第3章 2.交变电流的描述-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

●高中物理·选择性必修第二册（人教版】 0 0.01 0.03 0.03/% 70.0 0 分 A.50V B.255V A.t=0时刻，线圈平面与中性面垂直 C.25V D.10V B.t=0.01s时刻，Φ的变化率最大 4.(交变电流的图像)一个矩形线圈在匀强磁场 C.t=0.02s时刻，感应电动势达到最大 中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈 D.该线圈产生的感应电动势的图像如图乙所示 的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则 下列说法中正确的是 提示请完成《素能提升训练》训练十二 2.交变电流的描述 学习目标 L,知道描述交变电流的峰值、瞬时值、平均值，周期、频率等物理量，并理解这些物理量的意义。知道交 变电流的周期、频率、角速度三者间的关系。 2,理解交变电流有效值的含义，会根据有效值的定义求交变电流的有效值。 3.会用正弦式交变电流的公式和图像解决周期、频率，峰值、瞬时值和有效值的相关问题 自主学习探新知 谋前预习双基幕实 一、周期和频率 (2)应用：电气设备铭牌上标注的额定电压、 1.周期(T):交变电流完成一次 变化 额定电流都是有效值。交流电压表和交流 所需的时间。 电流表测量的也是 2.频率()：交变电流在单位时间内完成周期性 三、正弦式交变电流的公式和图像 变化的次数。 1.正弦式交变电流的公式 品T=或f=7T-知 e :E= 二、峰值和有效值 :Um= i= 1.峰值：交变电流的电压、电流能达到的 ；1n= 叫峰值。 2.交变电流的图像 2.有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大 (1)正弦式交变电流随 小 的电阻，如果在交变电流的一个 时间变化的图像是一条 周期内它们产生的 相等，则此恒定 曲线，如图所 电流的数值叫作这一交变电流的有效值。 示。从图中可以知道正 (1)正弦式交变电流有效值和峰值的关系： 弦式交变电流的 In和 1= =0.7071m:U= (2)交变电流的共同特点是 做周期 0.707Um。 性变化，大小可以变，也可以不变。 56 第三章交变电流 四、电感器和电容器对交变电流的作用 :这自我诊断 1.电感器对交变电流的阻碍作用 :1.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的 (1)电感器的感抗是由 在线圈 画“X”)。 中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导 (1)正弦式交变电流的正负两部分是对称的， 体的电阻无关。是表征电感器对交变电流的 所以有效值为零。 () 的物理量。 (2)交变电流的有效值就是一个周期内的平 (2)线圈的自感系数越 ,交变电流的 均值。 频率越 ,电感线圈对交变电流的阻 (3)一个正弦式交变电流的峰值同周期、频率 碍作用越大。 一样是不变的，但有效值是随时间不断变 (3)电感线圈在电路中的作用：通 流， 化的。 () 阻 流：通 频，阻 频。 (4)交流电路中，电压表、电流表的测量值都 2.电容器对交变电流的阻碍作用 是有效值。 (1)电容器接到交流电源两端时，交替地进行 (5)线圈对交变电流的阻碍作用随着交变电 和 ,电路中就有了电流，表 现为交流“ () ”了电容器。 流的频率的变大而减小。 (2)电容器在电路中的作用：通 流，隔 (6)电流通过电容器，并不是电荷穿过电容器 流：通 频，阻 频。 两极板间的绝缘层到达另一极板，而是电容 (3)电容器的电容越 ,交变电流的频 器不断地充放电的表现。 率越 ,电容器对交变电流的阻碍作 2.我国电网中交流电的频率为50Hz,则我国提供 用越 市电的发电机转子的转速为 r/min 互动探究解疑难 要点归第重雅突骇 要点一 交变电流有效值的理解和计算 问题导引 探究升华 现在的调光台灯、调速电风扇，多用可控硅1，交变电流有效值的理解 电子元件来实现。下图是经过一个双向可控硅 (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应 定义的。 电子元件调节后加在电灯上的电压，请思考： (2)等效是指恒定电流和交变电流在相同的 时间内，在相同的电阻上产生的热量相同。 (3)通常所说的交变电流的电压、电流，用电 表测量的交变电流的电压、电流，以及用电器 (1)如图所示的交变电流是正弦式交变电流吗？ 