3.2 交 变 电 流 的 描 述 基 础 巩 固 2021—2022 学 年 高 中 物 理 沪 教 版 （2019）选择性必修第二册 一、选择题（共 15 题） 1．一交变电压的瞬时值 u＝Umsin(100πt) V，当 t＝ 1 s V，则用交流电压表测电压时，电压 600 时，u＝5 2 表上看到的读数为(　　) A．5 2 V B．5 V C．10 2 V D．10 V 2．某交流发电机正常工作时电动势的变化规律为 e  Em sin t ，如果使发电机转子的转速提高一倍，其它 条件不变，则其电动势的变化规律将变为 A． C． e  Em sin t e  2 Em sin t B． D． 3．下列属于正弦式交流电的是（　　） A． B． C． D． e  Em sin 2t e  2 Em sin 2t 4．图甲为风力发电的简易模型，在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁铁转动，磁铁下方的线圈与电 压传感器相连，在某一风速时，传感器显示如图乙所示，则下列说法正确的是（　　） A．磁铁的转速为 10r/s B．该交流电可以直接加在击穿电压为 9V 的电容器上 C．交流的电压表达式为 u=12sin10πt（V） D．线圈两端电压的有效值为 6 2 V 5．一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生交流电动势的瞬时值为 e  220 2sin100 t  V  ，则下列说法中正 确的是 ( 　　 ) A．当 t  0 时，线圈平面与中性面垂直 B．当 t  1 s 200 时，穿过线圈的磁通量等于零 C．该交流电能让标注为“300V， 5 F ”的电容器正常工作 D．若转速 n 提高 1 倍，其他条件不变，则电动势的变化规律将变为 e  440 2sin100 t  V  6．如图所示，闭合矩形导体框在水平方向的匀强磁场中绕竖直方向的对称轴 OO'匀速转动。已知匀强磁场 的磁感应强度为 1.0T，导体框边长分别为 10cm 和 25cm，导体框从图示位置开始转动，则（　　） A．此时穿过线框的磁通量最大 B．转过 60°角时，导体框的磁通量增加了 1 Wb 80 3 C．转过 60°角时，导体框的磁通量增加了 80 Wb D．转动过程中导体框中没有感应电流 7．图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动， 产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻为 10Ω，外接一只电阻为 100Ω 的 灯泡，不计电路的其他电阻。则（　　） A．甲图中线圈位于中性面 B．该交流电的频率为 100Hz C．电压的示数为 22V D．ls 内发电机线圈产生的焦耳热为 0.4J 8．“人工肺 ecomo”呼吸机是治疗新冠肺炎重症的重要设备。呼吸机接在电压随时间变化的规律为 u=220 2 sin100πt（V）的交流电源上，正常工作时电流为 5A，则（　　） A．该交流电的频率为 100Hz B．该交流电每秒内电流方向变化 50 次 C．该呼吸机正常工作时电流的峰值为 5A D．该呼吸机正常工作时，1h 消耗的电能为 1.1 度 9．一台手摇交流发电机，线圈内阻 1.0 Ω，产生的电动势随时间变化的规律为 e＝ 10 2 sin 10 t (V)。发电机 只与 9.0 Ω 的电阻组成闭合电路。则 A．交变电流的频率为 10 Hz B．电动势的峰值为 20V C．电路中电流的有效值为 1.0 A D．一周期内外接电阻消耗电能 9.0J 10．如图甲所示为小型旋转电枢式交流发动机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕着垂直于磁场方向的 轴匀速转动。线圈的匝数 n  20 、电阻 r  5 ，线圈的两端经集流环与 R  45 的电阻连接，电流表和电 压表均为理想电表，若在 t 0  t 时刻，线圈平面与磁场方向垂直，穿过每匝线圈的磁通量 随时间 按如图乙 所示的余弦规律变化，则下列说法正确的是（　　） A．此交流发电机产生感应电动势的最大值为 B．感应电流随时间变化的函数表达式为 Em  31.4V i  0.2sin 2.5t  A  C．1min 内电阻 R 上产生的焦耳热为 60J D．线圈从图甲所示的位置转过 90�的过程中通过电阻 R 的电荷量为 0.1C 11．下列判断正确的是（　　） A．通常说的动力供电线路电压为 380V，指的是最大值 B．通常说的照明电路的电压是 220V，指的是平均值 C．交流电气设备上所标的额定电流和额定电压的数值，指的是有效值 D．一般交流电流表和交流电压表测量的数值是瞬时值 12．如图所示，图（甲）和图（乙）分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系。若使这两 种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过 A． 1: 2 B． 1: 2 1min C． 的时间，两电阻消耗的电功之比 1: 3 D． W甲乙: W 为（　　） 1: 3 13．如图甲所示，一正方形线框 abcd 绕 ab 轴在匀强磁场中匀速转动，ab 边和磁场垂直，在 ab 间接一理想 电流表，穿过线框的磁通量 Φ 随时间 t 按正弦规律变化，如图乙所示。已知线框各边的电阻均为 1Ω，则下 列说法中正确的是（　　） A．当线框平面与中性面夹角为 60°时，线框中感应电动势的瞬时值为 2V B．1min 内线框中产生的热量为 120J C．电流表的示数为 1A D．从图示位置转过 90°角的过程中，通过电流表的电荷量为 5×10-2C 14．