第三章 2 交变电流的描述-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册练习手册（人教版）

N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 2.交变电流的描述 基础练)匀 知识点1 表征交变电流变化快慢的物 e随时间t的变化规律 理量 如图所示，下列说法正 1.(多选)某交变电流的方向在1s内改变 确的有( ) 了100次，则其周期T和频率f分别为 A.t1时刻线圈位于中 第4题图 性面 A.T=0.01s B.T=0.02s B.2时刻通过线圈的磁通量最大 C.f=100 Hz D.f=50 Hz C.电动势的有效值为 2.(多选)一矩形线圈在 V2 10 匀强磁场中匀速转动 D.一个周期内交变电流的方向改变一次 时，产生的交变电动势 5.(多选)如图所示，一面积为 -10 的图像如图所示，则 第2题图 S,电阻为R的N匝矩形线圈 ×××× () 处于一个交变的磁场中，磁 ×××× A.交流电的周期是2πs 感应强度的变化规律为B=第5题图 B.交变电流的频率是4πHz Bosin wt。.下列说法正确的是() C.当=πs时，Φ的变化率达到最大 A.线框中会产生交变电流 D.当t=0时，线圈平面与磁感线垂直 B.在=π时刻，线框中感应电流达到最 大值 知识点2 交变电流的瞬时值、峰值、 有效值、平均值 C,从=0到=π这一过程中通过导体横 20 3.下列所列数据不属于交流电有效值的是 截面积的电荷量为B A.交流电表的示数 D.若只增大变化磁场的频率，则线框中 B.灯泡的额定电压 感应电流的频率也将增加，但电流的 C.电容器的耐压值 有效值不变 D.保险丝的额定电流 6.电阻R1、R2与交流电源按照图甲方式连 4.(多选)一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直 接，R=102,R2=202。合上开关S后， 于磁场的轴匀速转动，产生的感应电动势 通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变 62)练 第三章交变电流。 化的情况如图乙所示。则() 线圈自身的电阻=12，下列说法正确的 A.通过R1的电流有效值是1.2A 是() B.R两端的电压有效值是6V A.交变电流的周期为0.2s C.通过R2的电流最大值是1.2V2A B.交变电流的频率为2.5Hz D.R2两端的电压最大值是6V2V C.发电机输出的电压有效值为10V2V Ai/A D.发电机输出的电功率为18W 0.6V2 10.如图所示，一面积为S、匝数为N、电阻 x10 为T的矩形线圈，在磁感应强度为B的 0.6V2 匀强磁场中绕O0'轴以角速度ω匀速转 分 第6题图 动，外电路电阻为R(电表均为理想电 7.一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场 表)，求： 的轴匀速转动，周期为T。从中性面开始 (1)以图示位置开始计时，写出线圈中 计时，当=石时，线图中感应电动势的 感应电动势e随时间t变化的表 达式。 瞬时值为2V,则此交变电流的有效值为 (2)电压表的读数U和电流表读数I。 ( ) (3)线圈由图示位置转过90°的过程中， A.2V2 V B.2V 外力对线框做的功W。 C.V2 V D.V2 v 2 8.如图所示是一交变电流的-t图像，则该 交变电流的有效值为( A.4A ☐A B.2V2 A 第10题图 C号A 256 /x10 D.2V30 第8题图 9.(多选)小型交流发电 e/V 2( 机中，矩形金属线圈 0.4 在匀强磁场中匀速转 -201 动，产生的感应电动 第9题图 势与时间呈正弦函数关系，如图所示。此 线圈与一个R=9Ω的电阻构成闭合电路， 练(63 N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 提升练习 11.下列关于交流电的几种说法中，正确的 端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集 是() !, 流环)焊接在一起，并通过电刷与阻值 A.交流电器设备上所标的电压、电流值 R=95Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过 是峰值 bc和ad边中点，且垂直于磁场的转轴 B.交流电流表和交流电压表的值是瞬 O0'以一定的角速度匀速转动。穿过线圈 时值 的磁通量Φ随时间t变化的图像如图乙 C.交流电流表和交流电压表的值是峰值 所示。若电路其他部分的电阻以及线圈 D.跟交流电有相同热效应的直流电的值 的自感系数均可忽略不计。则下列说法 是交流电的有效值 正确的是( 12.(多选)图甲是小型交流发电机的示意 图，两磁极N、S间的磁场可视为水平 4/(×10-2Wb) 1.0 方向的匀强磁场，A为交流电流表，线 圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针 t/(×10-2s) 方向匀速转动，从图示位置开始计时， 产生的交变电流随时间变化的图像如图 第13题图 乙所示，以下判断正确的是() A.