3.2交变电流的产生 同步练习（含解析）

试卷第=page11页，共=sectionpages33页试卷第=page11页，共=sectionpages33页鲁科版（2019）选择性必修第二册3.2交变电流的产生一、单选题1．在如图甲所示的电路中，R1、R2是两个定值电阻且R2=2R1，与R2并联的理想二极管D，其正向电阻可视为零、反向电阻为无穷大。接线柱a、b之间加一个如图乙所示的交变电压，Uab＞0时电压为正值。则R1两端电压的有效值为（）A．10V B．10V C．20V D．20V2．如图（a），在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线框绕竖直轴逆时针匀速转动，已知线框的匝数为100匝，通过线圈的磁通量随时间t变化的关系如图（b）所示。下列说法正确的是（）A．线框转动的角速度为B．内线圈的平均感应电动势为C．时线圈的瞬时感应电动势为D．一个周期内线圈中感应电动势的有效值为3．一个电热器接在220V直流电路中，功率为1kW。若把它接在交流电路中，使其功率仍为1kW，则交流电路的电压峰值为（）A．220V B．220V C．V D．380V4．风能是一种清洁无公害的可再生能源，风力发电是利用风能的一种方式。如图是一风车照片，风带动风叶转动，风叶又带动机头的转子（永磁体）转动，从而使得定子（线圈）切割磁感线产生电能。下列说法正确的是（

）A．风叶上A点角速度大于B点角速度B．风叶上A、B两点的向心加速度相同C．风叶匀速转动时，线圈输出恒定电流D．风速变大，风叶转动加快时，输出电压变大5．如图，匀强磁场中，匝数为50匝的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，负载电阻为，线圈自身电阻忽略不计，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律，下面说法正确的是（）A．感应电流的周期为 B．时，线圈中的电流为零C．时，线圈中的电流最大 D．时间内，线圈产生的热量为6．如下图，国内某厂商开发户外大功率储能电源，方便人们到户外露营等使用，其参数如下表，下列说法正确的是（

）产品型号电池容量输出、、、、输出灯光输出功率交流电输出直流输入产品尺寸260/264/30颜色黑色净重约A．的电池额定容量，能让灯持续工作约B．交流电输出时，电流的最大值约为C．直流输入给用完电的储能电源充满电需要约D．该电池充满电后，最多能储备约电量7．如图甲所示为一小型发电机的原理图，矩形线圈的电阻为1Ω。在外力作用下矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈两端与的电阻构成闭合回路。通过电阻R的电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（）A．该发电机线圈转动的角速度为200πrad/sB．线圈转至图甲位置时，线圈中感应电流最大C．该发电机产生交流电的感应电动势峰值为VD．电阻R消耗的电功率为4000W8．某发电机输出交流电的电压瞬时值表达式为，则（

）A．该交流电的频率为100HzB．该交流电的周期为0.04sC．时，发电机的线圈位于与中性面垂直的平面上D．该交流电电压的最大值为220V9．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示。产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示。则下列说法正确的是（）A．t=0.01s时穿过线框的磁通量最小B．该交变电动势的瞬时值表达式为C．电动势瞬时值为22V时，线圈平面与磁感线的夹角为D．从计时时刻开始转过过程的平均电动势为22V10．现在市场上的调光台灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现调节的。如图，这是一个经过元件调节后加在电灯上的电压，在正弦交流电的每半个周期中都会截去前面的四分之一、现在加在电灯上的电压是（）A．-Um B． C． D．11．图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈绕OO′轴转动，若从某位置开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示，已知发电机线圈内阻为r，外接灯泡的电阻为9r，下列说法正确的是（）A．线圈是从垂直中性面位置开始计时的 B．电动势表达式为e=6sin50πt（V）C．电流方向每秒改变50次 D．灯泡两端电压的最大值为5.4V12．如图为某同学设计的一种发电装置。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角a均为，磁场均沿半径方向。N匝矩形线围abcd的边长ab=cd=L、bc=ad=2L。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。则（）A．矩形线围每转动一周，电流方向改变一次B．从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式C．线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小D．外接电阻上电流的有效值13．如图甲所示是目前市面上流行的手摇手机充电器，它体型小，携带方便，可以在紧急状态下给手机临时充电。若某人摇动手柄给手机充电时，其内部线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，当线圈转到图乙所示位置时，下列说法正确的是（

