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文档介绍
吉林省吉林市第一中学2020学年高二物理上学期反馈作业(5)
5.2描述交变电流的物理量能力提升训练 ( )1.好多同学家里都有调光电灯和调速风扇,过去是用变压器来实现的.缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速,现在的调光灯和调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的.如图所示为经一双向可控硅调节后加在电灯上的电压,即在正弦式交变电流的每个二分之一周期内,前周期被截去,调节台灯上旋钮可以控制截去的多少,从而改变电灯两端的电压,那么现在电灯两端的电压为 A.Um/2 B.Um/ C.Um/2 D.Um 2.如图所示,电阻为r的矩形线圈面积为S,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动.匀强磁场的磁感应强度为B,t=0时刻线圈平面与磁场垂直,各电表均为理想交流电表,则( ) A.滑片P下滑时,电压表的读数不变 B.图示位置线圈中的感应电动势最大 C.线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为 D.1s内流过R的电流方向改变次 3.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象,如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0Ω,外接一只电阻为95.0Ω的灯泡,如图乙所示,则( ) A.电压表的示数为220V B.电路中的电流方向每秒钟改变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J 4.将硬导线中间一段折成半圆形,使其半径为R(m),让它在磁感应强度为B(T)、方向如图所示的匀强磁场中绕轴MN匀速转动,转速为n(r/s).导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P(W)的小灯泡并正常发光,电路中除灯泡外,其余部分的电阻不计,则灯泡的电阻为( ) A. B. C. D. 5.如图甲为电热毯的电路图,把电热毯接在U=311sin100πtV的电源上,电热毯被加热到一定温度后,通过装置P使输入电压变为乙所示的波形,从而进入保温状态,若电热丝电阻保持不变,此时交流电压表的读数是:________. 6.一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动,外电路电阻为R. (1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向. (2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大? (3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大? (4)设发电机由柴油机带动,其他能量损失不计,线圈转一周,柴油机做多少功? (5)从图示位置开始,线圈转过60°的过程中通过R的电量是多少? (6)图中电流表和电压表的示数各是多少? 能力提升 1.好多同学家里都有调光电灯和调速风扇,过去是用变压器来实现的.缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速,现在的调光灯和调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的.如图所示为经一双向可控硅调节后加在电灯上的电压,即在正弦式交变电流的每个二分之一周期内,前周期被截去,调节台灯上旋钮可以控制截去的多少,从而改变电灯两端的电压,那么现在电灯两端的电压为( ) A.Um/2 B.Um/ C.Um/2 D.Um 答案:A 解析:每个二分之一周期被截去周期,原电源为正弦交流电,一个周期可以看成只剩半个周期的电压,利用有效值的定义,得()2××T=×T,所以U=,故A正确. 2.(2020·汕头模拟)如图所示,电阻为r的矩形线圈面积为S,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动.匀强磁场的磁感应强度为B,t=0时刻线圈平面与磁场垂直,各电表均为理想交流电表,则( ) A.滑片P下滑时,电压表的读数不变 B.图示位置线圈中的感应电动势最大 C.线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为 D.1s内流过R的电流方向改变次 答案:D 解析:滑片P下滑时,外电阻增大,电压表的读数变大,选项A错误;图示位置,穿过线圈的磁通量最大,感应电动势为零,选项B错误;线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为,选项C错误;一个周期内两次通过中性面,电流方向改变两次,交流电的频率为,1s内流过R的电流方向改变次,选项D正确. 3.(2020·温州高二检测)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象,如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0Ω,外接一只电阻为95.0Ω的灯泡,如图乙所示,则( ) A.电压表的示数为220V B.电路中的电流方向每秒钟改变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J 答案:D 解析:电动势的有效值为E=Em=220V,所以电流的有效值为I===2.2(A) 所以电压表示数应为U=2.2×95=209(V),选项A错;交流电的频率为f==50 Hz,每个周期内电流方向改变2次,故每秒钟内电流方向改变100次,选项B错;灯泡实际消耗的功率为P灯=I2R=2.22×95.0 W=459.8 W,故选项C错;发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q=I2rt=2.22×5.0×1J=24.2J,选项D对. 4.