第03章 交流电 练习与应用-高二物理课后习题精准解析（新教材人教版选择性必修第二册）

人教版新教科书选择性必修第二册 第三章 交变电流 练习与应用（解析版） 第1节 交变流电 练习与应用 1. 有人说，在图3.1-3中，线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因而线圈中的感应电动势最大；线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，因而感应电动势为0。这种说法对不对？为什么？ 【答案】这种说法不对。根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，而磁通量的大小与磁通量的变化率，没有对应关系。当线圈转到中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为0;当线圈平面转到跟中性面位置垂直时，穿过线圈的磁通量为0,但是磁通量的变化率最大，即感应电动势最大。从导线切割磁感线角度来看，当线圈转到中性面位置时，AB、CD两条边都平行于磁场方向运动，没有切割磁感线，根据法拉第电磁感应定律，可知这个瞬间感应电动势为0;当线圈平面转到跟中性面位置垂直时，AB、CD两条边都垂直于磁场方向运动，此时线圈磁通量变化率最大，即这个瞬间感应电动势最大。 2. 图3.1-3中，设磁感应强度为0.01 T，单匝线圈边长AB为20cm，宽BC为10cm，转速 n＝50 r/s，求线圈转动时感应电动势的最大值。 【答案】 0.06 V 【解析】当线圈平面转到与磁场平行位置时，即教材图3.1-3乙，感应电动势最大。线圈产生的电动势是AB边产生电动势的2倍，即Em = 2BlABω =BSω,代人数据得Em=0.06 V. 3. 一台发电机产生正弦式电流。如果发电 机电动势的峰值Em＝400 V，线圈匀速转动的 角速度ω＝314 rad/s，试写出电动势瞬时值的 表达式（设0时刻电动势瞬时值为0）。如果 这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为 2 kΩ，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。 【答案】 e=400sin(314t)，0.2 A, i=0. 2sin (314t) 【解析】根据题意，发电机匀速转动的线圈平面是从中性面开始计时的，感应电动势瞬时值的表达式为正弦函数e=Emsinωt=400sin (314t)。 不计发电机线圈的内阻，电路中电流的峰值Em=0.2 A。电流的瞬时值表达式i=IMsin wωt=0.2sin (314t)。 4. 如图 3.1-9所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方 向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平， 线框绕某一竖直固定轴以角速度ω匀速转动。 在MN边与磁场方向的夹角到达30°的时刻（图 示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小 是多少？标出线框此时的电流方向。已知线框 按俯视的逆时针方向转动。 【答案】，电流方向KNML 【解析】KL边与磁场方向成300时，线圈平面与中性面夹角为600，此时感应电动势e=Emsinωt=BSωsin600=BSω.电流方向KNML 第2节 交流电的描述 练习与应用 1. 我国电网中交变电流的周期是0.02 s，1 s 内电流的方向发生多少次变化？ 【答案】1. 100次 【解析】交变电流在一个周期内，电流方向改变两次，所以1 s内（50个周期）电流的方向变化的次数为100次。 2. 一个电容器，当它的两个极板间的电压超过10 V时，其间的电介质就可能被破坏而不 再绝缘，这个现象叫作电介质的击穿，这个击 穿电压叫作这个电容器的耐压值。能否把这个 电容器接在正弦式交流电压是9 V的电路两端？ 为什么？ 【答案】2.不能把这个电容器接在交流电压是9 V的电路两端。因为，这里的9 V电压是指交流电压的有效值，在电压变化过程中的最大值为9 V=12.7 V.超过了电容器10 V的耐压值，故电容器会被击穿。 3. 一个灯泡，上面写着“220 V 40 W”。 当它接在正弦式交流电源上正常工作时，通过灯丝电流的峰值是多少？ 【答案】3.0.257 A 【解析】灯泡正常工作时，通过灯丝的电流的有效值I=A.电流的峰值Im=I.代人数据得Im=0.257 A. 4. 图3.2-7是一个正弦式交变电流的波形图。根据i-t图像求出它的周期、频率、电流的峰值、电流的有效值。 【答案】4.交变电流的周期T=0.02 s，频率f=50 Hz，电流的峰值Im=10 A，电流的有效值7.1 A。 5. 有一个电热器，工作时的电阻为50 Ω， 接在电压u=Um sin ωt的交流电源上，其中Um为311 V，ω为100 π rad/s。该电热器消耗的功率是多大？ 【答案】5. 967 W 【解析】该电热器的功率P=，其中U为电压的有效值U=，所以P=， 代人数据 得P=967 W. 6. 有A、B、C三条导线，它们与大地之间 的电压随时间变化的规律如图3.2-8所示。这三个电压中，它们的峰值有什么关系？它