交變電流產(chǎn)生 練習(xí) 高中物理新魯科版選擇性必修第二冊2022年

3.2交變電流產(chǎn)生

一、單選題

1.圖甲為小型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖，通過線圈在兩磁極間轉(zhuǎn)動給小燈泡供電，已知小燈泡獲得的交變電壓如

圖乙。則下列說法正確的是（）

A.甲圖中理想交流電壓表的示數(shù)為60V

B.乙圖中的0時刻就是甲圖所示時刻曰s)

C.乙圖中0.5x10-2s時刻，穿過甲圖中線圈的磁通量最小

D.乙圖中1.0x10-2$時刻，穿過甲圖中線圈的磁通量最小

2.關(guān)于我國家庭照明電路所用的交流電，下列說法正確的是（

電流方向每秒鐘改變50次B.電壓表達(dá)式為〃=220sin50R(V)

C.額定電壓為200V的燈泡可以直接接入使用D.耐壓為200V的電容器可以直接接入使用

3.圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場，A為交流電流表。

線圈繞垂直于磁場的水平軸0。沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖甲所示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電流隨時

間變化的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）

A.電流表的示數(shù)為20A方為父r'/A

Z/(xlO-3s)

B.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50兀rad/sR

圖甲

t=0.01s時，穿過線圈的磁通量為最大值

D.t=0s-f=0.01s時間內(nèi)，流過電阻R的電荷量為之。

5萬

4.一個單匝矩形金屬線框的面積為S,線框在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,

從線框平面與磁場垂直的位置開始計時，轉(zhuǎn)速為n,則（)

A.線框產(chǎn)生的交變電動勢的最大值為兀BS

B.線框產(chǎn)生的交變電動勢的有效值為兀8S

C.從開始轉(zhuǎn)動經(jīng)過,周期，線框中的平均感應(yīng)電動勢為2nBs

4

D.線框產(chǎn)生的交變電動勢的瞬時值表達(dá)式為c=n7tBsin2n7rt

5.正方形金屬線框MNP。的PQ邊與勻強(qiáng)磁場的邊界重合，勻強(qiáng)磁場垂直紙面，范圍足夠大，第一次將

金屬線框以速度匕勻速拉進(jìn)勻強(qiáng)磁場內(nèi)（如圖甲）；第二次金屬框以PQ邊為軸勻速轉(zhuǎn)動，MN邊的線速度

大小為嶺，線框旋轉(zhuǎn)180（如圖乙），設(shè)兩過程中線框中產(chǎn)生的焦耳熱相同，則立■等于（）

匕

6.某家用電路如圖所示，A、B間接有保險絲、交流電壓表、“220V、880W”的電飯鍋及“220V、220W”的

抽油煙機(jī).現(xiàn)接入電壓U=311sinl00m（V）的交流電，以下說法正確的是（）

A.交流電壓表的示數(shù)為311V

B.電飯鍋發(fā)熱功率是抽油煙機(jī)發(fā)熱功率的4倍

C.電路要正常工作，保險絲的額定電流不能小于5A

D.Imin抽油煙機(jī)和電飯鍋消耗的電能共為6.6x103J

7.在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示。產(chǎn)生的交變電流隨時

間變化的規(guī)律如圖乙所示。則下列說法正確的是()

A.r=0時，線圈平面與中性面重合

B.r=0.01s時，穿過交流發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大

C.該交變電流的瞬時值表達(dá)式為，=5COS(50R)A

D.若矩形線框的電阻為().4。，則線框的熱功率為5W

71

8.如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場的邊界由x軸和y=2sin彳x曲線圍成(x<2m),現(xiàn)把一邊長為2m

的正方形單匝線框以水平速度v=10m/s水平勻速地拉過該磁場區(qū)，磁場區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4T,線框電阻

R=0.5Q,不ii?一切摩擦阻力，則

A.水平拉力F的最大值為8N

B.拉力F的最大功率為12.8W

C.拉力F要做25.6J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)

D.拉力F要做12.8J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)

二、多選題

9.一個匝數(shù)為100匝，電阻為0.5。的閉合線圈處于某一磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，從某時刻起

穿過線圈的磁通量按圖示規(guī)律變化。則()

