选修3-2物理第五章交变电流

第1页共10页第五章交变电流一、选择题1、欲增大交流发电机的感应电动势而不改变频率，下面措施中不能采用的是（）A．增大转速B．增大磁感应强度C．增加线圈匝数D．增大线圈的包围面积2．一个矩形线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生交变电动势的瞬时表达式为e=102sin4t，则（）A．该交变电动势的频率为2HzB．零时刻线圈平面与磁场垂直C．t＝0.25s时，e达到最大值D．在1s时间内，线圈中电流方向改变100次3．我国家庭照明电路电压瞬时值可表示为（）A．u＝380sin3.14tVB．u＝311sin314tVC．u＝220sin314tVD．u＝36sin0.02tV4．一交变电流的图象如图1所示，由图可知（）A．用交流电流表测该电流，示数为10AB．该交变电流的频率为100HzC．该交变电流的有效值为102AD．该交变电流瞬时值为i＝102sin628t5．如图2所示，正弦交流电压U的最大值为311V，负载电阻为100Ω，若不考虑电表内阻对电路的影响，则交流电流表和电压表的读数分别为（）A．2.2A311VB．3.1A311VC．2.2A220VD．3.1A220V6．某电热器接在36V直流电源上正常工作，功率为P。若接到u＝36sinωtV交流电源两极间，电热器的电阻不变，则它的功率为（）A．PB．22PC．21PD．41P7．在电工和电子技术中使用的扼流圈有两种：低频扼流圈和高频扼流圈。它们的区别在于（）A．低频扼流圈的自感系数较大B．高频扼流圈的自感系数较大图1图2第2页共10页C．低频扼流圈能有效地阻碍低频交变电流，但不能阻碍高频交变电流D．高频扼流圈能有效地阻碍高频交变电流，但不能阻碍低频交变电流8．变压器原线圈1400匝，副线圈700匝并接有电阻R，当变压器工作时原、副线圈中（）A．电流频率之比为2∶1B．输入和输出功率之比为2∶1C．电流之比为2∶1D．输入端和输出端电压之比为2∶19．一理想变压器的原、副线圈匝数之比为4∶1，若在原线圈上加u＝1410sin100tV的交变电压，则在副线圈的两端用交变电压表测得的电压是（）A．250VB．352.5VC．203.8VD．327.5V10．一理想变压器变压比为20∶1，原线圈接入220V电压时，将副线圈拆去18匝，输出电压为8V，则该变压器原线圈的匝数应为（）A．495匝B．1320匝C．2640匝D．990匝11．如图3所示，理想变压器原线圈接在电压恒定不变的交变电源上，副线圈接有两个灯泡L1、L2和一个电阻R。开始时，开关S是断开的。现将S闭合，则（）A．副线圈两端的输出电压减小B．L1变暗C．原线圈的输入电流增大D．交变电源的输出功率将增大12．分别用220V和1100V的电压输电，输送电功率相同，导线材料和送电距离也相同。若要输电线路上的功率损失也相同，则所用导线的截面积之比是（）A．25∶1B．5∶1C．1∶5D．1∶2513．如图4所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源u＝2202sin100t。若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是（）A．电流表示数增大B．电流表示数不变C．灯泡变暗D．灯泡亮度不变图3图4第3页共10页14．如图5所示，三只完全相同的灯泡a、b、c分别与电阻R、电感L、电容C串联，再将三者并联，接在220V，50Hz的交变电压两端，三只灯泡亮度相同。若只将交变电压的频率改为60Hz，则（）A．三只灯泡亮度不变B．三只灯泡都将变亮C．a亮度不变，b变亮，c变暗D．a亮度不变，b变暗，c变亮15．如图6所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5，原线圈两端的交变电压为u＝202sin100t，氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有（）A．开关接通后，氖泡的发光频率为100HzB．