高中物理人教版2019選擇性課后習題第3章習題課交變電流的產生及描述

習題課交變電流的產生及描述必備知識基礎練1.某正弦式交變電流i隨時間t變化的圖像如圖所示。由圖可知()A.電流的最大值為10AB.電流的有效值為10AC.該交變電流的周期為0.03sD.該交變電流的頻率為0.02Hz2.如圖所示電路中,電源電壓u=311sin100πt(V),A、B間接有“220V440W”的電暖寶、“220V220W”的抽油煙機、交流電壓表及保險絲。下列說法正確的是()A.交流電壓表的示數(shù)為311VB.電路要正常工作,保險絲的額定電流不能小于32AC.電暖寶發(fā)熱功率是抽油煙機發(fā)熱功率的2倍D.1min內抽油煙機消耗的電能為1.32×104J3.如圖所示為一交變電流的it圖像,則此交變電流的有效值為()A.55A B.52AC.10A D.2.510A4.(多選)如圖甲、乙分別表示兩種電壓的波形,其中甲電壓按正弦規(guī)律變化。下列說法正確的是()A.甲表示交變電流,乙表示直流電B.兩種電壓的有效值相等C.甲電壓的瞬時值表達式為u=311sin100πt(V)D.甲交變電流的有效值比乙交變電流的有效值大5.如圖所示電路,電阻R1與電阻R2值相同,都為R,和R1并聯(lián)的D為理想二極管(正向電阻可看作零,反向電阻可看作無窮大),在A、B間加一正弦式交變電流u=202sin100πt(V),則加在R2上的電壓有效值為()A.10V B.20VC.15V D.510V關鍵能力提升練6.(2021廣西南寧期中)如圖甲所示,是一種振動發(fā)電裝置,它的結構是一個套在輻向形永久磁體槽中的半徑為0.1m、匝數(shù)為20的線圈,磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示)。線圈所在位置磁感應強度的大小均為0.2T,線圈的電阻為2Ω,它的引出線接有8Ω的小燈泡L,其他電阻均不計。外力推動線圈框架的P端,使線圈沿軸線做往復運動,便有電流通過小燈泡。當線圈速度隨時間變化的規(guī)律如圖丙、丁所示(v取向右為正),其中圖丙所示速度按正弦規(guī)律變化,下列說法正確的是()A.線圈兩種情況運動時小燈泡亮度相同B.線圈按丁圖情況運動產生的電動勢是恒定不變的C.線圈按丙圖情況運動產生的電動勢的瞬時值表達式為e=4.8πsin10πt(V)D.線圈按丙圖情況運動,小燈泡兩端的電壓為2.42V7.如圖所示,邊長分別為10cm和20cm的矩形線圈,匝數(shù)為100,阻值為5Ω,在勻強磁場中繞垂直磁場方向的OO'軸勻速轉動,已知勻強磁場的磁感應強度B=325πT,線圈轉動的角速度為ω=100πrad/s,線圈和阻值為(1)開關S斷開時,求理想電壓表的示數(shù)。(2)開關S閉合時,電阻正常工作,求電阻的額定功率。(3)若將電阻換成激發(fā)電壓和熄滅電壓均為452V的霓虹燈(阻值也為R=15Ω),則在一個周期內,霓虹燈被點亮的時間是多少?8.如圖甲所示,一固定的矩形導體線圈水平放置,線圈的兩端接一只小燈泡,在線圈所在空間內存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場。已知線圈的匝數(shù)n=100匝,電阻r=1.0Ω,所圍成矩形的面積S=0.040m2,小燈泡的電阻R=9.0Ω,磁場的磁感應強度按如圖乙所示的規(guī)律變化,線圈中產生的感應電動勢瞬時值的表達式為e=nBmS2πTcos2πTt,其中Bm為磁感應強度的最大值,T(1)線圈中產生感應電動勢的最大值。(2)小燈泡消耗的電功率。