高中 | 交变电流的周期和频率 题目答案及解析

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选修3-2

第五章 交变电流

5.2 描述交变电流的物理量

交变电流的周期和频率

图甲是某一交流发电机的示意图,两磁极$\rm N$$\rm S$间存在可视为水平向右的匀强磁场,$\rm V$为理想电压表,电阻$R=9\;\rm \Omega$,线圈内阻$r=1\;\rm \Omega$。线圈绕垂直于磁场的水平轴$OO'$沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,通过线圈的电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

电压表的示数为$\\text{10}\\sqrt{\\text{2}}\\text{ V}$

","

线圈转动的角速度为$50\\pi\\;\\rm rad/s$

","

$t=0.01\\;\\rm s$时,穿过线圈的磁通量变化率为零

","

$0\\sim 0.005\\;\\rm s$时间内,通过电阻$R$的电荷量为$\\dfrac{\\sqrt{2}}{10\\pi}\\;\\text{C}$

"]
[["D"]]

$\rm A$.由图乙可知,电流有效值为$I=\dfrac{10\sqrt{2}}{\sqrt{2}}=10\;\rm \text{A}$

电压表的示数等于$R$两端电压有效值,则有$U=IR=90\;\rm V$

$\rm A$错误;

$\rm B$.由图乙可知,周期为$T=2 \times 10^{-2}\;\rm s$

则线圈转动的角速度为$\omega=\dfrac{2\pi}{T}=\text{100}\pi\;\text{rad/s}$

$\rm B$错误;

$\rm C$.由图乙可知,$t=0.01\;\rm s$时,感应电流最大,感应电动势最大,则穿过线圈的磁通量变化率最大,故$\rm C$错误;

$\rm D$.电动势最大值为$E_{{\rm m}}=I_{{\rm m}}(R+r)=100\sqrt{2}\;\rm \text{V}$

根据$E_{\rm m}=NBS\omega$

可得$NBS=\dfrac{E_{{\rm m}}}{\omega}=\dfrac{100\sqrt{2}}{100\pi}\ \text{Wb}=\dfrac{\sqrt{2}}{\pi}\ \text{Wb}$

$0\sim 0.005\;\rm s$时间内,磁通量变化为$\Delta\Phi=BS$

则通过电阻$R$的电荷量为$q=\overline{I}\Delta t=\dfrac{\overline{E}}{R+r}\Delta t=\dfrac{N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}}{R+r}\Delta t=\dfrac{NBS}{R+r}=\dfrac{\sqrt{2}}{10\pi}\ \text{C}$

$\rm D$正确。

故选:$\rm D$

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