的额定电压、额定电流，还有保险丝的熔断电 (2)如何求得该交流电压的有效值？ 流，都指其有效值。 2.交变电流有效值的计算 (1)若是正弦式交变电流，可利用交变电流的 有效值与峰值间的关系求解，即E=E,U ② U,I- √2 √2 57 高中物理·选择性必修第二册（人教版】 (2)若不是正弦式交变电流，则必须根据焦耳 定律来求解其有效值，且时间取一个周期。 (3)求解思路：假设让交变电流通过电阻R, 计算交变电流在一个周期内产生的热量Q (可分段计算)。其中热量Q用相应的物理 B.1 2 量1或U来表示，如Q=FR或Q贤，则 D.I I或U为交变电流的相应有效值。 3.几种常见电流的有效值 川规律方法川 电流图像 有效值 (1U=少，1=只适用于正弦式交变电流，对于 √2 按其他规律夜化的交变电流，上述关系式一般不再 适用。 (2)对于非正弦式交变电流有效值的计算，时问一 般选取一个周期 (3)凡及能量，电功以及电功率等物理量时均用 1 有效值，在确定保险丝的馆新电流时也用有效值。 口针对训练 1,一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内 产生的热量为Q方：若该电阻接到正弦交流电 11月 源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电 阻上电压的峰值均为“。，周期均为T,如图所 示。则Q方：Q:等于 ↑/ 典例剖析 [例1]如图所示的交变电流由正弦式交变电 A.1:√2 B.2:1 流的一半和反向脉冲电流组合而成，则这种 交变电流的有效值为 ( )日 C.1:2 D.2:1 要点二 交变电流的“四值” 口问题导引 探究升华 某交流电压的瞬时值表达式W 正弦式交变电流四值的比较及应用 6/2sin(100πt)V,把标有“6V2W”的小灯泡 名称 物理含义 重要关系 适用情况 接在此电源上会不会被烧坏？把标有6V的电 瞬时值 交变电流某 e=Esin cf 分析交变电流在某 容器接在此电源上会不会被击穿？ 时刻的值 i=I sin of 一时刻的情况 最 E=NBSo 确定电容器的耐 最大的瞬时值 E I.-R+r 压值 58 第三章交变电流 续表 (1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈 名称 物理含义 重要关系 适用情况 中感应电动势的瞬时值表达式： (1)计算与电流热 效应相关的量（如 (2)线圈转过0、时电动势的瞬时值是多大： E E 功率、热量)： (2)交流电表的测 (3)电路中，电压表和电流表的示数各是 跟交变电流的 U 量值： 热效应等效的 U 多少？ 值 (3)电气设备标注 恒定电流值 的额定电压、额定 (④)从中性面开始计时，经05通过电阻尺 电流： (4)保险丝的熔断 的电荷量是多少？ 电流 交变电流图像 平 E=NAΦ 计算通过电路横截 中图线与时间 47 面的电量g=I△ 值 轴所夹面积与 E 时间的比值 1=R+可 R·=N 川易错警示川 (1)不能混淆四慎的物理意义，解决不同的问题要 针对训练 选用不同的物理量。 2.(多选)一正弦交流电压随时间变化的规律如 (2)不能认为有效值就是平均值，有效慎和平均值 图所示。由图可知 () 的物理意义、计算方法、应用对象都不同。 典例剖析 100 [例2]如图所示，线圈abcd的 01太3本56x10-剑 面积是0.05m,共100匝，线 A.该交流电压瞬时值的表达式为4= 圈总电阻为1Ω，外接电阻R 100sin(25πt)V B.该交流电压的频率为25Hz =9Ω，匀强磁场的磁感应强度 ④ B=1T,当线圈以3O0r/min C.该交流电压的有效值为1002V D.若将该交流电压加在阻值R=100Q的电 的转速匀速旋转时，问： 阻两端，则电阻消耗的功率为50W 要点三 电感和电容对交变电流的作用 口问题导引 (2)乙图中换用自感系数更大的线圈或调换 1.如图所示，把带铁芯的线圈L与灯泡串联起 频率更高的交流电源，灯泡的亮度有何变化？ 来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到 说明了什么？ 有效值等于直流电源电压的交流电源上。 (1)两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说 明了什么？ 59 ●高中物理·选择性必修第二册（人教版】 2.如图甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来， 流，电压降低时，形成放电电流，充、放电交替 先把它们接到直流电源上，再把它们接到交 进行，电路中就好像交变电流“通过”了电容 流电源上。 