第3章 2 交变电流的描述-【成才之路·练案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步新课程学习指导(人教版)

练案[19] 第三章 2.交 基础巩固练 知识点一周期和频率 1.（多选)关于交变电流的周期和频率，下列说 法正确的是 () A.为了描述交变电流的周期性变化引入了周 期，而不是频率 B.周期为0.02s的交变电流，其频率为50Hz C.周期和频率是倒数关系 D.频率为50Hz的正弦式交变电流的方向每 秒改变50次 2.（多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场 方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生 的感应电动势e随时间t变化的情况如图所 示。下列说法正确的是 e 0.20.3s A.此交变电流的频率为0.2Hz B.1s内电流方向变化10次 C.t=0.1s时，线圈平面与磁场方向平行 D.1s内线圈转5圈 知识点二峰值和有效值 3.(多选)关于交变电流的有效值U和峰值Um, 下列说法正确的是 A任何形式的交变电流都具有U=二的关系 2 B对于正弦式交变电流，有U= √2 C.照明电压220V、动力电压380V指的都是 有效值 D.交流电压表和交流电流表测的都是交变电 流的峰值 4.(2025·咸阳高二期末)家用调光台灯、调速 电风扇在过去是用变压器来实现上述调节的， 缺点是成本高、体积大、效率低。现在的调光 台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现 调节的。如图所示为一个经过可控硅电子元 1 变电流的描述 件调节后加在电灯上的电压U随时间t变化 的图像，其中曲线为正弦曲线的一部分。由此 可知，现加在电灯上的电压为 () UN 20 0 1234567/10-2s) A.106v B.102v 3 3 C.102V D.10V 5.矩形线框绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交流电， 电s动势瞬时值的表达式为e=220√2sin100mt(V), 下列说法正确的是 () A.t=0时刻穿过线框的磁通量为零 B.电动势的有效值为220V C.交变电流的周期为0.01s D.若转速增大1倍，其他条件不变，则电动势 瞬时值的表达式为e=440W2sin100mt(V) 6.通过某用电器的电流和时间的关系图像如图 所示（前半个周期为正弦波形的）)，则该交 变电流的有效值为 ( 3T A C.lo 知识点三交变电流的公式和图像 7.如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框 绕与磁感线垂直的转轴O0'匀速转动，产生的 交变电流的i-t图像如图乙所示，则() 0 ↑ilA t/10-2g 乙 30 A.t=0时，线框平面与中性面重合 B.交变电流的瞬时值表达式为i=5cos50πt (A) C.在t=0.01s时，穿过线框的磁通量最大 D.若线框电阻为0.42，则其产生的热功率为 5 W 8.（多选)如图甲为一台小型发电机的示意图， 单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时 产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。 已知发电机线圈内阻不计，外接灯泡的电阻为 R=22,理想电压表与灯泡并联。则下列判 断正确的是 e/V 6 0.01N /0.02s ⑧ -6√J2 甲 A.t=0.01s时，线圈位置与中性面垂直 B.t=0.005s时，电压表读数为6V C.灯泡的电功率为18W D.e随t变化的规律为e=6√2sin(50πt)V 综合提升练 9.（多选)如图甲为小型交流发电机的原理图， 发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁 场方向的轴OO'匀速转动，从t=0时刻开始， 通过矩形线圈的磁通量随时间变化的规律如 图乙所示，已知线圈的匝数n=50,线圈的总 电阻r=52,定值电阻R=452,电压表为理 想交流电表。则下列说法正确的是（取π= 3.14) 0' ◆Φ/(10-2Whb) 2.0 t/(10-2s 3.14 6.289.42 -20 甲 乙 A.线圈转动的周期为6.28s B.1=0时刻线圈平面与磁感线平行 C.线圈转动过程中产生的最大电动势为1002V D.电压表的示数为45√2V 181 0.（多选)如图甲，单匝闭合矩形线框电阻为R, 在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转 动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图 像如图乙所示。下列说法正确的是() qD 3T .D 甲 A.2时刻线框平面与中性面垂直 B.线框的感应电动势有效值为2m心 T ,2π2Φ2 C,线框转一周外力所做的功为“RT D从1=-0到：=？过程中线框的平均感应电 动势为学 1.（多选)如图所示，N匝矩形导线框以角速度 ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO' 匀速转动，线框面积为S,线框的电阻、电感 均不计，外电路接电阻R、理想交流电流表A 和二极管D。