）A．线圈中无电流 B．电流方向将发生改变C．线圈中的电流最大 D．穿过线圈磁通量的变化率为014．某正弦式交变电流的电流i随时间t变化的图像如图所示。由图可知（）A．电流的有效值为10AB．电流的最大值为10AC．该交流电的周期为3sD．该交流电的频率为0.02Hz15．图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为理想交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，已知发电机线圈电阻为5Ω，外接一只阻值为5Ω的电阻R，不计电路中的其他电阻，已知电阻R两端的电压随时间变化的图像如图乙所示。则（）A．线圈的转速为100r/sB．交流电流表的示数为2AC．0.01s时线圈平面与磁场方向平行D．电阻R在1分钟内产生的热量为4800J二、填空题16．如图所示，（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。（1）图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量___________，磁通量变化率___________（填“最大”或“零”）。（2）从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是___________（填“i=Imsinωt”填“i=Imcosωt”）。（3）当线圈转到图（c）位置时，感应电流___________（填“最小”或“最大”），且感应电流方向___________（填“改变”或“不改变”）。（4）当线圈转到图（d）位置时，感应电动势___________（填“最小”或“最大”），ab边感应电流方向为___________（填“a→b”或“b→a”）。17．周期和频率的关系：T＝______或f＝______.18．交变电压u=20sin50πt（V），加在阻值为10Ω的电阻两端，该交流的周期是__________，电阻消耗的电功率是________。19．如图1所示，匝数，边长的正方形线框置于匀强磁场中，从图示位置开始计时，让线框绕垂直磁场方向的轴匀速转动，通过线框的磁通量随时间变化的图象如图2所示。(1)匀强磁场的磁感应强度为___________T；(2)线框中感应电动势的有效值为___________V；(3)线框中感应电动势的瞬时值表达式为___________。三、解答题20．如图所示，正方形线圈的边长是，共150匝，匀强磁场的磁感应强度为，当线圈以的转速绕中心轴线匀速旋转时，求：（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；（2）线图转过时电动势的瞬时值。21．在有效值为220V的交流电路中，接入50Ω的电阻，电流的有效值和最大值各是多少？这时消耗的功率是多少？22．如图所示为某正弦式交流电电压随时间变化的曲线，若将该交流电加在阻值为的定值电阻两端，求：（1）流过电阻R的电流的频率和峰值；（2）经过的时间电阻R上的产生的焦耳热Q。23．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝T，边长L＝10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路电阻R＝4Ω。求：（1）转动过程中线圈中感应电动势的最大值；（2）从图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始感应电动势的瞬时值表达式；（3）由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值；（4）线圈从开始计时经s时线圈中的感应电流的瞬时值；（5）外电路R两端电压的瞬时值表达式。24．交流发电机的原理如图甲所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示，已知线圈的电阻为，求：（1）通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少？（2）矩形线圈转动的周期是多少？（3）线圈电阻上产生的电热功率是多少？（4）保持线圈匀速转动，内外力对线圈做的功是多少？答案第=page11页，共=sectionpages22页答案第=page11页，共=sectionpages22页参考答案：1．A【解析】【详解】因为a、b加的是正弦交流电压，故有两种情况，当a点电位高于b点电位，R2被短路，则R1的电压为电源电压当a点低于b点则R1与R2串联30=I（R1+R2）R1两端电压为U2=IR1解得U2=10V根据电流的热效应，来计算R1在0-T时间内电压有效值为解得故选A。2．C【解析】【详解】A．由图（b）可知，线框中磁通量变化的周期为，角速度为A错误；B．根据法拉第电磁感应定律，可得B错误；C．时线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大，此时的瞬时感应电动势为最大值为C正确；D．根据定义可知，有效值为D错误。故选C。3．B【解析】【详解】根据交流电有效值的定义可知，若交流电和恒定电流在一段时间内产生的热量相同，该直流电的电压即为交流电的有效值，故该交流电的有效值为220V，正弦式交流电的最大值是有效值的倍，则知电压的峰值为。故选B。4．D【解析】【详解】A．因为A、B两点在同一旋转体上，则A点B点的周期相等，所以A、B的角速度相等，A错误；B．