如图所示,正弦式电流经过半波整流器后,电流波形正好去掉了半个周期。这种单向电流的有效值是?
A、2A B、1A
C、$\dfrac{\sqrt{2}}{2}$A D、$\sqrt{2}$A
【答案】B
【解析】有效值是指在一个周期内做相同的功的所需的直流电,一般情况下,交流电部分分段计算所有的功,然后等效直流电做功即可。
0-0.1s是半个周期,其有效值依然是$i_y=\dfrac{2}{\sqrt{2}}$
0.1-0.2做功为0
故:$\dfrac{2}{\sqrt{2}}^2R\times0.1s+0=i_有R\times 0.2s$
解得:$i_有=1A$
交流发电机线圈电阻r=1 Ω,用电器电阻R=9 Ω,电压表示数为9 V,如图所示,那么该交流发电机( )
A. 电动势的峰值为10 V
B. 电动势的有效值为9 V
C. 交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为$10\sqrt{2}$
D. 交流发电机线圈自中性面转过90°时电动势达到峰值
【答案】D
【解析】电压表测得是有效电压,值得注意的是,在电路中测的是外电路的有效电压,而不是电动势。
根据欧姆定律:$\dfrac{E}{R+r}R=\dfrac{E}{9+1}9=9v$
解得E=10V
在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化,设线圈总电阻为2Ω,则( )
A. t=0时,线圈平面平行于磁感线
B. t=1s时,线圈中的电流改变方向
C. t=1.5s时,线圈中的感应电动势最大
D. 一个周期内,线圈产生的热量为$8\pi^2J$
答案】AD
【解析】A. 根据图象可知,在t=0时穿过线圈平面的磁通量为零,所以线圈平面平行于磁感线,故A正确;
B. $Φ-t$图象的斜率为$\dfrac{△Φ}{△t}$,即表示磁通量的变化率,在0.5s-1.5s之间,“斜率方向“不变,表示的感应电动势方向不变,则电流强度方向不变,故B错误;
C. 根据法拉第电磁感应定律可得$E=N\dfrac{△Φ}{△t}$,所以在t=1.5s时,斜率为零,则感应电动势为零,故C错误;
D. 感应电动势的最大值为$E_m=NBS\omega=100 \times 0.04 \times \dfrac{2\pi}{2}V=4\pi V$
有效值$E=\dfrac{E_m}{\sqrt{2}}=2\sqrt{2}\pi V$,根据焦耳定律可得一个周期产生的热为
$Q=\dfrac{E^2}{R}T=\dfrac{8\pi^2}{2}\times2=8\pi^2J$
故D正确
图甲为一台小型发电机示意图,产生的感应电动势随时间变化如图乙所示。已知发电机线圈的匝数为100匝,电阻r=2Ω,外电路的小灯泡电阻恒为R=6Ω,电压表、电流表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A. 电压表的读数为4V
B. 电流表读数0.5A
C. 1秒内流过小灯泡的电流方向改变25次
D. 线圈在$t=1×10^{-2}$时磁通量为0
【答案】B
【解析】A、B、由图象可知,电动势最大值为$E_m=4\sqrt{2}V$
所以有效值为:$E=\dfrac{E_m}{\sqrt{2}}=4V$
电路中电流为: $I=\dfrac{E}{R+r}=\dfrac{4}{6+2}A=0.5A$
电压表的读数为: $U=IR=0.5 \times 6=3v$
所以A错误,B正确;
C、由图象可知,周期为T=0.04s,所以频率为25Hz,线圈转一圈,电流方向改变2次,所以1秒内流过小灯泡的电流方向改变50次,C错误;
D、由图知,线圈在$t=1×10^{-2}$时,感应电动势为0,此时磁通量最大,D错误;
如图所示电路,电阻$R_1$与电子$R_2$串联接在交变电源上,且$R_1=R_2=10Ω$,正弦交流电的表达式为$u=20\sqrt{2}sin100\pi t(V)$,$R_1$和理想二极管D(正向电阻为零,反向电阻为无穷大)并联,则$R_2$的电功率为()
A、10W
B、15W
C、 25W
D、30W
【答案】B
【解析】由$u=20\sqrt{2}sin100\pi t(V)$可知,此时有效值为20V
基本思路,把交流电一个周期所做的功分段算出,然后加起来,得到一个总功,然后用总时间xP,此时的P就是有效值。
需要注意的是凡是完整的半个周期,四分之一周期的有效值都是$E_M/\sqrt{2}$
$\dfrac{E^2}{R_2}\times T+\dfrac{(\dfrac{E}{2})^2}{R_2}\times T=2T\times P$
$\dfrac{20^2}{10}\times T+\dfrac{10^2}{10}\times T=2T\times P$
$P=25$
小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线圈匝数n=100,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化,如图所示。发电机内阻r=5.0 Ω,外电阻R=95 Ω。求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数?
[解析] 从Φt图像可得Φm=1.0×10-2 Wb,
T=3.14×10-2 s,电路中电流的最大值为
$I_m=\dfrac{E_m}{R+r}=\dfrac{n\omega \varPhi_m}{R+r}=\dfrac{2\pi n \varPhi_m}{T(R+r)}$,电流表显示交流电的有效值,所以$I=\dfrac{I_m}{\sqrt{2}}=1.4A$。
[答案] 1.4 A
[多选](2020·安徽“十校”联考)如图所示是一个判定电源性质的仪器,电感L自感系数很大,下列说法正确的是( )
A.若接通电源后只有绿灯亮,则A、B之间可能是直流电源
B.若接通电源后只有绿灯亮,则A、B之间一定是交流电源
C.若接通电源后只有红灯亮,则A、B之间一定是直流电源,且A端接电源负极
D.若接通电源后只有黄灯亮,则A、B之间一定是直流电源,且A端接电源负极
答案:BD
解析: 由于电容器具有隔直流的特性,故绿灯亮时A、B之间必是交流电源,此时红灯和黄灯都不亮,则是由于线圈L具有阻交流的作用,B正确,A错误;
当A、B之间接入直流电时,绿灯不亮,此时红灯亮还是黄灯亮,则必须考虑二极管D1和D2的单向导电性,所以A、B间接直流电且A端是正极时红灯亮,A、B间接直流电且B端是正极时黄灯亮,C错误,D正确。
(“卓越”自主招生)如图,理想变压器有两个接有电阻的独立副线圈甲、乙,其匝数分别为n1和n2。现测得线圈甲上的电流与电压分别为I1和U1,线圈乙上的电流为I2,则线圈乙上的电压U2=________,原线圈上的输入功率P=______________。
【答案】$\dfrac{n_2}{n_1}U_1$ ,$I_1U_1+\dfrac{n_2}{n_1}U_1I_2$
【解析】由变压器变压公式,$\dfrac{U}{n}=\dfrac{U_1}{n_1}=\dfrac{U_2}{n_2}$,线圈乙上的电压$U_2=\dfrac{n_2}{n_1}U_1$。由理想变压器功率关系可得:原线圈上的输入功率$P= I_1U_1+I_2U_2= I_1U_1+\dfrac{n_2}{n_1}U_1I_2$