【2012 精品练习】高中物理 3.2交变电流是怎样产生的知能优化训练鲁科版选修3-2

1 3 23 2 交变电流是怎样产生的交变电流是怎样产生的 同步练习 鲁科版选修同步练习 鲁科版选修 3 23 2 1 下列说法不正确的是 A 交流发电机是把其他形式的能转变为电能的装置 B 交流发电机是把电能转变成其他形式能的装置 C 交流发电机中电枢和磁极不管谁转动 只要转动 就称为转子 只要不动 就称为 定子 D 交流发电机利用的是电磁感应原理 解析 选 B 交流发电机是利用线圈在磁场中转动 引起电磁感应现象形成电流 将其 他形式的能转化为电能 交流发电机的内部是由转子和定子组成的 转动的为转子 不动 的为定子 故选项 A C D 正确 B 错误 2 一线圈在匀强磁场中匀速转动 在图 3 2 12 所示的位置时 图 3 2 12 A 穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率最小 B 穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率最大 C 穿过线圈的磁通量最小 磁通量的变化率最大 D 穿过线圈的磁通量最小 磁通量的变化率最小 解析 选 C 当线框平面平行于磁感线时 磁通量最小 但E最大 即最大 t 3 某交流发电机正常工作时产生的感应电动势为e Emsin t 若线圈匝数减为原来 的一半 而转速增为原来的 2 倍 其他条件不变 则产生的电动势的表达式是 A e Emsin t B e 2Emsin t C e 2Emsin2 t D e Emsin2 t 解析 选 D 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴 该轴与线圈在同一平面内 匀速转动 从中性面开始计时时 产生的感应电动势是按正弦规律变化的 其最大值 Em NBS 当线圈匝数N 转速n发生变化时 感应电动势的最大值也可能发生变化 由 Em NBS 角速度与转速的关系为 2 n得 当N n 2n时 N 2 2 Em N BS BS 2 2n NBS 即Em Em 故e Emsin2 t N 2 故 D 选项正确 4 2011 年江苏南通调研 某交流发电机给灯泡供电 产生正弦式交变电流的图象如 图 3 2 13 所示 下列说法中正确的是 图 3 2 13 A 交变电流的频率为 0 02 Hz B 交变电流的瞬时值表达式为i 5cos50 t A C 在t 0 01 s 时 穿过交流发电机线圈的磁通量最大 D 若发电机线圈电阻为 0 4 则其产生的热功率为 5 W 解析 选 D 由图象可知交变电流的周期为 0 02 s 频率为 50 Hz A 错误 因 2 100 则瞬时值表达式i 5cos100 tA B 错 当t 0 01 s 时 感应电流最大 2 T 则穿过线圈的磁通量为零 C 错 电流的有效值I A P I2R 2 0 4 Im 2 5 2 2 5 2 2 W 5 W 所以 D 对 5 如图 3 2 14 所示 匀强磁场B 0 1 T 所用矩形线圈的匝数N 100 边长 ab 0 2 m bc 0 5 m 以角速度 100 rad s绕OO 轴匀速转动 当线圈平面通过 中性面时开始计时 求 1 线圈中感应电动势的瞬时值表达式 2 由t 0 至t 过程中的平均电动势值 T 4 图 3 2 14 解析 1 感应电动势的瞬时值e NBS sin t 由题可知S 0 2 0 5 m2 0 1 m2 abbc Em NBS 100 0 1 0 1 100 V 314 V 所以e 314 sin100 t V 2 用E N计算t 0 至t 过程中的平均电动势为 t T 4 E N N 2 0 T 4 0 BS 0 T 4 4NBS 2 即E NBS 代入数值得E 200 V 2 答案 1 e 314sin100 t V 2 200 V 一 单项选择题 1 图 3 2 15 中 哪些情况线圈中不能产生交流电 图 3 2 15 解析 选 A 线圈转动过程中磁通量发生改变时 才能产生交流电 A 项中磁通量不变 故 A 项不能产生 2 一个矩形线框的面积为S 在磁感应强度为B的匀强磁场中 从线圈平面与磁场垂 直的位置开始计时 转速为n转 秒 则 3 A 线框产生交变电动势的最大值为n BS B 线框产生交变电动势的有效值为n BS 2 2 C 从开始转动经过 周期 线框中的平均感应电动势为 2nBS 