A.在0?Is內(nèi)，線圈面積有擴(kuò)大的趨勢

B.在0~ls內(nèi)，線圈中的感應(yīng)電動勢隨時間均勻增大

C.在1~1.2s內(nèi)，通過線圈任一橫截面的電荷量為2c

D.線圈內(nèi)感應(yīng)電流的有效值為26A

10.如圖甲所示，一正方形線框abed繞ab軸在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，ab邊和磁場垂直，在ab間接一理想

電流表，穿過線框的磁通量①隨時間t按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示。已知線框各邊的電阻均為1Q,則下

列說法中正確的是（）

A.當(dāng)線框平面與中性面夾角為60。時，線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值為2V

B.從圖示位置轉(zhuǎn)過90。角的過程中，通過電流表的電荷量為5x10（

C.電流表的示數(shù)為1A

D.Imin內(nèi)線框中產(chǎn)生的熱量為120J

11.如圖1所示,矩形金屬線框水平固定放置，線框所在空間內(nèi)存在與線框平面垂直且均勻分布的磁場，

規(guī)定垂直于線框平面向上為磁場正方向，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間按如圖2所示的正弦規(guī)律變化。下列說

法正確的是（）

A.0~0.005s內(nèi)，線框中的電流方向?yàn)檎\仇7

B.0?0.005s內(nèi)，線框中的電流逐漸增大

Ml圖2

C.r=0.01s時，線框中的電流方向發(fā)生改變

D.。=0時刻開始，線框中的電流按余弦規(guī)律變化

12.一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的正弦交變電流如圖所示，由圖可知錯誤的是（）

A.該交變電流的有效值為100A

B.該交流電動勢的頻率為25Hz

C.當(dāng)t=0.01s時，線圈處于中性面位置

D.當(dāng)t=0.015s時，穿過線圈的磁通量最大

13.關(guān)于中性面，以下說法正確的是（)

A.中性面就是穿過線圈的磁通量為零的面

B.中性面就是線圈中磁通量變化率為零的面

C.中性面就是線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢為零的面

D.中性面就是線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢最大的面

14.一單匝矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中，繞與磁場方向垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢隨時間按正弦規(guī)

律變化，圖像如圖所示。下列說法正確的有()

A.t=ls時線圈處于中性面位置

B.線圈轉(zhuǎn)動的頻率為2Hz

C.電動勢的有效值為22V

D.每秒鐘內(nèi)電流方向改變50次

三、解答題

15.如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T,邊長L=10cm的正方形線圈abed共100匝，線圈電阻r

=1Q,線圈繞垂直于磁感線的對稱軸00'勻速轉(zhuǎn)動，角速度co=27rrad/s,外電路電阻R=4C,求：

(1)轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值；

(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過60。角時的瞬時感應(yīng)電動勢;

(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過60。角的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢；

16.如圖所示，交流發(fā)電機(jī)的矩形金屬線圈，ab邊和cd邊的長度4=50cm,尻邊和ad邊的長度

4=20cm,匝數(shù)”=100匝，線圈的總電阻r=l()。，線圈位于磁感應(yīng)強(qiáng)度8=0.05T的勻強(qiáng)磁場中。線

圈的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)E、F(集流環(huán))焊接在一起，并通過電刷與阻值R=90Q的定值

電阻連接。初始狀態(tài)時線圈平面與磁場方向平行，現(xiàn)使線圈繞過慶?和山邊中點(diǎn)、且垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸OO'

以角速度。=400rad/s勻速轉(zhuǎn)動。電路中其他電阻以及線圈的自感系數(shù)均可忽略不計。

(1)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時，寫出線圈內(nèi)的電流隨時間變化的函數(shù)關(guān)系式；

(2)求線圈轉(zhuǎn)動過程中電阻R的發(fā)熱功率;

(3)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時，求經(jīng)過,周期時間通過電阻R的電荷量。

4

17.一個匝數(shù)為n=200的矩形線圈abed位于勻強(qiáng)磁場中，磁感強(qiáng)度大小為B=0.8T、初始位置如圖所示(線

圈平面和磁場方向平行),線圈以ab為軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為co=5rad/s,已知ab邊Li=15cm,ad邊L2=10cm,

線圈的總電阻是R=100Q?求：

(1)線圈轉(zhuǎn)動過程中的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式；

(2)線圈從初始位置開始，轉(zhuǎn)過90。角的過程中，通過導(dǎo)線截面的電量;