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律 如图甲中的线 a 所示，用此线圈给图乙中的电路供电，发现三个完全相同的灯泡亮度均相同。当调整线圈 转速后，电动势的变化规律如图甲中的线 b 所示，以下说法正确的是（　　） A．转速调整后，三个灯泡的亮度仍然相同 B．线圈先后两次转动周期之比为 4：3 C． t  0 时刻，线圈平面的磁通量为零 �20π � e  40sin � t � V �3 � D．图线 b 电动势的瞬时值表达式为 15．某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和理想降压变压器组成．发电机中矩形线圈所围的面积为 S，匝数为 N，电阻不计．它可绕水平轴 OO'在磁感应强度为 B 的水平匀强磁场中以角速度 ω 匀速转动．矩 形线圈通过滑环连接变压器．R0 表示输电线的电阻，其它部分电阻忽略不计．以线圈平面与磁场平行时为 计时起点，下列判断正确的是 A．若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈的电流瞬时值最小 B．经过半个周期，电压表读数为 0 C．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为 e=NBSωsinωt D．当用户数目增多时，电压表的读数不变，电流表读数变大 二、填空题（共 4 题） 16．如图是一个正弦式交变电流的图像，由图可知，电流的峰值 Im＝________ A，有效值 I＝________ A， 周期 T＝________ s，频率 f＝________ Hz。 17．某交变电流电压表达式为 u  20sin 314tV 求这个交变电压的最大值 Um________、有效值 U________、 周期 T________、频率 f________．画出交变电流的 u-t 图__________。 18．正弦交流电是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生的．线圈中感应电动势随时间变化的规律如图所 示，则此感应电动势的有效值为________ V；周期是________ s；在 1s 内线圈中电流方向变化了________ 1 次；假设线圈的匝数为 10 匝， t  4 T 磁通量为________. 19．如图是某学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”的示意图．他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇 动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流计相连．摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场（可 视为匀强磁场）垂直．摇动时，铜芯线所围成半圆周的面积 S＝2 m2，转动角速度 计测得电路中电流 I＝40 μA，电路总电阻 R＝10 Ω，g 取 10 m/s2，  =10 2 rad/s，用电流  ＝2.25，则该处地磁场的磁感应强 2 度 B=_______;从铜芯线所在平面与该处地磁场平行开始计时，求其转过四分之一周的过程中，通过电流计 的电荷量 q=______；求铜芯线转动一周的过程中，电路产生的焦耳热 Q=________ 三、综合题（共 4 题） 20．通过某电阻的周期性交变电流的波形如图所示，求该交流电的有效值 I． 21．如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B＝0.5T，边长 L＝10cm 的正方形线圈 abcd 共 100 匝，线圈电阻 r ＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴 OO′匀速转动，每分钟转 3000 转，外电路电阻 R＝4Ω，求： （1）转动过程中感应电动势的最大值； � （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过 60 角时的瞬时感应电动势； � （3）由图示位置转过 60 角的过程中通过 R 的电荷量 q； （4）交流电压表的示数； （5）请说出几种使用交流电有效值的情况（至少说出四种） 22．如图所示为一个小型交流发电机的原理图，矩形线圈平面与磁场平行，线圈 ab 边长为 l1，bc 边长为 l2，共有 n 匝，线圈总电阻为 r，可绕与磁场方向垂直的对称轴 OO'转动；线圈处于磁感应强度为 B 的匀强 磁场中，线圈通过滑环和电刷与外电路电阻 R 连接。在外力作用 F 线圈以恒定的角速度 ω 绕轴 OO'匀速转 动（不计转动轴及滑环与电刷的摩擦）。 （1）求发电机线圈产生的感应电动势的最大值（写出计算过程）； （2）从图示位置开始计时，写出经过时间 t 感应电动势的瞬时值表达式，求线圈转动 N 周过程中电阻 R 上 产生的焦耳热。 23．如图所示，有一矩形线圈面积为 S，匝数为 N，总电阻为 r，外电阻为 R，接触电阻不计．线圈绕垂直 于磁感线的轴 OO′以角速度  匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为 B．求： (1)电阻 R 两端的电压． (2)在线圈由图示位置转过 30°过程中，通过 R 的电量． 参考答案 1．D 2．D 3．A 4．D 5．B 6．C 7．D 8．D 9．C 10．B 11．C 12．D 13．B 14．D 15．D 16． 2 1 4 0.25 17．20V 10 V 0.02s 50Hz 2 18．10 2 V 0.25 8次 19．2×10