1 4 D 感应电动势瞬时值表达式为e 2n BSsin2n t 解析 选 D 转速为n转 秒 则角速度为 2 n 根据感应电动势的最大值公式 Em NBS 可以知道 电动势的最大值为 2n BS 有效值为最大值的 即为n BS 1 22 所以 A B 错 从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时 感应电动势瞬时值表达式为 e BS sin t 2n BSsin2n t D 对 由E N得平均电动势为 4nBS C 错 t 3 如图 3 2 16 所示 一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴 OO 匀速转动 沿着OO 观察 线圈沿逆时针方向转动 已知匀强磁场的磁感应强度为 B 线圈匝数为n 边长为l 电阻为R 转动的角速度为 则当线圈转至图示位置时 图 3 2 16 A 线圈中的感应电流的方向为abcda B 线圈中的感应电流为 nBl2 R C 穿过线圈的磁通量为Bl2 D 穿过线圈的磁通量的变化率为 0 解析 选 B 图示位置为垂直于中性面的位置 此时通过线圈的磁通量为零 但磁通量 的变化率最大 感应电流也最大 则I 由右手定则可判断出线圈中感应 nBS R nBl2 R 电流的方向为adcba 4 2011 年济南高二检测 小型交流发电机中 矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动 产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系 如图 3 2 17 所示 此线圈与一个R 10 的电阻构成闭合电路 不计电路的其他电阻 下列说法正确的是 图 3 2 17 A 交变电流的周期为 0 125 s B 交变电流的频率为 8 Hz C 交变电流的有效值为 A 2 D 交变电流的最大值为 4 A 解析 选 C 由题图可直接获取的信息是 交变电流的周期是 0 250 s A 错 感应电 动势的最大值为 20 V 线圈中产生的交变电流为正弦式交变电流 从而可推出 交变电流 的频率f Hz 4 Hz B 错 交变电流的最大值Im A 2 A D 错 交变 1 T 1 0 250 Em R 20 10 电流的有效值I A A 所以正确选项为 C Im 2 2 22 5 2011 年如皋高二检测 某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动 产生 4 交变电流的图象如图 3 2 18 所示 由图中信息可以判断 图 3 2 18 A 在A和C时刻线圈处于中性面位置 B 在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C 从O时刻到D时刻线圈转过的角度为 2 D 若从O时刻到B时刻历时 0 02 s 则交变电流的频率为 50 Hz 解析 选 C A C时刻电流最大 位于与中性面垂直的位置 A 错 B D时刻 电流最 小 处于中性面位置 磁通量最大 B 错 从O到D是一个周期 线圈转过的角度为 2 C 对 若从O时刻到B时刻历时 0 02 s 则交变电流的频率为 25 Hz D 错 6 一只标有 220 V 100 W 的灯泡 接在U 311sin314t V 的电源上 则下列说法 中正确的是 A 灯泡不能正常发光 B 通过灯泡的电流为i 0 45sin314t A C 与灯泡并联的交流电压表的示数为 220 V D 与灯泡串联的交流电流表的示数为 0 03 A 解析 选 C 由U 311sin314t V 可知电压峰值Um 311 V 有效值U 220 V 灯泡 能正常发光 A 错 电流的瞬时值表达式为i 0 64sin314t A B 错误 交流电压表的示 数为电压有效值 220 V C 正确 交流电流表的示数为电流有效值 0 45 A D 错 7 2011 年重庆高二检测 一矩形线圈 绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定 轴转动 线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图 3 2 19 所示 下面说法中正确的是 图 3 2 19 A t1时刻通过线圈的磁通量为零 B