高中物理 第3章 交变电流 第2节 交变电流是怎样产生的自我小测（含解析）鲁科版选修

在学生就要走出校门的时候，班级工作仍要坚持德育先行，继续重视对学生进行爱国主义教育、集体主义教育、行为规范等的教育，认真落实学校、学工处的各项工作要求交变电流是怎样产生的夯基达标1.交流发电机中的线圈在匀强磁场中匀速转动到中性面时，以下说法中正确的是( )A.感应电流方向改变一次，而感应电动势方向不变B.感应电动势和感应电流的方向都要改变一次C.磁通量最小，磁通量的变化率最大D.磁通量最大，磁通量的变化率最小2.如下图所示，观察电流表的指针，可以判定( )A.指针随着线圈转动而摆动，并且线圈每转一周，指针左右摆动一次B.当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，电流表的指针偏转最大C.当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，电流表的指针偏转最大D.感应电动势和感应电流是周期性变化的3.交流发电机在工作时的电动势为eE0sin(t) V，若将其电枢的转速提高1倍，同时将电枢所围成面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为( )A.eE0sin(t/2) V B.e2E0sin(t/2) VC.eE0sin(2t) V D.eE0/2sin(2t) V4.如下图所示，有一矩形线圈abcd在匀强磁场中分别绕轴O1O1和中轴O2O2以同样的角速度匀速转动，那么此线圈在以O1O1和O2O2分别为轴旋转到线圈平面与磁感线平行时，可产生的感应电流之比为( )A.12 B.21 C.14 D.115.如下图所示，一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，则下列说法中正确的是( )A.t0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t0.01 s时刻，磁通量的变化率最大C.t0.02 s时刻，交流电动势达到最大D.0.02 s到0.03 s的时间内，交流电的电动势在增大能力提升 6.正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图甲所示的方式连接，R10 ，交流电压表的示数是10 V，图乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象，则( )A.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iRcos100t(A)B.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iRcos50t(A)C.R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR5cos100t(V)D.R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR5cos50t(V)7.如下图所示，一根通有交变电流iImsint的长直导线与一个不通电的闭合矩形线圈在同一个水平面内，若线圈所受磁场力的合力方向背离直导线，则交变电流必处于每个周期内的( )A.第一个周期内 B.第二个周期内C.第三个周期内 D.第四个周期内8.正弦交变电压u50sin314t V加在一氖管的两端，已知当氖管两端的电压达到252 V时才开始发光，则此氖管在一个周期内发光的总时间为( )A.0.02 s B.0.002 5 s C.0.01 s D.0.005 s9.交流发电机矩形线圈边长abcd0.4 m，bcad0.2 m，共50匝，线圈电阻r1 ，线圈在B0.2 T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO以转速匀速转动，外接电阻9 ，如下图所示.求：(1)电压表读数；(2)电阻R上的电功率.10.如下图所示，边长为a的单匝的正方形线圈的磁感应强度为B的匀强磁场中，以OO边为轴匀速转动，角速度为，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R.求：(1)线圈从图示位置转过的过程中产生的热量Q；(2)线圈从图示位置转过的过程中通过线圈某截面的电量q.拓展探究 11.一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈内便产生按正弦规律变化的电流，这就是交流发电机原理.如下图所示.请思考下列问题：(1)实际的发电机，为了运转平稳，轴OO通常位于ad、bc边的中点连线上.若将轴OO向左或向右平移任意距离(小于或等于ad/2)，线圈中是否仍产生规律相同的正弦式电流，为什么？(2)若将线圈abcd换成等面积的圆形线圈，使其绕位于直径的轴匀速转动，线圈中是否仍产生规律相同的正弦式电流，为什么？(3)线圈中感应电动势E与时间t的关系表达式的形式是正弦型还是余弦型和什么条件有关？参考答案1答案：BD2解析：线圈从题图位置开始转动一周，经过中性面两次，电流方向改变两次，指针左右摆动一次；当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，切割速度最大，感应电动势最大，电流表的指针偏转最大；当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，不产生电流，电流表指针不偏转；感应电动势和感应电流是周期性变化的.答案：ACD3解析：由EmNBS可知交流发电机电枢的转速提高1倍，电枢所围成的面积减小一半，电动势的最大值不变，所以表达式为eE0sin(2t) V.答案：C4解析：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的最大感应电动势EmNBS，与转轴位置无关，因而感应电流是相同的.答案：D5解析：由图可知t0时刻线圈的磁通量最大，处于中性面位置，A项错误；t0.01 s时刻，磁通量为零，磁通量的变化率最大，B项正确；t0.02 s时刻与t0时刻的情形相同，交流电动势为零，C项错误；0.02 s到0.03 s的时间内，图中切线的斜率增加，交流电的电动势在增大，D项正确.答案：BD6解析：由图乙知周期T0.02 s 由电压表示数为10 V知R两端的电压的有效值为10 V，通过R的电流有效值，最大值所以通过R的电流随时间变化规律为iRcos100t A，电压为UR10cos100t V，选A项.答案：A7解析：线圈受力背离直导线，线圈的ab边中必须通有与直导线反方向的电流.设直导线中的交流电前半周期方向从右向左，后半周期为从左向右.则在第一个周期内，电流从右向左逐渐增大，穿过线圈垂直纸面向外的磁场增强，线圈中感应电流方向为顺时针方向，ab边中电流与直导线中电流反向；在第二个周期内，电流从右向左逐渐减小，穿过线圈垂直纸面向外的磁场减弱，ab边中电流与直导线中电流同向；在第三个周期内，电流从左向右逐渐增大，穿过线圈垂直纸面向里的磁场增强，线圈中感应电流方向为逆时针方向，ab边中电流方向又与直导线中电流反向；在第四个周期内，电流从左向右逐渐减小，同理知ab边中电流与直导线中同向.答案：AC8解析：根据交流电的瞬时表达式画出Ut图象，如下图所示. 当瞬时值为V时，对应于四个时刻(一个周期内)，即50sin314t V，sin314t，所以、，所以.答案：C9解析：(1)线圈在磁场中产生：EmNBS500.20.40.22 160 VUIR101.5 V(2)PUI1 152 W答案：(1)101.5 V (2)1 152 W10解析：本题考查对正弦式电流有效值与平均值的理解.线圈中产生的热量需从转动过程中交流的有效值考虑；通过线圈截面的电量需从交流的平均值考虑.(1)线圈转动中感应电动势的峰值EmBa2，感应电流的有效值为:.线圈转过/2的时间：，所以在转动过程中产生的热量为：.(2)线圈转过/2过程中的感应电动势和感应电流的平均值分别为：，.所以，在转动过程中流过导体截面的电量为：.答案：(1) (2) 11解析：(1)如下图设轴OO向左平移，设离a端距离为x，逆时针转动，从中性面开始计时，经时间t，线圈中的电动势eB(ab)xsintB(cd)(adx)sintB(ab)(ad)sintBSsint.由此可见，线圈中仍产生规律相同的正弦式电流，与轴的位置无关.(2)由(1)可知，线圈中的电动势EBSsint，与线圈的面积相关，与形状无关.因此，线圈中仍产生规律相同的正弦式电流.(3)由(1)的推导过程可知，若从中性面开始计时，表达式为正弦型即EEmsint；若从线圈平面与磁场方向平行的位置开始计时，表达式为余弦型即EEmcost.答案：