人教版高中物理选修3-2高二寒假作业（五）交流电

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高二物理寒假作业（五）交流电

班 号 姓名

1．以下说法正确的是( )

A．发电机、电动机铭牌上所标数值为有效值 B．电容器的击穿电压为所加交变电压的有效值 C．交流电压表所测数值为瞬时值 D．保险丝的熔断电流为最大值 2．线圈在匀强磁场中转动产生电动势e＝10sin 20πt V，则下列说法正确的是( ) A．t＝0时，线圈平面位于中性面 B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大 C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速率最大 D．t＝0.4 s时，e有最大值102 V 3．一线圈在匀强磁场中匀速转动，在下图所示位置时( ) A．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大 C．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大 D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小

4．如下图所示，一矩形线圈abcd，已知ab边长为l1，bc边长为l2，在磁B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图示位置开始匀速转动，则t时刻线圈动势为( )

A．0.5Bl1l2ωsin ωt B．0.5Bl1l2ωcos ωt C．Bl1l2ωsin ωt D．Bl1l2ωcos ωt 5．如图(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场时(如图b)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为四幅图中正确的是( )

过ab、cd中夹角θ＝45°正．则图的感应强度为中的感应电

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6.一

正弦交流电的电压随时间变化的规律如右图所示．由图可知( )

A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin 25t V

B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电的电压的有效值为1002 V

D．若将该交流电压加在阻值为R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W 7．如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝2202sin 100πt V的交流电源上，有R＝55 Ω的负载电阻．原、副线圈匝数之比为2∶1.电流表、电压表均为理想电说法中正确的是( )

A．原线圈中电流表的读数为1 A B．原线圈中的输入功率为2202 W C．副线圈中电压表的读数为1102 V D．副线圈中输出交流电的周期为50 s 8.如右图所示为理想变压器原线圈所接交流电压的波形．原、副线圈匝数比10∶1，串联在原线圈电路中电流表的示数为1 A，下列说法正确的是( )

A．变压器输出端所接电压表的示数为202 V

B．变压器的输出功率为200 W C．变压器输出端的交流电的频率为50 Hz 202

D．穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为 Wb/s

n2

9．如图甲所示，M是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1∶n2＝10∶1，b接上一个正弦交变电流，电压随时间变化规律如图乙所示．变压器右侧部分为一系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器，值电阻．下列说法中正确的是( )

A．电压表示数为22 V

B．当传感器R2所在处出现火灾时，电压表的示数减小 C．当传感器R2所在处出现火灾时，电流表的示数减小 D．当传感器R2所在处出现火灾时，电阻R1的功率变小

10．一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R.设原线圈的电流

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副线圈接表，下列

n1∶n2＝

接线柱a、火灾报警R1为一定

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为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2，当R增大时( )

A．I1减小，P1增大 B．I1减小，P1减小 C．I2增大，P2减小 D．I2增大，P2增大 11．原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端接一正弦交变电流，为了使变压率增大，可以采取的措施有( )

A．只增加原线圈的匝数n1 C．只减少负载电阻R的阻值

B．只减少副线圈的匝数n2 D．只增大负载电阻R的阻值

器输入功

12．如图所示，由导体棒ab和矩形线框cdef组成的“10”图案在匀强磁场中一起向右匀速平动，匀强磁场的方向垂直线框平面向里，磁感应强度B随时间均匀增大，则下列说法正确的是( )

A．导体棒的a端电势比b端电势高，电势差Uab在逐渐增大 B．导体棒的a端电势比b端电势低，电势差Uab在逐渐增大 C．线框cdef中有顺时针方向的电流，电流大小在逐渐增大 D．线框cdef中有逆时针方向的电流，电流大小在逐渐增大 13．如下图(a)所示，一理想变压器有原线圈ab和副线圈cd，匝数n1∶n2＝1∶2，原线圈ab通有如下图(b)所示的正弦交变电流，那么在t时刻( )

A．铁芯中的磁通量为零 B．铁芯中的磁通量的变化率为零 C．c、d两端电压为零 D．交流电流表的示数为2 A

14．如图，MN是一根固定的通电长直导线，电流方向向上．今将一金属线框abcd上，让线框的位置偏向导线的左边，且两者彼此绝缘．当导线中的电流I突然增大时，的受力情况为( )