将硬导线中间一段折成半圆形,使其半径为R(m),让它在磁感应强度为B(T)、方向如图所示的匀强磁场中绕轴MN匀速转动,转速为n(r/s).导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P(W)的小灯泡并正常发光,电路中除灯泡外,其余部分的电阻不计,则灯泡的电阻为( ) A. B. C. D. 答案:B 解析:由线圈在磁场中匀速转动所产生的感应电动势的最大值Em=BSω和ω=2nπ可知,Em=B·πR2·2nπ=π2R2nB,所以有效值E=. 由于小灯泡正常发光,所以R==, B正确. 5.如图甲为电热毯的电路图,把电热毯接在U=311sin100πtV的电源上,电热毯被加热到一定温度后,通过装置P使输入电压变为乙所示的波形,从而进入保温状态,若电热丝电阻保持不变,此时交流电压表的读数是:________. 答案:156V 解析:电压表的示数为有效值 据有效值的定义有:·T=· ∴U===156V. 6.一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动,外电路电阻为R. (1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向. (2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大? (3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大? (4)设发电机由柴油机带动,其他能量损失不计,线圈转一周,柴油机做多少功? (5)从图示位置开始,线圈转过60°的过程中通过R的电量是多少? (6)图中电流表和电压表的示数各是多少? 答案:(1)电流方向沿dcba (2)Em=NBωL2 (3)e=NBωL2 (4)W= (5)q= (6)I= U= 解析:(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba. (2)Em=NBSω=NBωL2 (3)线圈平面与B成60°角时的瞬时感应电动势 e=Em·cos60°=NBωL2. (4)电动势的有效值E= 电流的有效值I=,柴油机做的功转化为电能,线圈转一周柴油机做的功 W=EIt=t=·=. (5)因为I平均==, 故电量q=I平均·Δt==. (6)电流表显示干路电流的有效值,则读数为I==. 电压表显示路端电压的有效值,则读数为U=IR=. 5.2描述交变电流的物理量能力提升训练 ( )1.好多同学家里都有调光电灯和调速风扇,过去是用变压器来实现的.缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速,现在的调光灯和调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的.如图所示为经一双向可控硅调节后加在电灯上的电压,即在正弦式交变电流的每个二分之一周期内,前 周期被截去,调节台灯上旋钮可以控制截去的多少,从而改变电灯两端的电压,那么现在电灯两端的电压为 A.Um/2 B.Um/ C.Um/2 D.Um 答案:A 解析:每个二分之一周期被截去周期,原电源为正弦交流电,一个周期可以看成只剩半个周期的电压,利用有效值的定义,得()2××T=×T,所以U=,故A正确. 2.(2020·汕头模拟)如图所示,电阻为r的矩形线圈面积为S,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动.匀强磁场的磁感应强度为B,t=0时刻线圈平面与磁场垂直,各电表均为理想交流电表,则( ) A.滑片P下滑时,电压表的读数不变 B.图示位置线圈中的感应电动势最大 C.线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为 D.1s内流过R的电流方向改变次 答案:D 解析:滑片P下滑时,外电阻增大,电压表的读数变大,选项A错误;图示位置,穿过线圈的磁通量最大,感应电动势为零,选项B错误;线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为,选项C错误;一个周期内两次通过中性面,电流方向改变两次,交流电的频率为,1s内流过R的电流方向改变次,选项D正确. 3.(2020·温州高二检测)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象,如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0Ω,外接一只电阻为95.0Ω的灯泡,如图乙所示,则( ) A.电压表的示数为220V B.电路中的电流方向每秒钟改变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J 答案:D 解析:电动势的有效值为E=Em=220V,所以电流的有效值为I===2.2(A) 所以电压表示数应为U=2.2×95=209(V),选项A错;交流电的频率为f==50 Hz,每个周期内电流方向改变2次,故每秒钟内电流方向改变100次,选项B错;灯泡实际消耗的功率为P灯=I2R=2.22×95.0 W=459.8 W,故选项C错;发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q=I2rt=2.22×5.0×1J=24.2J,选项D对. 4.将硬导线中间一段折成半圆形,使其半径为R(m),让它在磁感应强度为B(T)、方向如图所示的匀强磁场中绕轴MN匀速转动,转速为n(r/s).导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P(W)的小灯泡并正常发光,电路中除灯泡外,其余部分的电阻不计,则灯泡的电阻为( ) A. B. C. D. 答案:B 解析:由线圈在磁场中匀速转动所产生的感应电动势的最大值Em=BSω和ω=2nπ可知,Em=B·πR2·2nπ=π2R2nB,所以有效值E=. 