二极管D具有单向导电性，即 正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法 正确的是 () X B XXX 7 A.R两端电压的有效值U=BS 2 B.一个周期内通过R的电荷量g=2NBS R C.交流电流表的示数I=NBS R D.图示位置电流表的示数为0 12.如图所示，匀强磁场的磁感应强度B= (3)由图示位置转过60°角的过程中产生的 0.5T,边长L=10cm的正方形线圈abcd共 平均感应电动势； 100匝，线圈电阻r=12,线圈绕垂直于磁感 线的对称轴O0'匀速转动，角速度ω= 2πrad/s,外电路电阻R=42,电压表为理想 交流电表，求： (1)转动过程中感应电动势的峰值； (4)交流电压表的示数； (5)由图示位置转过60°角的过程中通过电 (2)由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转 阻R的电荷量。 过60°角时的瞬时感应电动势； —1828.A开始计时时，感应电动势最大，最大值为E=WBSo,可知 感应电动势随时间的变化关系为e=NBSocos wt,A正确。 9.AD从线圈平面垂直于磁场方向开始转动时计时，t=0时穿 过线圈平面的磁通量最大，故穿过线圈的磁通量的表达式为 ④=BL2 cos t,,A正确；从线圈平面平行于磁场方向（垂直于 中性面位置)开始转动时计时，感应电动势的表达式为e= BL wcos ot,故B错误；线圈中感应电动势的最大值E= nBSw=BLo,故C错误；其他条件不变时，E,与o成正比，若 线圈的转速变为原来的一半，则感应电动势最大值变为原来 的一半，即E。'=2Bo,故D正确。 综合提升练 10.BC由题图可知t=0时刻线圈均在中性面位置，穿过线圈 的磁通量最大，故A错误；由题图可知T,:T,=2:3,因T= 二=上，故m,:m,=3:2,故B正确；由题图可知交变电流a 的电动势最大值为10V,a的角速度a,-要=5mas,所 以交变电流a的电动势瞬时值表达式为e=10sin(5πt)V,故 C正确；交变电流的电动势最大值为Em=NBSw=2NBSπn, 则E:E=n=3:2,可得E=号。=9V.放D 3 错误。 11.AC产生交变电流的条件是线圈在匀强磁场中绕垂直于磁 场的轴匀速转动，与轴的位置和线圈形状无关，线圈abcd分 别绕轴P、P2转动，转到图示位置时产生的电动势E= 8S0,由元可知，此时I相等，故A正确，B错误；由右 定则可知，电流方向为adc→b,故C正确：dc边受到的 安培力F=L,B,则F一样大，故D错误。 12.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，每个周期产生的感应电动势的方向改变两次， 选项D正确。 13.(1)e=100msin100mt(V)(2)i=10msin100mt(A) 解析：(1)线圈电动势的最大值Em=NBSw=100πV 故交流电动势的瞬时值表达式为 e =E sin ot =100msin 100mt(V)o En=10T A (2)Im=R+r 所以交变电流的瞬时值表达式为 i=10msin100mt(A)。 练案[19] 基础巩固练 1.BC周期和频率都是为了描述交变电流的周期性变化而引 入的，A错误；周期是完成一次周期性变化所需的时间，频率 是在单位时间内完成周期性变化的次数，所以周期和频率是 倒数关系，若周期T=002,则领率f=宁=50业，B.C正 确：由于正弦式交变电流在每个周期内电流方向改变两次，所 以频率为50Hz的正弦式交变电流每秒电流方向改变100 次，D错误。 -24 2.B即由题图可知7=02s,放f=7-2k=5业，即1内 完成5个周期，线圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，则 1s内电流方向变化10次，故A错误，B、D正确；在t=0.1s 时，e=0,所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错误。 3.BC对于正弦式交变电流，有U= ,对其他形式的交变电 2 流该式不一定成立，所以A项错误，B项正确；对交变电流而 言，没有特殊说明的情况下，电流和电压均指有效值，所以C 项正确：交流电流表和交流电压表测的都是有效值，所以D项 错误。 ,A电灯上的电压为有效值，根据电流的热效应，则令= 20V 2 R ×宁，解得U=10V,放选A。 3 5.B电动势瞬时值的表达式为e=2202sin100πt(V),可知在 t=0时，e=0,线框处于中性面位置，此时穿过线框的磁通量 最大，A错误；电动势的有效值E==220V,B正确；因为0 2 =2=100mrad/s,所以周期T=0.02s,C错误；若转速增大1 T 倍，其他条件不变，则。-牙=2mm=200mds,电动势瞬时 值的表达式为e=4402sim200πt(V),D错误。 6.C设电流的有效值为I,根据电流的热效应有Q=T= (合)广R×号+(5Rx号解得1=4放选C。 7.D由题图乙可知，t=0时，电流最大，即电动势最大，此时线 框平面与中性面垂直，故A错误；由题图乙可知，周期为 0.02s,则0-2牙=100mad/s,所以交变电流的瞬时值表达 式为i=5cos100πt(A).故B错误：由题图乙可知，在t= 0.01s时，电流最大，即电动势最大，此时线框平面与中性面垂 直，即磁通量为0，故C错误；若线框电阻为0.42，则其产生 的热功率为P=rR=(三)x0.4W=5W,放D正确。 