t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D 每当e变换方向时 通过线圈的磁通量绝对值都为最大 解析 选 D t1 t3时刻感应电动势为零 线圈位于中性面位置 所以穿过线圈的磁通 量最大 磁通量的变化率为零 A C 错误 t2时刻感应电动势最大 线圈位于中性面的垂 面位置 穿过线圈的磁通量为零 B 错误 由于线圈每过一次中性面时 穿过线圈的磁通 量的绝对值最大 e变换方向 所以 D 正确 8 一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流e 220sin100 t V 那么 2 A 该交变电流的频率是 100 Hz B 当t 0 时 线圈平面恰好与中性面垂直 C 当t s 时 e有最大值 1 200 D 该交变电流电动势的有效值为 220 V 2 解析 选 C 交变电流的周期为 0 02 s 频率为 50 Hz A 错 t 0 时 e 0 线圈处 于中性面位置 B 错 t 1 200 s T 4 时 e有最大值 C 对 有效值为 220 V D 错 5 9 如图 3 2 20 所示 单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀 强磁场中 线圈轴线OO 与磁场边界重合 线圈按图示方向匀速转动 t 0 时刻线圈平面与磁场方向垂直 规定电流方向沿abcda为正方向 则 线圈内感应电流随时间变化的图象是 图 3 2 20 图 3 2 21 解析 选 A 由楞次定律可知前半个周期感应电流沿adcba方向 后半个周期沿abcda 的方向 因线圈绕垂直磁场的轴匀速转动 所以产生正弦式交变电流 A 正确 10 2011 年泉州高二检测 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象 如图 3 2 22 甲所示 已知发电机线圈内阻为 5 0 现外接一只电阻为 95 0 的灯 泡 如图乙所示 则 图 3 2 22 A 电压表 V 的示数为 220 V B 电路中的电流方向每秒钟改变 50 次 C 灯泡实际消耗的功率为 484 W D 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为 24 2 J 解析 选 D 电动势的有效值为E V 220 V 所以电流的有效值I 220 2 2 E R r A 2 2 A 所以电压表的示数为U IR 2 2 95 0 V 209 V 选项 A 错 交 220 95 0 5 0 流电的频率为f 50 Hz 每个周期内电流方向改变 2 次 故每秒钟内电流方向改变 100 1 T 次 选项 B 错 灯泡实际消耗的功率为P灯 I2R 2 22 95 0 W 459 8 W 故选项 C 错 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q I2rt 2 22 5 0 1 J 24 2 J 选项 D 对 二 非选择题 11 如图 3 2 23 所示为演示用的手摇发电机模型 匀强磁场磁感应强度B 0 5 T 线圈匝数n 50 每匝线圈面积 0 48 m2 转速 150 r min 在匀速转动过程中 从图 示位置开始计时 图 3 2 23 6 1 写出交变感应电动势瞬时值的表达式 2 画出e t图线 解析 1 当线圈平面经过中性面开始计时 则线圈在时间t内转过角度 t 于是感 应电动势瞬时值e Emsin t 其中Em nBS 由题意知n 50 B 0 5 T rad s 5 rad s S 0 48 2 150 60 m2 Em nBS 50 0 5 0 48 5 V 188 V 所以e 188sin5 t V 2 根据交流电的方程画图线时 最大值是正弦图线的峰值 由纵轴上的刻度值标出 交流电的频率与正弦图线的周期相对应 而周期由时间轴上的刻度值标出 2 T T 2 0 4 s e t图线如图所示 答案 1 e 188sin5 t V 2 见解析 图 3 2 24 12 如图 3 2 24 所示 边长为a的单匝的正方形线圈处在磁感应强度为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R 求 1 线圈从图示位置转过的过程中产生的热量Q 2 2 线圈从图示位置转过的过程中通过线圈某截面的电荷量q 2 解析 线圈中产生的热量需从转动过程中交流电的有效值考