器，实际上，自由电荷并没有通过两极板间的 绝缘介质。 典例剖析 例3]如图所示，电路中完 (1)观察灯泡的发光情况，并分析原因。 全相同的三只灯泡L,、12、 L:分别与电阻R、线圈L、 L③L☒L☒ (2)若把图乙中的电容器去掉，变成图丙所示 电容器C串联，然后再并联到220V、50Hz 电路，会发生什么现象？说明了什么？ 的交流电源上，三只灯泡亮度恰好相同。若 (3)在图乙中，改变电容器的电容和电源频 保持交流电压不变，将交变电流的频率增大 率，灯泡亮度会有什么变化？说明了什么？ 到60Hz,则发生的现象是 A.三灯亮度不变 B.三灯均变亮 C.L1不变、L变亮、L,变暗 D.L1不变、L变暗、L变亮 口探究升华 川规律方法川 (1)电阻对交流、直流有相同的阻得作用，交流频 1.电阻、感抗、容抗的区别 率变化时，罪得作用不专。 (2)比感器通直流、阻交流，通低顿、阻高顿 电阻 感抗 容抗 (3)电容器通交流、隔直流，通高烦，阻低频。 电容器两极板 定向移动的 由于电感线 (4)在分析电流变化时，把感抗，容抗秀比于导体 上积累的电荷 产生的 自由电荷与 圈的自感现 的电阻再用欧舞定律分析。 原因 不动的离子 象阻碍电流 对向这个方向 定向移动的电 间的碰撞 的变化 针对训练 荷的反抗作用 3.(多选)某同学在研究电容 对直流的阻碍 器、电感器对恒定电流与交 在电 对直流、交 作用无限大，对 8 路中 对交流有阻 流均有阻碍 交流的阳碍作 变电流的影响时，采用了如 的特点 作用 碍作用 用随频率的降 图所示的电路，其中L、L 低而增大 是两个完全相同的灯泡。当 由导体本身 由线图本身 双刀双掷开关置于3、4时，电路与交流电源 (长短、相 由电容的大小 决定 细、材料)决 的白感系数 接通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同。则 和交流的频率∫ 因素 和交流的频 定，与温度 该同学在如下操作中能观察到的实验现象是 有关 率「决定 决定 电流通过电 A.当开关置于1、2时，稳定后L1亮、L,不亮 电能的 阻做功，电 电能和磁场 电能与电场能 B.当开关置于3、4时，交变电流频率增加且 转化与 能转化为 能往复转化 往复转化 做功 稳定后，L,变亮、L2变暗 内能 C.当开关从置于1、2的稳定状态下突然断 2.交变电流能够“通过”电容器的理解 开，L1将会立即熄灭 当电容器接到交流电源上时，由于两极 D.当开关从置于1、2的稳定状态下突然断 板间的电压变化，电压升高时，形成充电电 开，L不会立即熄灭 60 第三章交变电流。 随堂巩固促应用 验证反馈迁移运用 1.(交变电流有效值的计算)如图所示，图甲为 A.周期是0.01s 正弦式交流电，图乙正值部分按正弦规律变 B.电压的最大值是220V 化，负值部分电流恒定，图丙为方波式交流 C.电压的有效值是220V 电，三个图中的I。和周期T相同。三种交流 D.瞬时值表达式为u=220sin(100πt)V 电的有效值之比为 3.(电阻、感抗、容抗的对比)（多 选)如图所示的电路中，a,b两 端连接的交流电源中既含高 频交流，又含低频交流，L是一个25mH的 A2·3:2 B.2:3:√② 高频扼流圈.C是一个100pF的电容器， R是负载电阻，下列说法正确的是() C.3:√2：2 D.√2：2：3 A.L的作用是“通低频，阻高频” 2.(描述交变电流的物理量)如图是某种正弦交 B.C的作用是“通低频，隔高频” 流电压的波形图，由图可确定该电压的() CC的作用是“通高频，阻低频” 3114WW D.通过R的电流中，低频交流所占的百分比 远远大于高频交流所占的百分比 0.010.020.030.04 311 提示，请完成《素能提升训练》训练十三 3.变压器 学习目标 1.知道变压器的构造及工作原理。 2.掌握变压器原、副线圈中电压，电流和功率的关系及其制约关系。 3.了解变压器在实际中的应用 自主学习探新知 深前预习双基落实 一、变压器的原理 (1)原线圈：与交流 连接的线圈，也 1.变压器的构造 叫 由 和绕在铁芯上的两个线圈组 (2)副线圈：与 连接的线圈，也 成，如图所示。 叫 原线阿 到线拟 变压器的示意图 2.变压器的工作原理 变压器工作的基础是 现象，电 流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿 过原线圈，也同时穿过 线圈，由于电 铁龙 流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也 61当t=?