训练十三 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素能提升训练（人教版2019）

训练十三 交变电流的描述 基础练了现固应用 A.220V B.156V 1.(多选)某正弦式交变电流的方向在1s内 C.110V D.78V 改变100次，则其周期T和频率f分别为 5.(多选)图甲为某一小型风力交流发电机的 原理图，线圈的匝数为n=100、总电阻为r A.T=0.01s B.T=0.02s =52,负载电阻R=102,A为理想交流电 C.f=100 Hz D.f=50 Hz 流表。从线圈转到中性面位置开始计时，该 2.下列选项中提到的交流电，不是指有效值 发电机的电动势随时间的变化规律如图乙 的是 所示，下列说法正确的是 A.交流电压表的读数 B.保险丝熔断电流 C.电容器击穿电压 D.220V交流电压 3.两个完全相同的电热器，分别通以图甲，乙 甲 所示的峰值相等的矩形交变电流和正弦交 te/V 300 变电流，则这两个电热器的电功率之比 4 ×10-2s) P甲：P乙等于 -300 A.电动势瞬时值表达式为e-300sin100πtV B.电动势的有效值为150、2V C.电流表的示数为14.1A D.1=0.02s时通过线圈的磁通量为Swb A.W2:1 B.2:1 6.贯彻新发展理念，我 C.4:1 D.1:1 国风力发电发展迅 4.如图甲所示，调光台灯是通过双向可控硅电 猛，2023年我国风力 子器件来实现无级调节灯的亮度的。现将某 无级调光台灯接在220V的正弦交变电流 发电量高达8000多 接外电路 上，经过可控硅调节后加在灯管两端的电压 亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所 如图乙所示，则此时电压表的示数是( 示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下 绕线圈对称轴转动。已知磁体间的磁场为 。可控硅 +UV 220V 2202 匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20T,线 0.511.5225×10-2 圈的匝数为100，面积为0.5m2,电阻为 0.6n。若磁体转动的角速度为90rad/s,线 35 ◆高中物理·选择性必修第二册（人教版 圈中产生的感应电流有效值为50A。求：：所示，已知外接电阻R=52,则 () (1)线圈中感应电动势的有效值E。 ●风叶 (2)线圈的输出功率P。 ↑A 0.6 0.10.2 0.3\0.4t/s (a 6) A.风叶的转速为10r/s B.电流的表达式为i=0.6sin10πt(A) C.风速加倍时，电阻R的电功率为3.6W D.风速加倍时，电流的表达式为i= 1.2sin10πt(A) 9.（多选)如图甲所示，标有“220V40W”的 电灯和标有“20F300V”的电容器并联 接到交流电源上，V为交流电压表。交流电 源的输出电压如图乙所示。闭合开关，下列 判断正确的是 () 2202 能力练泰养提珊 -2202 7.如图所示，在电路两端加 M L 上正弦交变电流，保持电 A一哥时刻V的示数为零 ②L1 LL 压的有效值不变，使频率 B.电灯恰好正常发光 增大，发现各灯的亮暗情况是：灯L变亮， C.电容器有可能被击穿 灯L变暗，灯L不变，则M、N、L中所接 D.交流电压表V的示数保持110w2V不变 元件可能是 10.(多选)如图甲所示为电热毯电路示意图， A.M为电阻，N为电容器，L为电感线圈 交流电压u=311sin(100πt)V,当开关S B.M为电感线圈，N为电容器，L为电阻 接通时，电热丝的电功率为P。;当开关 C.M为电容器，N为电感线圈，L为电阻 S断开时，加在电热丝上的电压如图乙 D.M为电阻，N为电感线圈，L为电容器 所示，则 8.(多选)图(a)为风力发电的简易模型，在风 温控器 力的作用下，风叶带动与其固定在一起的永 磁体转动，转速与风速成正比。某一风速 电热丝 时，线圈中产生的正弦式交变电流如图(b) 36 A.开关接通时，交流电压表的读数为220V 阻为R。求： B.开关接通时，交流电压表的读数为 (1)线圈切割磁感线时，求感应电动势的大 311V 小E。 C.开关断开时，交流电压表的读数为311V, (2)从图示位置运动到线框ad边进入磁 电热丝功率为2 场开始计时，在虚线框内作出感应电动势 随时间变化的e-t图像，设a→d→c→b→a D.开关断开时，交流电压表的读数为156V, 方向电动势为正值（至少画出一个周期的 电热丝功率为2 图像)。 11.图甲是一种可手摇发电的手电筒，除照明 (3)外接电阻R上的电流有效值。 