开关接通后，电压表的示数为100VC．开关断开后，电压表的示数变大D．开关断开后，变压器的输出功率不变二、填空题16．一闭合线圈在匀强磁场中做匀角速转动，角速度为240rad/min，当线圈平面转动至与磁场平行时，线圈的电动势为2.0V。设线圈从垂直磁场瞬时开始计时，则该线圈电动势的瞬时表达式为__________________；电动势在241s末的瞬时值为_________。17．如图所示，7-a为电热毯的电路示意图，电热毯接在的电源插座上，电热毯被加热到一定程度后，由于装置P的作用，使加在电热丝ab两端的电压变成如图7-b所示的波形，从而进入保温状态。若电热丝的电阻保持不变，此时图甲中交流电压表读出交流电的有效值是____________V。18．将u＝1102sin100πt的交变电压接到“220V，100W”的灯泡两端，设灯丝的电阻不随温度变化，流过灯泡电流的最大值为________A；灯泡消耗的实际功率为_______W．图6ab图7图5第4页共10页19.图8为一个交变电流随时间变化的图象，则此交变电流的电流有效值是________A。三、计算题20．如图9所示，今有一个长20cm、宽10cm，共有500匝的矩形线圈，在外力作用下在B＝0.10T匀强磁场中，以恒定的角速度＝100rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，发电机线圈两端与R＝100Ω的电阻构成闭合回路。求：（1）线圈转动时产生感应电动势的最大值；（2）从线圈平面通过中性面时开始，线圈转过90º角的过程中通过电阻R横截面的电荷量；（3）线圈匀速转动10s，电流通过电阻R产生的焦耳热。21．发电厂的交流发电机输出电压恒为500V，输出功率为100kW。要将电能输送到远处的工厂。设计输电线上的功率损失为2%，输电线总电阻为20Ω，用户得到的电压220V。求：发电厂附近的升压变压器和用户附近的降压变压器的匝数比各多大？（所用变压器都看作理想变压器）22．有一交变电压的变化规律为u＝311sin314t，如果某个氖管，它的两端电压等于或大于220V时就会产生辉光，而小于220V则不会产生辉光，给这只氖管两端加上述电压，则在1s内氖管发光的时间是多少？RO′O图9图8第5页共10页23．用均匀的金属丝绕成的长方形线框abcd，ad＝bc＝3l，ab＝cd＝l，线框可以绕ad、bc边上的MN轴以角速度匀速转动，MN左侧空间无磁场，右侧空间中分布有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，MN恰在磁场边界上，aM＝bN＝2l，回路总电阻为R，初始时，线框平面垂直于磁场，如图10所示。求：图10（1）以电流方向沿abcda时为正，在i-t坐标系中作出电流随时间变化的图像（两个周期），并注明必要的坐标值（峰值、周期等）及其计算过程。（2）此电流的有效值I等于多少？第6页共10页参考答案一、选择题1．A解析：转速提高后，交流电的频率会发生变化。2．AB解析：频率为2Hz，1s内线圈中电流方向改变4次。3．B4．ABD5．C6．C解析：功率要用有效值计算。7．A解析：低频扼流圈不仅对低频交流电有较大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用更大，相对高频扼流圈它的自感系数要大。高频扼流圈对低频交流电也有阻碍作用，只是比对高频交流电的阻碍作用要小。8．D9．A解析：交变电压表测得的电压是有效值。10．B解析：原来21nn＝120，将副线圈拆去18匝后，1821－nn＝8220，两式联立得出结果。11．BCD解析：副线圈两端电压由电源输入电压和原、副线圈匝数比决定，与开关通断无关，所以A错误。开关闭合后，副线圈右侧回路中的电阻减小，电流I2增加，P2增加，P2＝P1＝U1I1，所以交变电源的输出功率变大，原线圈的电流也增大。副线圈两端的电压不变，两灯并联，总电阻减小，R两端电压变大，因此灯L1两端的电压变小，将变暗。12．