2 8.BC由题图乙知，t=0.01s时，线圈中产生的电动势的瞬时 值为零，此时磁通量变化率为0，磁通量最大，线圈位置与中性 面重合，故A错误；由题图乙知，感应电动势的最大值E= 62V,电压表读数为有效值，由于发电机线圈内阻不计，则 电压表读数为电动势的有效值，即U=E==6V,故B正 确：灯泡的电功率为P=发=18W,故C正确：由题图乙知，周 期T=0.02s,解得w=牙=100mads,则e随t变化的规律 为e=6√2sin(100πt)V,故D错误o 综合提升练 9.BD由题图乙可知，线圈转动的周期为T=6.28×10-2s,A 项错误；由题图乙可知，t=0时刻，穿过线圈的磁通量为零，线 圈平面与磁感线平行，B项正确；线圈转动过程中产生的最大 电动势E.=nBw=n.u=50×2.0×102×628×10V 2π =100V,C项错误；电压表测的是电阻R两端的电压的有效 值，示数为U=R,·=万么R=45反V,D顶正确。 2(R+r) 10.BC由D-:图像可知，在子时刻穿过线框的磁通量最大， 线框处于中性面位置，故A错误；交变电流感应电动势的最 大值为E。=BS0=2π0，有效值E=2E。=2π，放B T T 正确；线框匀速转一周时外力做的功转化为线框产生的热 最，=会20，故C正确：从：=0到：=的过程中 R 平均感应电动势E==4,故D错误。 △t-T 2 2 11.AB二极管具有单向导电性，根据电流的热效应得 R 子=·T,又E。=BSw,解得R两端电压的有效值U 放A正确：据E=v地7是g=1山，可得g 2 梁，一个周期只有一半时间有电流，有电流通过R的半个 周期内线框磁通量的变化量为△④=2BS,所以一个周期内 通过R的电荷量q-2,故B正确；流过电阻R的电流有 效值1只紧，所以交流电流表的示数为袋，放C,D 错误。 12.(1)3.14V(2)1.57V(3)2.60V(4)1.78V (5)0.09C 解析：(1)感应电动势的峰值 Em=NBSw=100×0.5×0.12×2πV≈3.14V。 (2)线圈转过60°时的瞬时感应电动势 e=Ecos60°=3.14×0.5V=1.57V (3)由法拉第电磁感应定律可得，转过60°角的过程中产生 的平均感应电动势E=N9=N BSsin60°=100× △t T 6 05xa1' 1 2V≈2.60V。 6 (4)电压表示数为外电压的有效值，则 u-后号aa1v 5线圈转过60角的过程中通过电阻R的电荷量9=1·了 片，：m000x0文 E R+r 4+1 ≈0.09C -24 练案[20] 1.BD变压器工作的基础是互感现象，故A错误；在原线圈中 电能转化为磁场能，副线圈中磁场能转化成电能，电能是通过 磁场从原线圈传递到副线圈的，故B正确，C错误：当变压器 原线圈接人大小变化的直流电时，穿过原、副线圈的磁通量也 变化，副线圈有电压输出，故D正确。 2.AD变压器的输出电压跟输人电压以及原、副线圈匝数之比 都有关，因此需要用可拆变压器，用控制变量法进行研究，选 项A、D正确：变压器只对交流电压有作用，故不能用直流电 压表测量原、副线圈的电压，选项B错误；根据输入、输出电压 之比等于原、副线圈匝数之比可知，原线圈接0、8接线柱，副 线圈接0、4接线柱时，副线圈电压小于原线圈电压，选项C 错误。 3.(1)AD(2)D 解析：(1)本实验中，变压器的原线圈应接在交流电源上；为了 知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，需要测交 流电压，所以需要用到多用电表，故学生电源和多用电表两个 器材不能缺少，故选AD。 (2)若变压器为理想变压器，原、副线圈电压和匝数的关系为 少=，若变压器的原线圈接“0,4”接线柱，副线图接0,8” U,n 接线托·则原，线圈里装比为宁一音一了，则愿线国两骑电 压(=%，=7×24.0V=120V,本题中可拆交压器并非 理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电压表示数为 24.0V,则原线圈电压必须大于12.0V,故选D。 4.(1)A(2)n,(3)D(4)①③②④ 解析：(1)由图丙知，t1时刻前的电压值小于t2时刻后的电压 值，而周期不变，根据元，店 居=凸，减少原线圈的匝数，副线圈输 出电压U,增大，故A正确：若减小原线圈的输入电压，副线圈 输出电压U,减小，故B错误；只增大交流电源的频率，不能改 变副线圈输出电压U,,故C错误；拔掉变压器铁芯Q,副线圈 输出电压U,减小，故D错误。 (2由表中数格可知，总≠二支压器存在漏磁现泉，副线园 两端测量值小于理论值，所以连接电源的线圈是几，。 (3)为防止在变压器铁芯上产生涡流，则变压器铁芯用彼此绝 缘的硅钢片叠成，故选D。 (4)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中， 首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的 一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副 线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡 分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线 圈对调，重复以上步骤。故合理的顺序是①③②④。