磁极 外还可手摇发电为手机充电。其原理：回 铁芯 路处在磁感应强度为0.01T的匀强磁场 逐极 中，磁场方向如图乙所示，图乙时刻半圆形 导线束位于纸面内。从右向左看，手柄以 rad/s逆时针匀速转动，则 40 A 甲 乙 A.该手摇电筒中的电流是直流电 B.图乙时刻半圆形导线束上电流从A 到B C.图乙时刻半圆形导线束受安培力大小 为0 D.图乙所示电流表的示数为0.4A 12.某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所 示，在磁极与圆柱状铁芯之间形成的两磁 场区域的圆心角。均为行，磁场均沿半径 方向：匝数为N的矩形线圈abcd的边长 ab=cd=l、bc=ad=2l。线圈以角速度w 绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入 磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感 应强度大小均为B、方向始终与两边的运 动方向垂直。线圈的总电阻为r,外接电： 37穿过线圈的磁通量为零，但穿过线圈的磁通量的变化率 最大，D错误。 5.D 根据正弦式交变电流的产生及其变化规律，当磁通 量最大时，感应电动势为零；当磁通量减小时，感应电动 势在增大，当磁通量减为零时，感应电动势最大，由此可 知 A、B错误；设从线框位于中性面位置开始计时，则有 e=E sin wt,式中Em=BSw,因更=BS,故角速度w= 要，D wt=6,此时更=正确；设 e=0.5E.,则解出 BScos6=3Bs=5φ,C错误。 6.解析(1)线圈转动的角速度： w=2πn=26600 rad/s=20π rad/s, 则电动势的最大值： E=NBSo=100×?×π×0.12×20m V=100V。 从中性面开始计时，交变电动势的表达式： e=Emsin ot=100sin 20πt(V)。 t=60s时，e=10sin(20m×1)V≈86.6V。(2)当t 答案(1)e=100sin 20πt(V)(2)86.6 V 7.AC 当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通 量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，线圈中的 感应电流为零，故A正确，B错误；当线圈平面转到跟中 性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化 率最大，感应电动势最大，线圈中的感应电流最大，C正 确，D错误。 8.D 由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强 度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的 感应电动势大小不变，由于每个周期磁场方向要改变两 次，所以产生的感应电动势的方向也要改变两次， D正确。 0~49.B 在 内，线圈在匀强磁场中匀速转动，故产生正 4~4T内，弦式交流电，由楞次定律知，电流为负；在- 4T日线圈中无感应电流；在 时，ab边垂直切割磁感线， 感应电流最大，且电流为正，故 B正确。 10.BCD 将线圈水平向右匀速拉出磁场的过程中，穿过 线圈的磁通量均匀减小，产生的感应电流大小和方向 均不变，A错误。线圈绕垂直于磁感线方向的轴匀速 转动时，穿过线圈的磁通量发生周期性变化，产生交变 电流，B、C正确。如果磁感应强度按正弦规律发生周 期性变化，而线圈面积不变，则穿过线圈的磁通量也按 正弦规律发生周期性变化，产生交变电流，D正确。 11.B 由题图乙可知，穿过受电线圈的最大磁通量为Φm= 2.0×10-? Wb,穿过受电线圈的磁通量的变化周期 T= π×10-3s,则aw==2000 rad/s,故受电线圈产生的感 应电动势的最大值为Em=nBSw=nΦm·w=50×2.0× 10-?×2 000 V=20 V,A错误，B正确；t=0时，穿过受 电线圈的磁通量最小，感应电动势最大，故受电线圈产 生的感应电动势的瞬时值表达式为e= Em cos wt= 20 cos 2 000t V,C错误；在t?时刻，穿过受电线圈的磁 通量最大，磁通量的变化率为0,此时受电线圈产生的 感应电动势为0,D错误。 12.解析 由图可知，a的周期为0.4 s;b的周期为0.6s, n=1则由 可知，转速与周期成反比， 故曲线a、b对应的线圈转速之比为3:2; 曲线a表示的交变电动势最大值是10 V, 根据 E⋯=nBSw得曲线b表示的交变电动势最大值是 v。 