交变电流


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

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【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

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【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$8\pi^2J$

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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

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【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

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【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?

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[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AB之间可能是直流电源

B.若接通电源后只有绿灯亮,则AB之间一定是交流电源

C.若接通电源后只有红灯亮,则AB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AB之间一定是直流电源,且A端接电源负极

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答案:BD

解析: 由于电容器具有隔直流的特性,故绿灯亮时AB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;

AB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D1D2的单向导电性,所以AB间接直流电且A端是正极时红灯亮,AB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n1n2。现测得线圈甲上的电流与电压分别为I1U1,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=______________。

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【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$P= I_1U_1+I_2U_2= I_1U_1+\dfrac{n_2}{n_1}U_1I_2$