时，T=?m=0.02 s, e=314cos3 v=157 V。 答案(1)314 V(2)e=314sin(100πt)V(3)157 V 随堂巩固促应用 1.C 方向随时间周期性变化是交变电流最重要的特征。 A、B、D三个选项中电流大小随时间周期性变化，但其 方向不变，不是交变电流，它们是直流电，故 A、B、D错 误；C选项中电流符合交变电流的特征，故C正确。 2.C 半圆环交替接触电刷，从而使输出电流方向不变， 这是一个直流发电机模型，由右手定则知，外电路中电 流方向是P→R→Q。 3.B 矩形线圈从垂直中性面位置开始计时，转动产生的 感应电动势e=50cos at(V),所以当线圈转过30°时，线 圈中的感应电动势大小为50cos 30°V=25√3 V,B正确。 4.B 由题图甲可知t=0时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈 处于中性面，t=0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量为零，但变 化率最大，故 A错误，B正确；由题图甲可知t=0.02 s 时刻，感应电动势应为零，与图乙不符合，故 C、D错误。 2.交变电流的描述 自主学习探新知一、 1.周期性 二、 1.最大值 (1) (2)有效值2.相同 热量 三、 1.E sin at NBSo U sin atR+r I sinat iR+r 2.(1)正弦 最大值 周期 T (2)方向 四、 1.(1)变化的电流 阻碍作用大小 (2)大 高(3)直 交 低 高 2.(1)充电 放电 通过(2)交 直 高 低 (3)大 高 小 自我诊断 1.(1)×(2)× (3)× (4)√ (5)×(6)√ 2.3 000 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示(1)不是正弦式交变电流。 (2)根据电流的热效应可求得该电流的有效值。 典例剖析 [例1] [解析] 由i-t 图像知交变电流的周期T=2 s。=,后半个一个周期内，前半个周期电流的有效值 周期电流的有效值：I?=I。。设交变电流的有效值为 I, I2RT=I?2R2+I?2R2据交变电流有效值的定义有 =(言)R零+I8R等，解得I=1。故C正确。 [答案] C 针对训练 1.D 根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变化 Q=“RT;无关，故 ;而正弦交变电流电压的有效值等于 Q=()-1·餐T,所以,故( Q=2,峰值的 D正确。 要点二 问题导引 提示 不会烧坏小灯泡，会击穿电容器。 典例剖析 [例2] [解析](1)w=2πn,n=300 r/min, e=E sin wt=NBS·2πnsin(2πnt) =100×1×0.05×2m×360 sin(2m×360°)v =50sin 10πt(V)。 i=0s时，e=50sin(10m×3)v=25√3v。(2)当； F=-52 v=25√2 v,(3)电动势的有效值为 I=kFr=252 A=5×2 A,电流表示数I 电压表示数U=IR=52×9 v=4522 v。 30s 0=wt=60×2π×30=3,(4) 内线圈转过的角度 该过程中，△p=BS-BScos 0=2BS, 由ī=2、=R+、=NA得， -NBS-00×0×005-1c [答案](1)e=50sin 10πt(V)(2)25√3 V (3)4522v 522A(4)4c 针对训练 2.BD 从图像中可得该交流电压的周期为 T=4× 10-2s,所以频率为f=÷=25 Hz,B正确；角速度为 w=2πf=50π,从图像中可知交流电压最大值为Um= 100 V,所以该交流电压瞬时值的表达式为 u= u=0=100sin(50πt)V,该交流电压的有效值为 50√2 V,A、C错误；若将该交流电压加在阻值R= p=R=100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为 5100 W=50 W,D正确。 14 要点三 问题导引 1.提示(1)甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器 对交变电流有阻碍作用。 (2)不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高 的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越 大，交变电流的频率越高，线圈对交变电流的阻碍作用 越大。 