由于小灯泡正常发光,所以R==, B正确. 5.如图甲为电热毯的电路图,把电热毯接在U=311sin100πtV的电源上,电热毯被加热到一定温度后,通过装置P使输入电压变为乙所示的波形,从而进入保温状态,若电热丝电阻保持不变,此时交流电压表的读数是:________. 答案:156V 解析:电压表的示数为有效值 据有效值的定义有:·T=· ∴U===156V. 6.一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动,外电路电阻为R. (1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向. (2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大? (3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大? (4)设发电机由柴油机带动,其他能量损失不计,线圈转一周,柴油机做多少功? (5)从图示位置开始,线圈转过60°的过程中通过R的电量是多少? (6)图中电流表和电压表的示数各是多少? 答案:(1)电流方向沿dcba (2)Em=NBωL2 (3)e=NBωL2 (4)W= (5)q= (6)I= U= 解析:(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba. (2)Em=NBSω=NBωL2 (3)线圈平面与B成60°角时的瞬时感应电动势 e=Em·cos60°=NBωL2. (4)电动势的有效值E= 电流的有效值I=,柴油机做的功转化为电能,线圈转一周柴油机做的功 W=EIt=t=·=. (5)因为I平均==, 故电量q=I平均·Δt==. (6)电流表显示干路电流的有效值,则读数为I==. 电压表显示路端电压的有效值,则读数为U=IR=. 第二节 描述交变电流的物理量 基础夯实 1.一个照明电灯两端允许加的最大交流电压为311V,当它接入220V照明电路上,这个灯将( ) A.灯不亮 B.灯丝将烧断 C.只能暗淡发光 D.能正常发光 答案:D 解析:电灯的额定电压为U==V=220V,当它接入220V的照明电路上时能正常发光. 2.一个矩形线圈在匀强磁场中转动,产生的感应电动势e=220sin100πt,则( ) A.交流电的频率是100π B.t=0时,线圈位于中性面 C.交流电的周期是0.02s D.t=0.05s时,e有最大值 答案:BC 解析:由瞬时值表达式知:角速度ω=100πrad/s,感应电动势是按正弦规律变化. 所以t=0时,线圈平面位于中性面. 因ω=2πf,所以f===50Hz; 由T=得T=s=0.02s 当t=0.05s时,e=220sin5π=0 故B、C选项正确. 3.(2020·深圳模拟)交流电源输出的电压U随时间t变化的图线如图所示,则下列说法正确的是( ) A.交变电流的频率为50Hz B.交变电流的周期为2s C.交变电压的最大值为220V D.交变电压的有效值为220V 答案:AC 解析:由图象可知,交流电的周期为T=2×10-2s,频率f==50Hz,交变电压最大值为220V,有效值为220V,故选项A、C正确. 4.(2020·天津一中高二期中)电阻R1、R2与交流电源按照图甲方式连接,R1=10Ω,R2=20Ω,合上开关S后,通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示,则( ) A.通过R1的电流有效值为1.2A B.R1两端的电压有效值为6V C.通过R2的电流最大值是1.2A D.R2两端的电压最大值是6V 答案:B 解析:由i-t图象可知,电流最大值Im=0.6A,有效值I==0.6A,因R1与R2串联,则I1=I=0.6A,U1=IR1=6V,I2m=Im=0.6A,U2m=ImR2=12V,故A、C、D错,B正确. 5.下图表示一交流电的电流随时间而变化的图象.此交流电的有效值是( ) A.5A B.5A C.A D.A 答案:B 解析:本题要求的是矩形交变电流的有效值,与平时所熟知的正弦交变电流的有效值(即I有效=Im/)不同,因此,有的学生对这样的题目感到无从下手. 本题只能从有效值的定义出发,才能顺利解答.该交变电流通过阻值为R的电阻一个周期的时间(即0.02s)内所产生的热量为: Q交=(4)2×R×0.01+(3)2×R×0.01 设直流电流I通过电阻R一个周期的时间(即0.02s)内产生的热量为Q直=I2R×0.02 由交流的有效值定义得Q直=Q交,即 50×0.01R=I2×0.02R 则I=5A,即交变电流的有效值为5A. 6.(2020·余高中学高二期末)如图所示为交流发电机示意图,匝数为n=100匝的矩形线圈,边长分别为10cm和20cm ,内阻为5Ω,在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中绕OO′轴以50rad/s的角速度匀速转动,线圈外部与20Ω的电阻R相接.求: (1)S断开时,电压表示数. (2)电键S合上时,电压表和电流表示数. 答案:(1)50V (2)40V 2A 解析:(1)感应电动势最大值 Em=nBSω=100×0.5×0.1×0.2×50V=50V S断开时,电压表示数为电源电动势有效值E==50V. (2)电键S合上时,由闭合电路欧姆定律I==A=2.0A U=IR=2×20V=40V 即电流表示数为2A,电压表示数为40V. 7.如图所示,线圈abcd的面积是0.05m2,共100匝,线圈电阻为1Ω,外接电阻R=9Ω,匀强磁场的磁感应强度为B=T,当线圈以300r/min的转速匀速旋转时,求: (1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式. (2)线圈转过s时电动势的瞬时值为多大? (3)电路中电压表和电流表的示数各是多少? 