A．受力向右 B．受力向左 C．受力向上 D．受力为零 15．如图所示，水平铜盘半径为r，置于磁感应强度为B，方向竖直向下的匀强铜盘绕通过圆盘中心的竖直轴以角速度ω做匀速圆周运动，铜盘的边缘及中心处分滑动变阻器R1与理想变压器的原线圈相连，该理想变压器原、副线圈的匝数比为压器的副线圈与电阻为R2的负载相连，则( )

A．变压器原线圈两端的电压为Br2ω/2 B．若R1不变时，通过负载R2的电流强度为0 C．若R1不变时，变压器的副线圈磁通量为0

1D．若R1变化时，通过负载R2的电流强度为通过R1电流的 n

16．如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场有理想界面，用力将矩形线圈从磁场出．在其他条件不变的情况下( )

A．速度越大时，拉力做功越多 B．线圈边长L1越大时，拉力做功越多 C．线圈边长L2越大时，拉力做功越多 D．线圈电阻越大时，拉力做功越多 17．电阻R1、R2与交流电源按照图甲的方式连接，R1＝10 Ω，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

R2＝20 Ω.合如下图乙所中匀速拉磁场中，别通过n∶1，变放在导线线框整体比

为

＝0.2 s

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示，则( )

A．通过R1的电流有效值是1.2 A C．通过R2的电流最大值是1.2错误! A

B．R1两端的电压有效值是6 V D．R2两端的电压最大值是6错误! V

18．如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0＜θ＜90°)，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中( )

1A．运动的平均速度大小为v

2C．产生的焦耳热为qBLv

qR

B．下滑的位移大小为 BL

B2L2v

D．受到的最大安培力大小为sin θ

R

电源相连：上滑，直至电流，I2表q时，棒的

19．图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流P为滑动头．现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止．用I1表示流过原线圈的

示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值；电功率指平均值)．下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是( )

20．如图，理想变压器

原线圈与一10 V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡a和b.小灯泡a的额定功率为0.3 W，正常发光时电阻为30 Ω.已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09 A，可计算出原、副线圈的匝数比为________，流过灯泡b的电流为________A.

21．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r/min，若线圈平面转至与磁场平行时的电动势为2 V，求从1

中性面开始计时，(1)产生的交流电动势的表达式；(2)电动势的峰值；(3)从中性面起经 s，交流电动势的大小．

48

22．家庭电路的引线均有一定电阻(约几欧姆)．因此当家中大功率用电器如空调、电炉工作时，家中原来开着的电灯会变暗，下面通过一个简单的测试，可以估算出家庭电路引线部分的电阻，如右图所示，用r表示家庭电路引线部分的总电阻，为两表笔插入插座的交流电压表，M为一个额定功率为P额定电压为U额的空调(P较大)．测试时，先断开所有家电电路，测得电压为U1，再闭合电键S，测得电压为U2.

(1)试推导估算r的表达式(设电源两端电压保持恒定)；

(2)若P＝2.0 kW，U额＝220 V，测得U1＝220 V，U2＝210 V，则引线部分

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总电阻约为

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多少？

23．如图所示，正方形闭合线圈边长为0.2 m，质量为0.1 kg，电阻为0.1 Ω，在倾角为30°的斜面上的砝码质量为0.4 kg，匀强磁场磁感应强度为0.5 T，不计一切摩擦，砝码沿斜面下滑线圈开始进入磁场时，它恰好做匀速运动．(g取10 m/s2)

(1)求线圈匀速上升的速度．

(2)在线圈匀速进入磁场的过程中，砝码对线圈做了多少功？ (3)线圈进入磁场的过程中产生多少焦耳热？

高二物理寒假作业（五）交流电 参考答案

1．解析： 发电机、电动机铭牌所标数值、交流电压表、保险丝的熔断电流均为有效值，故A对，C、D错．电容器的击穿电压为最大值，B错．

答案： A

2．解析： 由电动势的瞬时值表达式，计时从线圈位于中性面时开始，所以t＝0时，线圈平面位于中性面，磁通量为最大，但此时导线线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速率为零，A、B正确，C错误．当t＝0.4 s时，e＝10sin 20πt＝10×sin(20π×0.4) V＝0，D错误．

