圈的匝数n=100,电阻r=10,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R=90,与R并联的交流电压表为理想电表。在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化。求:(1)交流发电机产生的电动势最大值。(2)电路中电压表的示数。(3)R上的热功率。【解析】(1)交流发电机产生电动势的最大值Em=nBS而m=BS,=,所以Em=由-t图线可知:m=2.010-2Wb,T=6.2810-2s所以Em=200V。(2)电动势的有效值E=100VU=E=V100V=90V=127.3V(3)R上的功率PR=W=180 W答案:(1)200V(2)127.3V(3)180 W10.(xx宁波高二检测)如图所示,一个边长L=10cm、匝数N=100的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,磁感应强度B=0.50T,角速度=10rad/s,外电路电阻R=4.0,线圈内阻r=1.0。(1)写出线圈由图中所示位置开始计时时,感应电动势的瞬时值表达式。(2)求交流电压表的示数。(3)线圈转一圈外力做多少功?(4)从图示位置转过90的过程中流过电阻R的电荷量是多大?【解析】(1)感应电动势的最大值为Em=NBL2=1000.500.12103.14V=15.7V。图示位置(t=0时)感应电动势最大,所以感应电动势的瞬时值表达式为e=Emcost=15.7cos10tV。(2)电压表示数为电阻两端电压的有效值,即U=V=8.9V。(3)电动势的有效值E=。线圈匀速转动的周期T=。线圈匀速转动一圈,外力做功大小等于电功的大小,即W=T。代入数据联立解得W=4. 9J。(4)从t=0起转过90过程中,t内流过R的电荷量q=t=。代入数据得q=0.1C。答案:(1)e=15.7cos10tV(2)8.9V(3)4.9J(4)0.1C【总结提升】交变电流平均值的计算方法(1)可以用图线与横轴(t轴)所围的面积跟时间的比值来表示交变电流在一定时间内的平均值,经常用、符号来表示。(2)交变电流的平均值是针对某一过程的物理量,在不同的时间段内平均值一般不相同。它的计算公式为=n。例如,对于正弦交变电流,其前半周期或后半周期的平均电动势的大小为=n=n=nBS,而在一个周期内的平均电动势却为零。在计算某一段时间内通过导体横截面的电荷量时,一定要代入平均值来计算。(3)用法拉第电磁感应定律E=n和欧姆定律I=计算。注意平均值不等于有效值。求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用交流电的平均值q=t,而不能用有效值。当交流电电流方向发生改变时,应考虑分段进行计算。11.如图所示,间距为L的光滑平行金属导轨,水平地放置在竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中,一端接阻值是R的电阻,一电阻为r,质量为m的导体棒放置在导轨上,在外力F作用下从t=0时刻开始运动,其速度随时间的变化规律:v=vmsint,不计导轨电阻,求:(1)电阻R的电功率。(2)从t=0到t=时间内外力所做的功。(3)若在R的两端接上电压传感器,请你把该电压传感器上电压的形状用数学函数式表示出来。【解析】(1)导体棒所产生的感应电动势e=BLv=BLvmsint,由此可得:该电流为正弦交变电流,其电动势的有效值为E=,电阻R的电功率为P=I2R=()2R=(2)在t=0到t=时间内,由能量守恒得:外力所做的功W=m+=m+(3)由于e=BLvmsint,由闭合电路的欧姆定律得:i=sint,则加在R两端的电压u=iR=sint,即加在R上电压的数学函数式为u=sint答案:(1)(2)m+(3)u=sint