(3)在磁感應強度變化的0~T4的時間內,答案：1.B由題圖知此交變電流的最大值為102A,則有效值為I=1022A=10A;周期為0.02s,則頻率為f=1T=502.D由u=311sin100πt(V)可知,交變電壓的有效值為220V,故交流電壓表的示數(shù)為220V,選項A錯誤;兩用電器的額定功率之和為660W,根據(jù)P=UI可知,保險絲的額定電流應不小于3A,選項B錯誤;因抽油煙機220W包括熱功率及機械功率,故電暖寶發(fā)熱功率比抽油煙機發(fā)熱功率的2倍還要多,選項C錯誤;根據(jù)W=Pt可得1min內抽油煙機消耗的電能為1.32×104J,選項D正確。3.D對于正弦式交變電流可直接應用最大值為有效值的2倍這一規(guī)律,將此交變電流分為前后兩部分正弦式交變電流,可直接得到這兩部分正弦式交變電流的有效值,分別為I1=2.52A和I2=7.52A,分別取一個周期T中的前0.01s和后0.01s計算產生的電熱Q=I12R×0.01s+I22R×0.01s,再利用有效值的定義得Q=I2R×0.02s。解得I=2.54.CD題圖中兩交變電流的大小和方向都隨時間變化,在t軸的上方為正,下方為負,A錯。有效值E=Em2只對正弦式交變電流適用,將兩個圖像疊放在一起,可以看出兩個交變電流的最大值相等,甲對應的有效值大,所以B錯,D對。由題圖甲可知5.D由二極管的單向導電性可知,若二極管導通,加在R2上的電壓波形為半個周期,最大值為202V,若二極管截止,R1、R2串聯(lián),則R2上的電壓半個周期最大值為102V。由有效值的定義可得加在R2上的電壓有效值為510V,選項D正確。6.C線圈兩種運動過程中速度變化情況不同,根據(jù)法拉第電磁感應定律可得e=NBlv=NB·2πr·v=2NπBrv,產生的感應電動勢隨時間的變化不同,則感應電動勢的有效值不同,則小燈泡亮度不相同,故A錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應定律可得感應電動勢為e=NBlv=NB·2πr·v=2NπBrv,由于圖丁中線圈v隨時間變化,則感應電動勢會發(fā)生變化,故B錯誤;線圈按圖丙情況運動時,速度隨時間變化情況為v=6sin2π0.2t=6sin10πt,產生的電動勢的瞬時值表達式為e=2NπBrv=2×20π×0.2×0.1×6sin2π0.2t(V)=4.8πsin10πt(V),故C正確;線圈按圖丙情況運動時,電動勢有效值E有=Em2=4.8π2V=2.4π2V,感應電流有效值為I有=E有R總=2.4π22+8A=0.24π7.答案(1)120V(2)540W(3)175解析若以線圈處于中性面位置開始計時,則線圈中產生的感應電動勢的瞬時值表達式為e=NBSωsinωt代入數(shù)據(jù)得e=1202sin100πt(V)。(1)開關S斷開時,理想電壓表示數(shù)為UV=22Em=120V(2)開關S閉合時,電阻正常工作,通過電阻的電流為I=UVR+r=120所以電阻額定功率是P=I2R=540W。(3)由e=1202sin100πt(V)可得i=eR+r=62sin100則uR=iR=902sin100πt(V)所以可作出uR隨時間變化的圖像,如圖所示圖中在正、負半周期內,各有一段時間電壓大于452V由452V=902sin100πt(V)得t1=1600s,t2=1120所以一個周期內霓虹燈被點亮的時間為t3=2(t2t1)=175s8.答案(1)8V(2)2.88W(3)4.0×103C解析(1)因為線圈中產生的感應電流變化的周期與磁場變化的周期相同,所以由圖像可知,線圈中產生交變電流的周期為T=3.14×102s。所以線圈中感應電動勢的最大值為Em=nBmS