答案： AB

ΔΦ

3．解析： 当线框平面平行于磁感线时，磁通量最小，但e最大，即最大．

Δt答案： C

4．解析： 线圈从题图示位置开始转动，电动势瞬时值表达式为e＝Emcos ωt，由题意，Em＝BSω＝Bl1l2ω，所以e＝Bl1l2ωcos ωt.

答案： D

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5．解析： 在初始位置ad和bc切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知电流的方向为a→d→c→b→a，π

是负值，选项A、B错误．当转过时刻，线圈处在中性面位置，感应电流为零，则选项C错误，选项D正确．

4

答案： D

1－

6．解析： 由图可知该交流电的周期T＝4×102 s，频率f＝＝25 Hz，ω＝2πf＝50π rad/s，电压最大值Um＝

T100U2

100 V，有效值为U＝ V＝502 V；电阻消耗的电功率P＝＝50 W；交流电压瞬时值表达式u＝100sin 50πt V．综

R2上所述，选项A、C错，B、D正确．

答案： BD

7．解析： 先计算副线圈的电压的有效值，原线圈电压的有效值为220 V，根据匝数之比可以得到副线圈的电压的有效值为110 V，根据负载电阻的大小可以知道副线圈中输出电流为2 A，根据原、副线圈的输入和输出功率相等可以知道原线圈中电流为1 A.

答案： A 8．解析：

答案： C

9．解析： 本题考查交变电流和变压器原理．由图象可知交变电流的电压有效值为220 V，因为原副线圈的匝数比为10∶1，故变压器副线圈的输出电压为22 V，而电压表测的是R2两端的电压，所以小于22 V，故A错误；当传感器R2处出现火灾时，热敏电阻R2的阻值随温度升高而减小，变压器的输出电压不变，热敏电阻与定值电阻R1分压，故R2的分压减小，电压表示数变小，B正确；R2减小时，变压器的负载电阻减小，电流增大，则原线圈的电流也增大，所以电流表的示数增大，C错误；由于负载电路的电流增大，电阻R1消耗的功率也增大，故D也错误，难度中等．

答案： B

10．解析： 考查理想变压器及其相关知识，当副线圈接的可调电阻R增大时，变压器输出功率P2减小，导致变压器输入功率P1减小，原线圈中电流I1减小，所以正确选项是B.

答案： B

n1U1U22

11．解析： 由＝知，当n1增大时，U2减小，当减小n2时，U2也减小，又根据P入＝P出＝知，A、B

n2U2R两项均错，C项对，D项错．

答案： C

12．解析： 本题考查电磁感应现象和楞次定律．对导体棒ab由右手定则可判断a端电势高，由E＝Blv可知，因为磁感应强度均匀增大，所以Uab变大，故选项A对，B错；对矩形线框cdef，由楞次定律可判断，感应电流的方向为逆时针方向，但由于磁感应强度是均匀增大，所以感应电流是恒定的，不会增大，所以选项C、D都不对．难度中等．

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答案： A 13．答案： A

14．解析： 首先判断出由于电流I增大使得穿过回路abcd的磁通量Φ是增大还是减小．由于线框位置偏向导线左边，使跨在导线左边的线圈面积大于右边面积，线圈左边部分磁感线穿出，右边部分磁感线穿入，整个线框中的合磁通量是穿出的，并且随电流增大而增大．再用“阻碍磁通量变化”来考虑线框受磁场力而将要发生运动的方向．显然线框只有向右发生运动，才与阻碍合磁通量增加相符合，因此线框受的合磁场力应向右，故正确答案为A.