线圈匀速转动的角速度为100rad/s B.线圈中产生感应电动势的最大值为 200V 102 C.线圈中产生感应电动势的有效值为 (×102s） 100V D.线圈中产生感应电流的有效值为 第12题图 V2A A.电流表的示数为10A 14.(多选)如图所示，单匝矩 B.线圈转动的角速度为50πrad/s 形闭合导线框abcd全部处于 C.0.01s时线圈平面与磁场方向平行 水平方向的匀强磁场中，线 + D.0.02s时电阻R中电流的方向自右向左 X XX 框面积为S,电阻为R。线 13.(多选)如图甲所示，交流发电机的矩 框绕与cd边重合的竖直固定 第14题图 形金属线圈abcd的匝数n=l00,线圈的： 转轴以角速度ω从中性面开始匀速转动， 总电阻r=52,线圈位于匀强磁场中， 线框转过T时的感应电流为，下列说 且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两 64)练 第三章交变电流。 法正确的是() 速转动，线圈电阻r=12,外电路电阻 A.线框中感应电流的有效值为2I R=92,t=0时，线圈平面与磁感线平 B.线框转动过程中穿过线框的磁通量的 行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里。 最大值为2R (1)写出线圈感应电动势的瞬时表达式。 (2)求从图示位置转过90°的过程中流 C从中性面开始转过受的过程中，通过 过电阻R的电荷量。 (3)求1min时间内电阻R上产生的热 导线横截面的电荷量为2L 量Q。 D.线框转一周的过程中，产生的热量为 (4)线圈转一圈外力做功多大？ 8TRI2 u 15.如图甲所示，调光台灯是通过双向可控 硅电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 交变电流上，经过可控硅调节后加在灯 第16题图 管两端的电压如图乙所示，则此时电压 表的示数是( 0 可控硅 220V 0 220V2 t/(x102s 0.511.522.5 第15题图 A.220V B.110V2V C.110V D.55V2 V *16.如图所示，N=50匝的矩形线圈abcd, ab边长l1=20cm,ad边长l2=25cm,放 在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中， 外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈 中线的O0'轴以n=3000rmin的转速匀 练(65高中物理选择性必修第二册（人教版） 最大感应电动势为15V,则b线圈最大感应电动势为 12V,故B正确；由图像可知，t=0.03s时，线圈a中 感应电动势最大，则此时线圈a位于垂直中性面位置， 故C错误；=0.3s时，线圈b中感应电动势为0，则此 时线圈b恰好经过中性面，线圈b平面与磁场垂直，故 D错误。 14.(1)20V(2)0.2C 【解析】(1)图示位置为中性面，从此时开始计 时，则电动势的瞬时值为e=E sin ot,解得E=20V。 (2)线圈由图示位置转过T过程中穿过线圈平面的 磁通量变化量为△Φ=BS,由Em=BSw=A匝w,可得△Φ= Em=0.2Wb,则通过导线横截面的电荷量为g=I△= E4=A04=△p=0.2C。 R R△t R 15.(1)e=10V2cos100mtV(2)见解析 【解析】(1)线框转动开始计时的位置为线圈平面与 磁感线平行的位置，所以瞬时感应电动势为e=E cos @t, 其中E=BS0,B=5Y2T,S=0.1x0.2m2=0.02m,a= 2mn=100πrad/s,解得e=10V2cos100mtV。 (2)由感应电动势的瞬时值表达式可知峰值Em= 10V2V,周期T=2π-0.02s,画出图线如图所示。 te/V 10V2 0 2t/(×102s) -102 第15题答图 "2.交变电流的描述 基础练习 1.BD【解析】因为交变电流每半个周期电流方向 改变一次，一个周期电流方向改变两次，可知题中交变 电流的周期为0.02s,频率为50Hz,故B、D正确。 2.AD【解析】由图像可知，该交变电流的周期为 2如s,频率7元，故A正确，B错误：感应 电动势e=△Φ，由图像可知，在1=πs时，感应电动 势为0，Φ的变化率为0.故C错误：t=0时，感应电动 势为0，线圈处于中性面，线圈平面与磁感线垂直，故D 66 正确。 3.C【解析】交流电表的示数是有效值，灯泡的额 定电压也是有效值：电容器的耐压值是指最大值，保险 丝的额定电流是有效值，题目要求不是有效值，故选C。 4.AC【解析】t1时刻感应电动势为0，线圈通过中 性面，磁通量最大，故A正确；2时刻感应电动势最 大，通过线圈的磁通量为0，故B错误；电动势的有效 值为E。,故C正确；一个周期内交变电流的方向改 V2 变两次，故D错误。 