(3)線圈轉(zhuǎn)動1分鐘內(nèi)外力所做的功。

參考答案

1.c

【詳解】

A.由題圖乙可知交變電壓的最大值是Um=6&V,所以甲圖中理想交流電壓表的示數(shù)為

U=-^=6V

故A錯誤；

B.乙圖中的0時刻，感應(yīng)電動勢為零，甲圖所示時刻穿過甲圖中線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動勢最大，故

B錯誤；

C.乙圖中0.5x10-2$時刻，感應(yīng)電動勢最大，穿過甲圖中線圈的磁通量最小，故C正確；

D.乙圖中1.0x10-2$時刻，感應(yīng)電動勢為零，穿過甲圖中線圈的磁通量最大，故D錯誤。

故選C。

2.C

【詳解】

A.家庭照明電路所用的交變電流，頻率為50Hz,則交流電流方向每秒改變100次，選項(xiàng)A錯誤；

B.家庭照明電路頻率f=50Hz,則

co=2兀f=10()yrrad/s

所以電壓表達(dá)式為

〃=220底sin100力(V)

選項(xiàng)B錯誤；

C.照明電路的電壓是指有效值為220V,所以額定電壓為200V的燈泡可以直接接入使用，選項(xiàng)C正確;

D.交變電壓最大值

[7?,=2205/2V

耐壓為200V的電容器接入照明電路要被擊穿，選項(xiàng)D錯誤。

故選C。

3.D

【詳解】

A.由題圖乙可知交流電電流的最大值是4=100A,周期T=0.02s,由于電流表的示數(shù)為有效值，故示數(shù)

/=、=W^A=10A

V2V2

A錯誤；

B.角速度

a)=^~=2乃rad/s=1OOzrrad/s

T0.02

B錯誤；

C.0.01s時線圈中的感應(yīng)電流達(dá)到最大，感應(yīng)電動勢最大，則穿過線圖的磁通量變化最快，磁通量為0,故

線平面與磁場方向平行，c錯誤；

D.通過電阻R的電荷量為

c/=T^t

由閉合電路歐姆定律得

7=-^-

R+r

由法拉第電磁感應(yīng)定律得

—A①

E=N-,△①=8S-(―BS)=2BS

Ar

聯(lián)立以上四式得

2NBS

q=--------

R+r

根據(jù)電流的最大值

￡

/?=10V2A=mNBSco

R+rR+r

聯(lián)立解得

q春

D正確。

故選D。

4.B

【詳解】

A.因3=2兀n,則交變電動勢的最大值為

Em=BSco-InnBS

故A錯誤;

B.線框交變電動勢的有效值為

E=生=CnnBS

V2

故B正確；

C.從開始轉(zhuǎn)動經(jīng)過,周期，線框中的平均感應(yīng)電動勢為

4

不△①BS彳

E=----=-———=4ni3d

M—1xJ—

4n

故C錯誤；

D.感應(yīng)電動勢瞬時值為

e=Emsin<wr=2〃兀8Ssi〃2mtf(V)

故D錯誤。

故選B。

5.D

【詳解】

設(shè)正方形金屬線框的邊長為1，電阻為R,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,圖甲產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為&=8￡匕，時

間為

產(chǎn)生的熱量為

Qi耳山

1R'R

圖乙產(chǎn)生的感電動勢的最大值E,“=BLV2，時間為

￡

有效值E=企，產(chǎn)生的熱量為

V2

「E27tB2l3v

Q=-=------------?-

-R24R

根據(jù)題意2=。2,求得

Vj_71

^2~4

故選Do

6.C

【解析】

311

現(xiàn)接入電壓的交流電，交流電壓最大值交流電壓表的示數(shù)為有效值

u=311sin100m(V)Um=311V,U=?2

-220V,故A錯誤；電飯鍋是純電阻，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，產(chǎn)生熱量，而抽油煙機(jī)是非純電阻,

耗的電能部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能產(chǎn)生熱量.電飯鍋發(fā)熱功率是抽油煙機(jī)總功率的4倍，故B

錯誤；由公式P=UI知"220V、880W”的電飯鍋正常工作時電流為4A,“220V、220W”的抽油煙機(jī)正常工作

時電流為1A,電路要正常工作，干路中電流為5A,所以保險絲的額定電流不能小于5A,故C正確；Imin

抽油煙機(jī)和電飯鍋消耗的電能為W=Pt=l.1x103x60=6.6x105故D錯誤；故選C.