答案： A

15．解析： 水平铜盘做匀速圆周运动，半径切割磁感线产生恒定的感应电动势相当于电源．当R1不变时变压器原线圈所加的是恒定电压，副线圈中的磁通量一定，磁通量的变化量为零，故其输出电压为零，分析可知A、C错，B对；当R1变化时，原线圈所加的不是交流电压，其原、副线圈的电流关系不确定，故D错．

答案： B

16．解析： 以极端情况考虑：若速度极小接近于零，则线圈中几乎没有感应电流，就无需克服安培力做功，从而速度越大时拉力做功越多；若L1极小接近于零，则L1切割磁感线产生的感应电动势便接近于零，线圈中几乎没有感应电流，也无需克服安培力做功，从而L1越大时拉力做功越多；若L2极小接近于零，则将线圈拉出时的位移接近于零，从而L2越大时拉力做功越多；若线圈电阻极大趋于无限大，则线圈中几乎没有感应电流，亦无需克服安培力做功，从而线圈电阻越大时拉力做功越小．所以应选A、B、C项．

答案： ABC

17．解析： R1与R2串联，R1与R2中的电流变化情况应相同，电流有效值I1＝I2＝0.6 A， 电流最大值I1m＝I2m＝0.62 A， 电压有效值U1＝I1R1＝6 V， U2＝I2R2＝12 V，

电压最大值U1m＝2U1＝62 V， U2m＝2U2＝122 V. 答案： B

B2L2v

17．解析：对棒受力分析如图所示．F安＝BIL＝，故D错；F安随棒的

R1

大而增大，故棒做的不是匀加速直线运动．因此运动的平均速度v≠v，A错；

2n

ΔφBLxqR可得：q＝，故棒下滑的位移x＝，B正确；求焦耳热应该用有效值，故C错．

RBLR总

答案： B

U1n1n219．解析： 当滑动头P匀速上滑时，副线圈匝数均匀增大，由＝知，U2＝U1，U2随时间均匀增大，C

U2n2n1

U

项正确；由于灯泡的电阻随温度的升高而增大，所以当电压均匀增加时，由欧姆定律I＝知灯泡中电流并非均匀增R加，而是增加的越来越慢，其I2－t图线的斜率逐渐减小，B项正确；灯泡消耗的功率N2＝U2I2，N2随时间并不是

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速度的增由

q＝

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均匀增加的，D项错误；变压器的输入功率与输出功率相等，当灯泡功率增大时，输入功率也在增大，原线圈中电流增大，A项错误．

答案： BC

U2

20．解析： 根据P＝和P＝I2R得灯泡a两端的电压U2＝PR＝0.3×30 V＝3 V，通过灯泡a的电流Ia

R＝＝

P＝R

0.3U1n1n1U110I1n2n1 A＝0.1 A，根据＝得原、副线圈匝数之比＝＝，根据＝，得副线圈上的电流I2＝I130U2n2n2U23I2n1n2

10

×0.09 A＝0.3 A．根据I2＝Ia＋Ib得，流过灯泡b的电流为Ib＝I2－Ia＝0.2 A. 3

答案： 10∶3 0.2

21．解析： (1)当线圈平面与磁场平行时，感生电动势最大为：Em＝2 V， 240

又 ω＝2πn＝2π× rad/s＝8π rad/s

60所以瞬时值表达式为：e＝Emsin ωt＝2sin 8πt V. (2)电动势的峰值为Em＝2 V.

11

8π×? V＝1 V. (3)当t＝ s时，e＝2sin ?48??48答案： (1)e＝2sin 8πt V (2)2 V (3)1 V

U222．解析： (1)断开所有家电电路时，U额＝U1，S闭合后，Ir＝2P，Ur＝U1－U2，

U额UrU1－U2

所以r＝＝·U额2.

IrU2P

(2)把U1、U2、U额、P代入公式得r＝1.15 Ω. U1－U2

答案： (1)r＝U额2 (2)1.15 Ω

U2P

23．解析： (1)设绳子的拉力为F对砝码：F＝mgsin 30°＝2 N. B2l2v对线框：F＝m2g＋ R代入数据得：v＝10 m/s. (2)W＝Fl＝2×0.2 J＝0.4 J.

(3)由能量转化守恒定律得：Q＝W－m2gl＝0.4 J－0.1×10×0.2 J＝0.2 J. 答案： (1)10 m/s (2)0.4 J (3)0.2 J。

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