5.AB【解析】由题意可知，矩形线圈处于一个交 变的磁场中，从而导致穿过线圈的磁通量变化，则产生 感应电流，故A正确；线圈中产生感应电流的瞬时表达 式，为0cos,在1=刀时刻，线框中感应电 R 流达到最大值，故B正确；根据电荷量的表达式q= 水”，从0到=这一过程中通过导体篮道量变 化为S,所以通过横截面积的电荷量为N袋，放C 错误；若只增大变化磁场的频率，则线框中感应电流的 频率也将增加，导致最大值也增加，所以有效值也增 大，故D错误。 6.B【解析】R,与R2串联，所以R,与R2中的电流 变化情况应相同。从图像可以看出，交变电流中电流最 大值为0.6V2A,电流有效值为1=n=0.6A,R 12 两端的电压有效值为U/=R,=6V,R2两端电压最大值为 Um=R2=0.6V2×20V=12V2V,综上所述，B正确。 7.A【解析】从中性面开始计时，电动势的瞬时值 为e=Fin of,即2V-6in2俨·，有效值B= 号合，解得2V万V故A正确 8.D【解析】设该交变电流的有效值为I,由有效值 的定义式得方R+R=R以，代入数据解得 1=2Y30A,故D正确。 9.BD【解析】由图可知，交流电的最大电压E= 20V,周期T=04s,所以频率=7-25业，故A错 误，B正确：电动势的有效值为E=E。=10V2V, v2 发电机输出电压的有效值为=E=9V2V,故C错 R+r 误：输出功率为严R,R=18W,故D正确。 10.(1)e =NBSwcosot (2)NBSoR V2 (R+r) NBSw (3)NBSoT V2 (R+r) 4(R+r) 【解析】(1)从中性面开始，电压为余弦函数： e=Encos wt=NBSwcos wt (2)产生的感应电动势的最大值为En=NBSw,电动 势的有效值为E=Em=NBSw V2v2 由闭合电路欧姆定律得，回路中电流的有效值为 I=E-NBSo ΓR+rV2(R+r) 电压表的读数U=R=NBSoR V2 (R+r) (3)线圈转过90所用的时间：4=2”，外力对 线框做的功等于电路中产生的热量：Q=(R+r)△1= 「NBSw [V2(R+r) x(R+r)x五=gSm 2ω4(R+r) 提升练习 11.D【解析】交流电器设备上所标的电压和电流值 是交流电的有效值，故A错误；用电表测量的电流、电 压均为交流电的有效值，故B、C错误：有效值是在热 效应基础上建立的，即跟交变电流有相同的热效应的直 流电的数值是交流电的有效值，故D正确。 12.AC【解析】由题图乙可知交流电电流的最大值 是I=10V2A,则有效值为==10Y2A=I0A: /21V2 由于电流表的示数为有效值，故示数I=10A,故A正 确；角速度w=2T=100 rad/s,故B错误；0.01s时线 T 圈中的感应电流达到最大，感应电动势最大，则穿过线 圈的磁通量变化最快，磁通量为0，故线圈平面与磁场 方向平行，故C正确：由楞次定律可判断出0.02s时流 过电阻的电流方向自左向右，故D错误。 13.BD【解析】w=2红=200rads,故A错误；交流 发电机电动势的最大值E=nBS0=n④.2严-20V,故B 正确；电动势的有效值为E=E。=100V2V,故C v2 错误；由闭合电路欧姆定律，电流的有效值为=E= R+r V2A,故D正确。 参考答案与解析。 14.BC【解析】线框中产生感应电动势最大值Em BS,线框转过石时的感应电流为1=sing=B, 6-R sn君，惑应电动势有效值E=52,感应电流 V2 的有效值为1=5=BSw=V21,故A错误；BSw R V2R V2R =V21,则磁通量的最大值中=BS=2IR,故B正确： 从中性面开始转过T的过程中，通过导线框横面的电荷 量为g=14=B=L,故C正确；线框转动一周的过程 R 中，产生的热量Q=R=4mRP,故D错误。 15.B【解析】电压表的示数为交流电压的有效值， 由交流电的热效应可得，在一个周期T=0.1s时间内， 有只×T:220Vx号.解得该交流电压的有效值为U R R 110√2V,B正确。 16.(1)e=314cos100mtV(2)0.1C(3)2.7× 10J(4)98.6J 【解析】(1)从线圈垂直中性面处开始计时，则感 应电动势的瞬时值表达式为e=NBSocos wt,其中w= 2mn,S=hh, 代入数值獬得e=314cos100mtV。 (2)线圈由图示位置转T过程中通过导线截面的 电荷量为 g=1△= E AI=NAD A-NAP-NBS-0.1 C. (R+r) (R+r)△t R+rR+r NBSω\2 (3)总电热为Q=r(R+r=E -=3.0x105J R+r R+r 电阻尺上产生的电热为0~0-27x0心1。 (4)根据能量守恒，外力做功等于放出电热， NBS@2 W=O'=P(R+r)T=- /2.L=98.6J R+r n >"3.变压器 基础练习 1.ABC【解析】由变压器的工作原理可知，原、副 线圈中交变电流的频率相同，故A正确；理想变压器的 磁感线全部在铁芯内，通过原、副线圈的磁通量时刻相 等，因此每匝线圈中磁通量的变化率相同，故B正确： 67