2025版高中物理第五章習(xí)題課三交變電流的產(chǎn)生和描述練習(xí)含解析新人教版選修3-2

PAGE6-習(xí)題課三交變電流的產(chǎn)生和描述1.(2024·安徽巢湖期中)處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd,以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab邊垂直,在t=0時(shí)刻,線圈平面與紙面重合(如圖所示),線圈的cd邊離開(kāi)紙面對(duì)外運(yùn)動(dòng),若規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正,則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變更的圖象是(C)解析:線圈在磁場(chǎng)中繞和磁場(chǎng)方向垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生按正弦規(guī)律變更的交變電流,對(duì)于圖示起始時(shí)刻,線圈的cd邊離開(kāi)紙面對(duì)紙外運(yùn)動(dòng),速度方向和磁場(chǎng)方向垂直,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值最大;用右手定則推斷出電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?與規(guī)定的正方向相同,所以C對(duì).2.(2024·廣西玉林檢測(cè))在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖(甲)所示,產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖(乙)所示,則(B)A.t=0.005s時(shí)線框的磁通量變更率為零B.t=0.01s時(shí)線框平面與中性面重合C.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311VD.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為100Hz解析:由題圖(乙)可知該正弦交變電動(dòng)勢(shì)的電壓最大值為311V,周期等于0.02s,因此,依據(jù)正弦交變電動(dòng)勢(shì)的最大值與有效值之間的關(guān)系式U=Um2得知選項(xiàng)C錯(cuò)誤;又f=1T3.如圖所示為一交變電流的i-t圖象,則此交變電流的有效值為(D)A.5AB.5AC.10AD.2.5A解析:對(duì)于正弦式交變電流可干脆應(yīng)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溝通,可干脆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=7.52A0.01J+I22R×0.01J,再利用有效值的定義得Q=I2R×0.02J,解得I=4.(2024·廣東中山檢測(cè))如圖所示為某一線圈溝通電的電流—時(shí)間關(guān)系圖象(前半個(gè)周期為正弦波形的12)A.32I0 B.52I0 C.32I0解析:設(shè)電流的有效值為I,由I2RT=(I02)2R·T2+(2I0)2R·T4,解得I=5.(2024·廣西百色期中)在如圖(甲)所示的電路中,電阻R的阻值為50Ω,在ab間加上圖(乙)所示的正弦溝通電,則下面說(shuō)法中不正確的是(C)A.溝通電壓的有效值為100VB.電流表示數(shù)為2AC.產(chǎn)生該溝通電的線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為3.14rad/sD.在1min內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為1.2×104J解析:從題圖(乙)中可以看出,溝通電壓的峰值為1002V,所以有效值U=100V,A項(xiàng)正確;通過(guò)電阻的電流I=UR=2A,B項(xiàng)正確;溝通電的周期為T(mén)=0.02s,故角速度ω=2πT=100πrad/s,C項(xiàng)錯(cuò)誤;依據(jù)Q=U2R6.如圖所示,在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),若要使線圈中的電流峰值減半,不行行的方法是(B)A.只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B.只將線圈的匝數(shù)減半C.只將勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半D.只將線圈的邊長(zhǎng)減半解析:由Im=EmR,Em=NBSω,ω=2πn,得Im=NBS·2πnR7.(2024·江蘇南京檢測(cè))一個(gè)面積為S的單匝矩形線圈,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以一條邊為轉(zhuǎn)軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直,線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值和周期可由圖中讀出,求(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少?(2)在時(shí)刻t=T12解析:(1)從題圖中可以讀出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em和周期T,已知線圈的面積為S.轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁場(chǎng)方向垂直,線圈面與磁場(chǎng)方向平行,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到峰值為Em=BSω,式中角速度ω=2πT,所以磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=Em(2)由題圖可知,起先計(jì)時(shí)的時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變更的表達(dá)式應(yīng)為e=Emsin(ωt+π2)=Emcosωt,當(dāng)t=T12時(shí),ωt=(2πT)×T12答案:(1)EmT8.(2024·遼寧撫順檢測(cè))(多選)如圖所示,試驗(yàn)室中有一臺(tái)手搖溝通發(fā)電機(jī),內(nèi)阻r=1.0Ω,外接R=9.0Ω的電阻.