2.提示(1)图甲中的灯泡不亮，图乙中的灯泡亮。图甲 中的电源是直流电源，电容器在电路中是断路，电路中 没有电流，灯泡不亮。图乙中的电源是交流电源，把交 流电源接到电容器两个极板上后，电容器交替进行充电 和放电，电路中就有了电流，好像是交流“通过”了电容 器，灯泡就亮了，但实际上自由电荷并没有通过电容器 两极板间的绝缘介质。 (2)灯泡变得比图乙中亮，说明电容器对交变电流有阻 碍作用。 (3)电容变大，灯泡变亮；频率变高，灯泡变亮。电容器 的电容和交变电流的频率都对电容器的阻碍作用有 影响。 典例剖析 [例3] [解析] 当交变电流的频率变大时，线圈的感抗 变大，电容器的容抗变小，因此L?变亮，L?变暗。又因 为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故L?亮度 不变，所以选D。 [答案] D 针对训练 3.AD 当开关置于1、2时，接直流，电流稳定后能通过电 感器，而不能通过电容器，所以L?亮，L?不亮；稳定后 突然断开开关，L、L、L?、C能构成回路，由于自感现象， L?、L?将慢慢熄灭，故 A、D正确，C错误；当开关置于3、 4时，且交流频率增大，则感抗增大，容抗减小，所以L? 变暗，L?变亮，故 B错误。 随堂巩固促应用 I?=I?;对题图乙：1.A 题图甲中交流电的有效值为 I?=I;(r?)r·否+16R·雲=I3·RT,解得1 对题图丙：有效值为I?=I?;则三种交流电的有效值之 比为I?:I?:I=2:3:1=√2:√3:2,A正确。 2.C 由题图可知，该交流电压的周期为0.02 s,最大值为 u=i= v=220 V,故A、B错311 V,而有效值U 误，C正确；正弦交流电压的瞬时值表达式 u=Umsin wt =311sin(0.02t) V=311sin(100m)V,故D错误。 3.ACD 因为电感器L是一个高频扼流圈，“通低频，阻 高频”,A正确；C是一个电容较小的电容器，所以对低 频的交流容抗就较大，故C正确，B错误；根据分析，高 频扼流圈对高频交流阻碍更大可知通过电阻R的电流 中，低频交流所占百分比远远大于高频交流所占的百分 比，D正确。 3.变压器 自主学习探新知一、 1.闭合铁芯(1)电源 初级线圈(2)负载 次级线圈 2.互感 副 感应电动势 3.不改变 二、 1.能量损失 n2.匝数 3.(1)降压(2)升压 自我诊断 1.(1)√(2)×(3)×(4)√ 2.250 50 5 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示 当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交 变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉 第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动 势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 典例剖析 [例1] [解析] 导体棒匀速运动产生恒定的电动势，所 以原线圈中的电流是恒定的，故穿过副线圈的磁通量变 化量△Φ=0,副线圈两端不产生感应电动势，所以无 电流。 [答案] B 针对训练 1.C 通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化 的，由于面积 S不变，故穿过原线圈的磁通量Φ变化， A错误；因理想变压器无漏磁，故 B错误；由法拉第电磁 感应定律知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转 化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故 D错误。 要点二 问题导引 提示(1)输入功率等于输出功率，即P?=P?。=(2)由能量守恒有P?=P?,即U?I?=U?I?,根据 =u=n。得， (3)输入功率等于输出功率，即P?=P?+Pg。穿过原、 会相等，所以有副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率 U?=n,雯，U?=n,雯，u=n,故有兴=元=元。 由能量守恒有P?=P?+P?,即U?I?=U?I?+U?Ig,可得 n?I?=n?I?+n?I?。 典例剖析 [例2] [解析] 灯泡正常发光，所以U?=12 V, u?=n代入数据解得U?=240 V,根据 ,?=29=1A,两个灯泡均正常发光， 15