答案:(1)e=50sin10πtV (2)43.3V (3)31.86V 3.54A 解析:分别把Em、ω的数值推算出来,代入一般表达式 Emsinωt就得出了感应电动势的瞬时值表达式,求瞬时值时,只需要把t的值代入表达式就可以了,最后一问是求线圈中的电流和线圈的端电压,注意应为有效值. (1)e=Emsinωt=NBS2πnsin(2πnt)=100××0.05×2π×sin(2π×t)V=50sin10πtV. (2)当t=s时,电动势的瞬时值e=50sin(10π×)V=43.3V. (3)电动势的有效值E==V=35.4V,电流表的示数I==A=3.54A; 电压表的示数U=IR=3.54×9V=31.86V 在求解交变电动势瞬时值时,首先要确定线圈转动从哪个位置开始,以便确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化;其次是确定线圈转动的角带度ω(以rad/s作单位);最后是确定感应电动势瞬时值表达式. 能力提升 1.好多同学家里都有调光电灯和调速风扇,过去是用变压器来实现的.缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速,现在的调光灯和调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的.如图所示为经一双向可控硅调节后加在电灯上的电压,即在正弦式交变电流的每个二分之一周期内,前周期被截去,调节台灯上旋钮可以控制截去的多少,从而改变电灯两端的电压,那么现在电灯两端的电压为( ) A.Um/2 B.Um/ C.Um/2 D.Um 答案:A 解析:每个二分之一周期被截去周期,原电源为正弦交流电,一个周期可以看成只剩半个周期的电压,利用有效值的定义,得()2××T=×T,所以U=,故A正确. 2.(2020·汕头模拟)如图所示,电阻为r的矩形线圈面积为S,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动.匀强磁场的磁感应强度为B,t=0时刻线圈平面与磁场垂直,各电表均为理想交流电表,则( ) A.滑片P下滑时,电压表的读数不变 B.图示位置线圈中的感应电动势最大 C.线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为 D.1s内流过R的电流方向改变次 答案:D 解析:滑片P下滑时,外电阻增大,电压表的读数变大,选项A错误;图示位置,穿过线圈的磁通量最大,感应电动势为零,选项B错误;线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为,选项C错误;一个周期内两次通过中性面,电流方向改变两次,交流电的频率为,1s内流过R的电流方向改变次,选项D正确. 3.(2020·温州高二检测)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象,如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0Ω,外接一只电阻为95.0Ω的灯泡,如图乙所示,则( ) A.电压表的示数为220V B.电路中的电流方向每秒钟改变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J 答案:D 解析:电动势的有效值为E=Em=220V,所以电流的有效值为I===2.2(A) 所以电压表示数应为U=2.2×95=209(V),选项A错;交流电的频率为f==50 Hz,每个周期内电流方向改变2次,故每秒钟内电流方向改变100次,选项B错;灯泡实际消耗的功率为P灯=I2R=2.22×95.0 W=459.8 W,故选项C错;发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q=I2rt=2.22×5.0×1J=24.2J,选项D对. 4.将硬导线中间一段折成半圆形,使其半径为R(m),让它在磁感应强度为B(T)、方向如图所示的匀强磁场中绕轴MN匀速转动,转速为n(r/s).导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P(W)的小灯泡并正常发光,电路中除灯泡外,其余部分的电阻不计,则灯泡的电阻为( ) A. B. C. D. 答案:B 解析:由线圈在磁场中匀速转动所产生的感应电动势的最大值Em=BSω和ω=2nπ可知,Em=B·πR2·2nπ=π2R2nB,所以有效值E=. 由于小灯泡正常发光,所以R==, B正确. 5.如图甲为电热毯的电路图,把电热毯接在U=311sin100πtV的电源上,电热毯被加热到一定温度后,通过装置P使输入电压变为乙所示的波形,从而进入保温状态,若电热丝电阻保持不变,此时交流电压表的读数是:________. 答案:156V 解析:电压表的示数为有效值 据有效值的定义有:·T=· ∴U===156V. 6.一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动,外电路电阻为R. (1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向. (2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大? (3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大? (4)设发电机由柴油机带动,其他能量损失不计,线圈转一周,柴油机做多少功? (5)从图示位置开始,线圈转过60°的过程中通过R的电量是多少? (6)图中电流表和电压表的示数各是多少? 答案:(1)电流方向沿dcba (2)Em=NBωL2 (3)e=NBωL2 (4)W= (5)q= (6)I= U= 解析:(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba. (2)Em=NBSω=NBωL2 (3)线圈平面与B成60°角时的瞬时感应电动势 e=Em·cos60°=NBωL2. (4)电动势的有效值E= 电流的有效值I=,柴油机做的功转化为电能,线圈转一周柴油机做的功 W=EIt=t=·=. (5)因为I平均==, 故电量q=I平均·Δt==. (6)电流表显示干路电流的有效值,则读数为I==. 电压表显示路端电压的有效值,则读数为U=IR=. 查看更多