A解析：输电线上损失的功率为P损＝I2R＝(UP)2Sl，输送电功率P相同，导线材料l和送电距离都相同时，导线横截面积S与电压U2成反比。13．C解析：由交流电压的瞬时值表达式可知电源频率开始为50Hz，当变为100Hz时，线圈的感抗增大，则线路中电流减小，电灯消耗的电功率减小，灯泡变暗。第7页共10页14．D解析：当电压的频率增高时，纯电阻支路的电流没发生变化；而电感性电路对高频交流电的阻碍作用强了，因此，b会变暗；电容性电路对高频交流电的阻碍作用减小，因此，c灯会变亮15．AB解析：变压器不改变交变电流的频率，原线圈的频率为50Hz，故副线圈中电流的频率为50Hz。由于在一个周期的时间内氖泡要发光两次，故氖泡发光频率为100Hz。原线圈电压的有效值为20V，根据变压比知副线圈两端的电压有效值为100V，此即交流电压表的示数。开关断开后，电压表永远测的是线圈两端电压，保持不变。开关断开，负载电阻增大电压不变，故输出功率减小。二、填空题16．e＝2.0sin4t；e＝1V解析：当线圈平面转动至与磁场平行时，此时两边都垂直切割磁感线，线圈的电动势为最大值，角频率＝240rad/min＝4rad/s，e＝Emsint＝2.0sin4tV。17．156V解析：图乙的交流电与正弦交流电相比，在一个周期内产生的热量减小了一半。峰值为311V的正弦交流电电压的有效值是U'＝2mU＝2311＝220V，此交变电流在一个周期T内通过电阻R产生的热量为Q1＝RU2·2T，若有一电压为U的直流电也在T时间内通过电阻R，则产生的热量为Q2＝RU2T，根据有效值的定义有Q1＝Q2，所以，此交变电流电流的有效值为156V。18．0.23A；25W解析：灯丝电阻为484Ω，电压的有效值为110V，Im＝2225＝0.23A，P＝UI＝25W19．5A解析：设此交变电流有效值为I，则在一个周期T内通过电阻R产生的热量为Q1＝(42)2R·2T＋(32)2R·2T若有一电流为I的直流电也在T时间内通过电阻R，则产生的热量为Q2＝I2RT根据有效值的定义有Q1＝Q2所以，此交变电流电流的有效值为5A。第8页共10页三、计算题20．解答（1）线圈中感应电动势的最大值Em＝nBS＝3.1×102V（2）设从线圈平面通过中性面时开始，线圈转过90º角所用时间为Δt。线圈中的平均感应电动势E＝tnΔΔ＝ntBSΔ通过电阻R的平均电流I＝RE＝tRnBSΔ在Δt时间内通过电阻横截面的电荷量Q＝IΔt＝Q＝RnSB=1.0×10－2C（3）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流，电阻两端电压的有效值U＝22Em。经过t＝10s，电流通过电阻产生的焦耳热Q热＝RU2t解得Q热＝4.9×103J21．解答：Pr＝2%P1＝2000W，由Pr＝Ir2·r，得Ir＝10A，即升压变压器次级线圈的电流I1'和降压变压器初级线圈的电流I2都是10A。升压变压器初级线圈的电流I1＝11UP＝200A，因此11nn＝11II＝201；升压变压器次级线圈电压U1'＝10000V，输电线上的电压损失Ur＝Ir·r＝200V，因此降压变压器初级线圈电压为U2＝U1'－Ur＝9800V，因此22nn＝22UU＝2208009＝11490。22．解答：氖管的辉光电压是220V，即电压大于220V，氖管中的惰性气体被击穿，产生辉光放电。所以1s内氖管发光的时间就是电压大于220V的时间。由题可知：＝314rad/sT＝2π＝3142πs＝501s当u＝311sin314tV＝220V时：可得在0～2T（1001s）内，有t1＝4001s，t2＝4003s即在0～2T内，氖管发光时间为Δt＝t2－t1＝（4003－4001）s＝2001s第9页共10页同理：在2T～T内，氖管发光时间仍为2001s所以，在1s内氖管发光时间为t＝2Δt×T1＝100Δt＝0.5s。23．解答：线圈有一部分在磁场中运动，另一部分在磁场外，而且转轴不在中间，左右不对称，与那种典型的正弦交流发电机结构有着明显的不同，解答此题，也同样不能直接套用现成的公式，只能从最基本的电磁感应原理出发进行分析求解。（1）如图所示为俯视图，从