根据选项A知A、B两点加速度相同，则有，rA>rB所以A点的向心加速度大于B点，B错误；C．风带动风叶转动，风叶又带动机头的转子（永磁体）转动，从而使得定子（线圈）切割磁感线产生电能，风叶匀速转动时，内部的磁感应装置匀速切割，则产生的感应电流应为正弦（或余弦）式的交变电流，C错误；D．由于线圈转动切割磁感线，则产生的感应电动势为其中N为线圈匝数、S为线圈面积、n为线圈转速、φ为初相位，当风速变大时，风叶转速加快，输出电压变大，D正确。故选D。5．D【解析】【详解】A．过线圈的磁通量随时间的变化规律得解得周期A错误；B．时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，线圈中的电流最大，B错误；C．时，磁通量有最大值，但磁通量的变化率为零，根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零，C错误；D．感应电动势最大值有效值2个周期内线圈产生的热量D正确。故选D。6．A【解析】【详解】A．的电池额定容量，能让灯持续工作的时间为故A正确；B．交流电输出时，电流的有效值为电流的最大值为故B错误；C．直流输入的功率为直流输入给用完电的储能电源充满电需要的时间为故C错误；D．该电池充满电后，最多能储备的电量为故D错误。故选A。7．D【解析】【详解】A．由图乙可知，该发电机线圈转动周期为0.02s，角速度为故A错误；B．线圈转至图甲位置时，磁场与线圈平面垂直，线圈中感应电流最小，故B错误；C．由图乙可知最大感应电流根据闭合电路欧姆定律得交流电的感应电动势峰值为故C错误；D．由图乙可知感应电流的有效值电阻R消耗的电功率为故D正确。故选D。8．C【解析】【详解】ABD．根据表达式可知ABD错误；C．当t=0时e=0，此时线圈处在中性面上，C正确。故选C。9．C【解析】【详解】A．由图象知，t=0.01s时，感应电动势为零，则穿过线框的磁通量最大，故A错误；B．由图可知，该交变电动势的最大值周期为则该交变电动势的瞬时值表达式为故B错误；C．由瞬时值表达式可知，当时，有则可知线圈平面与磁感线的夹角为，故C正确；D．从计时时刻开始转过过程的平均电动势又有联立方程，解得故D错误。故选C。10．D【解析】【详解】设交流电的有效值为U，将交流电与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内所产生的热量，利用有效值的定义得解得U=ABC错误，D正确。故选D。11．D【解析】【详解】A．电动势随时间的变化规律从零开始，说明线圈从中性面开始转动，磁通量最大，瞬时电动势为零，A错误；B．电动势的最大值为Em=6V，而则电动势表达式为e=Emsinωt=6sin100πt（V）B错误；C．线圈每转一圈，电流改变两次方向，则电流方向每秒改变了100次，C错误；D．灯泡两端的电压最大值为Um==5.4VD正确。故选D。12．D【解析】【详解】A．矩形线围每转动一周，电流方向改变两次，选项A错误；B．两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直，线圈切割磁感线时，感应电动势不变，是方波式交流电，故B错误；C．线圈切割磁感线时，bc、ad边的运动速度为感应电动势为解得感应电流bc边所受安培力的大小选项C错误；D．一个周期内，通电时间则解得故D正确。故选D。13．C【解析】【详解】AC．当线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，产生正弦式交流电。当线圈转到图乙所示位置时，线圈中电流最大，A错误，C正确；B．线圈转到中性面时，电流方向发生改变，B错误；D．图乙所示位置为中性面的垂面，磁通量为零，但穿过线圈磁通量的变化率最大，D错误；故选C。14．A【解析】【详解】BC．根据图像，该交流电的最大电流为，周期为0.02s，故BC错误；A．电流有效值故A正确；D．该交流电的频率为故D错误。故选A。15．D【解析】【详解】A．由题图乙可知，交变电流的周期为0.02s，则线圈的转速为A错误；B．电阻R两端的电压的有效值为20V，交流电流表的示数为有效值，其值为B错误；C．0.01s时电压为零，则感应电动势为零，线圈处于中性面位置，线圈平面与磁场方向垂直，C错误；D．电阻R在1分钟内产生的热量为D正确。故选D。16．

最大

零

i=Imcosωt

最小

改变

最大

b→a【解析】【分析】【详解】（1）[1][2]图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，磁通量变化率为零。（2）[3]从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imcosωt。（3）[4][5]当线圈转到图（c）位置时为中性面，感应电流为零，最小，且感应电流方向发生改变。（4）[6][7]当线圈转到图（d）位置时，磁通量变化率最大，此时感应电动势最大，由右手定则可知，ab边感应电流方向为b→a。17．

【解析】略18．

0.04s

20W【解析】【详解】[1]交变电压u=20sin50πt（V），故最大电压为20V，角速度为50πrad/s，故周期为[2]电压的有效值为故电功率为19．

【解析】【分析】【详解】(1)[1]根据图象可知通过线框的最大磁通量为又所以；(2)[2]根据图象可知线圈转动的周期，转动的角速度为线圈在转动过程中产生的感应电动势的最大值为故线圈中感应电动势的有效值为(