3v答案 3:2 训练十三 交变电流的描述 1.BD 由于正弦式交变电流一个周期内方向改变两次， T=1得T=0.02 s。所以其频率为50 Hz,由 2.C 电容器击穿电压指电容器两端允许加的电压的最 大值。 3.B 甲为矩形交变电流，它的大小恒为 I,方向做周期 性变化，而电流通过电阻的热功率跟电流的方向无关， 所以矩形交变电流通过电阻R的热功率P甲=Im2R;乙 为正弦交变电流，计算热功率时要用电流的有效值，I= P?=FR=()R=号R=号，得p=山√,所以 B正确。 4.B 虽然题图乙所示电流不是正弦交变电流，根据正弦 4r式交变电流的图像对称性可知，只要有从0开始的 的图线就满足最大值是有效值的√2倍，根据电流有效值 -),解得U=110,2 V~156 V,故定义有： B正确。 5.BC 根据题图乙可知，交流电动势的最大值为 Em= E=-5v=150J2 V,交流电的300 V,故有效值1 w—2—50π rad/s,则电动势周期 T=0.04s,角速度为 37 的瞬时值表达式为e= Emsin wt=300sin 50πt V,A 错 误，B正确；电流表的示数为通过电阻 R的电流的有效 值，I=R+=150+5 A≈14.1A,C正确；由Em=nBSo 更m=BS=n,t=0.02 s可得通过线圈的磁通量最大值( ,更m=50元 Wb,D时电动势为0,通过线圈的磁通量最大， 错误。 6.解析 (1)电动势的最大值Em=NBSw, E=,有效值 解得E=NS, 代入数据得 E=450√2 V。 (2)输出电压U=E-Ir, 输出功率P=IU, 解得P=I(E—Ir), 代入数据得P≈30 315W。 答案(1)450√2 V (2)30 315 W 7.C 阻值不变，灯亮度不变 电阻 L为电阻 有效值不 容抗减小，灯吏死M为电容器电容器变，频率 感抗增大，灯变暗 N为电 感线圈 增大 电感线圈 8.BC 由题图(b)可知，电流的周期为T=0.2 s,所以风叶 n=1=5r/s,故A错误；由题图(b)可知，电流的转速为； a=可得的最大值为Im=0.6 A,周期为T=0.2s,由 w=10π rad/s,则电流的表达式为i=0.6sin 10πt(A),故 B 正确；风速加倍时，角速度加倍，根据 Em=NBSw可知， 产生的感应电动势加倍，形成的感应电流也加倍，则电 I=得，电流流的表达式为i=1.2sin 20πt(A),根据 的有效值为I=0.6√2 A,由P=I2R 可得，电阻R的电 功率为P=3.6W,故 D错误，C正确。 9.BC 交流电压表V的示数应是电压的有效值 220 V, 故 A、D错误；电压的有效值恰好等于电灯的额定电压， 电灯正常发光，B正确；电压的峰值220√2 V=311 V, 大于电容器的耐压值，故有可能被击穿，C正确。 10.AD 当S接通时，加在电热丝上的瞬时电压u= 311sin(100πt)V,所以电热丝两端的电压的有效值 u?==3 v=220V,故A正确，B错误；当S断开 时，前半个周期内所加电压不变，但后半个周期内U? P=1P。。=0,所以电热丝的功率1 设此时交流电压的 k-1·餐得U==156v,有效值为U?',由 即电压表的读数为156 V,故C错误，D正确。 11.C A.根据手摇电筒的结构，线圈转动，切割磁感线产 生感应电流的方向不断变化，故该手摇电筒中的电流 是交流电，A错误；BC.图乙时刻半圆形导线转动方向 与磁场方向平行，该时刻无感应电流，半圆形导线束受 安培力大小为0,B错误，C正确；D.电流表的示数为转 一圈的有效值，由题干中的已知条件无法求出电路中 的电流有效值，D错误。故选C。 v=2wL,感应电动势12.解析 (1)bc、ad边的运动速度 E=2NB·2lv,解得E=2NBI2w。 (2)图像如图所示。 e 2NBFw e日 13πo 2π t @-2NBFo (3)R上的电压Um=R+r=2RBRrw,由有效值的概 念可知k.2m=2×k.4,解得Un=3Um= 3(RRrP) I=k=3(R+。,则R上电流有效值 34(R+n)(3)答案(1)2NBl2w(2)见解析图 训练十四 变压器 1.BD 理想变压器原、副线圈的磁通量和磁通量的变化 率都是相同的，A错误，B正确，输入功率和输出功率是 相等的，D正确。原、副线圈的电动势有效值之比是 10:1,C错误。 u=知U?=2.D 根据u?=12√2 sin 100πt(V)及 12 v,f=-50H,A错误；根据号一弯得U?=u =×12 V=6 V,即V的读数为6 V,B错误；又I?= =6A=1A,即A的读数为1A,C错误；根据P?= P?=R=6 w=6 W,D正确。P?及I u?==3.D 由题图可知原线圈两端电压的有效值 f=÷=50 Hz,D正确；输出电压的有效值220 V,频率f 38