閉合開(kāi)關(guān)S,當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e=102sin(10πt)V,則(CD)A.該交變電流的頻率為10HzB.該電動(dòng)勢(shì)的有效值為102VC.外接電阻R所消耗的電功率為9WD.電路中志向溝通電流表A的示數(shù)為1.0A解析:由產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)可知,該交變電流的頻率為5Hz,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;該電動(dòng)勢(shì)的有效值為E=10V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電路中溝通電流表的示數(shù)為電流的有效值,為I=ER+r=1.0A9.一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變更的正弦規(guī)律圖象如圖(甲)所示.已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0Ω,外接一只電阻為95.0Ω的燈泡,如圖(乙)所示,則(D)A.電壓表的示數(shù)為220VB.電路中的電流方向每秒鐘變更50次C.燈泡實(shí)際消耗的功率為484WD.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J解析:電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值,由題圖知電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=2202V,有效值E=220V,燈泡兩端電壓U=RER+r=209V,A錯(cuò);由題圖(甲)知T=0.02s,一個(gè)周期內(nèi)電流方向變更兩次,可知1s內(nèi)電流方向變更100次,B錯(cuò);燈泡的實(shí)際功率P=U2R=209295W=459.8W,C錯(cuò);電流的有效值I=ER+r=10.面積均為S的兩個(gè)電阻相同的線圈,分別放在如圖(甲)、(乙)所示的磁場(chǎng)中,(甲)圖中是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng),線圈在磁場(chǎng)中以周期T繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),(乙)圖中磁場(chǎng)變更規(guī)律為B=B0cos2πA.兩線圈的磁通量變更規(guī)律相同B.兩線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值的時(shí)刻不同C.經(jīng)相同的時(shí)間t(t>T),兩線圈產(chǎn)生的熱量不同D.從今時(shí)刻起,經(jīng)T/4時(shí)間,通過(guò)兩線圈橫截面的電荷量不同解析:(甲)圖中的磁通量變更規(guī)律為Φ甲=B0Scos2πTt,(乙)圖中磁通量的變更規(guī)律為Φ乙=B0Scos2πTt.由于兩線圈的磁通量變更規(guī)律相同,則兩線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變更規(guī)律相同,達(dá)到最大值的時(shí)刻也相同,有效值E也相同,又因兩線圈電阻相同,所以Q=E2Rt也相同,經(jīng)過(guò)11.(2024·浙江嘉興期中)如圖(甲)所示,一固定的矩形導(dǎo)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(nèi)存在著與線圈平面垂直的勻稱分布的磁場(chǎng).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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按如圖(乙)所示的規(guī)律變更,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e=nBmS2πTcos2(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值;(2)小燈泡消耗的電功率;(3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變更的0～T4解析:(1)因?yàn)榫€圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流變更的周期與磁場(chǎng)變更的周期相同,所以由圖象可知,線圈中產(chǎn)生交變電流的周期為T(mén)=3.14×10-2s.所以線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=nBmSω=nBmS·2=100×1×10-2×0.040×2×=8V.(2)依據(jù)歐姆定律,電路中電流的最大值為Im=EmR通過(guò)小燈泡電流的有效值為I=Im2小燈泡消耗的電功率為P=I2R=2.88W.(3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變更的0～14周期內(nèi),線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值E=nS通過(guò)燈泡的平均電流I=ER+r=nSΔB(R+r)答案:(1)8V(2)2.88W(3)4.0×10-312.一個(gè)電阻為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈abcd共N匝,線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸OO′以如圖所示的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),外電路電阻為R.(1)推斷此時(shí)刻線圈感應(yīng)電流的方向.(2)線圈平面與磁感線夾角為60°時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大?(3)設(shè)發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)帶動(dòng),其他能量損失不計(jì),線圈轉(zhuǎn)一周柴油機(jī)做多少功?(4)圖中電流表和電壓表的示數(shù)各是多少?解析:(1)由右手定則可判定電流的方向沿adcba.(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為E