【點(diǎn)睛】

本題考查了交流電的峰值和有效值的關(guān)系，以及結(jié)合歐姆定律進(jìn)行的有關(guān)計算，知道電壓表的示數(shù)和保險

絲的電流都是指有效值.

7.D

【詳解】

A.由圖乙可知，t=0時瞬時電流最大，磁通量此時為0,所以線圈平面與中性面垂直，故A錯誤。

B.由圖乙可知,r=0.01s時電流最大，此時穿過交流發(fā)電機(jī)線圈的磁通量為0,故B錯誤。

C.由圖乙可知

im=5A

2萬27

CD=---=------100乃

T0.02

所以該交變電流的瞬時值表達(dá)式為

i=5cos(100R)A

故C錯誤。

D.有效電流為

*考A

則熱功率為

p=l?R=5W

故D正確。

故選D。

8.C

【詳解】

AB.線框切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：

nTT

E=Blv=Bvy=Bv-2sin—x=2Bvsin—x

22

當(dāng)y最大時，E最大，最大值為

Em=2Bvymax=2xO.4xlOV=8V

感應(yīng)電流最大值為

FQ

Im=y=￡A=16A

R0.5

安培力最大值

Fm=BN=0.4xl6x2N=12.8N

則拉力最大值

綜“=F=12.8N

拉力的最大功率為

p=/^mv=12.8xlOW=128W

故AB錯誤;

CD.整個過程拉力做功為

、2

巴Qnt

0△----」25.6J

R2Rv2x0.510

C正確，D錯誤。

故選C。

9.CD

【詳解】

A.在O~ls內(nèi)，根據(jù)楞次定律，原磁通量增加，為了阻礙原磁通量增加，線圈面積有減小的趨勢，故A錯

誤；

B.在O~1S內(nèi)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律

rA①

E=n----

△t

可知，磁通量的變化率保持不變，線圈中的感應(yīng)電動勢保持不變，故B錯誤;

C.根據(jù)

萬△①yE—

E=n——，1--,q=1-Af

△tR

聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得在1~1.2s內(nèi)，通過線圈任一橫截面的電荷量

故C正確；

D.根據(jù)楞次定律E=〃絲可得，在一個周期內(nèi)，即o~1.2s內(nèi)：在前1S內(nèi)，電流

2

100x0.01

E,〃△①]1ACA

1r,=—=----L=---------A=2A

1rr0.5

同理在ls~L2s內(nèi)

/2=10A

根據(jù)有效值的定義得

(2A)2x0.5。xls+(l0A)2x0.50x0.2s=72xO.5Qxl.2s

解得電流的有效值

/=2石A

故D正確。

故選CD。

10.BD

【詳解】

2冗

A.根據(jù)圖，可知線框的角速度o=^=200rad/s

線框中感應(yīng)電動勢的最大值為Em=NBSCD=N(/>m(o=4V

當(dāng)線框平面與中性面夾角為60。時6=￡,“sin60°=2由VA錯誤;

2xlQ~2

B.從圖示位置轉(zhuǎn)過90。角的過程中，通過電流表的電荷量為4=C=5X10-3CB正確;

4

EV2

C.電流表的示數(shù)為/=—%==-A,C錯誤;

R百■2

V2

D.Imin內(nèi)線框中產(chǎn)生的熱量為。=/"/x4x60J=120J,D正確。

9

故選BD。

11.AD

【詳解】

A.0~0.005s內(nèi)，由圖像可知線框的磁通量增大，原磁場方向向上，由楞次定律及右手定則，可判斷線框

中的電流方向?yàn)閛Jc仇7,所以A正確;

B.0?0.005s內(nèi)，由圖像可知磁通量的變化越來越慢，所以線框中的電流逐漸減小，所以B錯誤;

C.線框中的電流方向發(fā)生改變的位置是磁通量最大時，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化最慢的時候，所以，=0.01s時，線

框中的電流方向沒有改變，則C錯誤；

D.。=0時刻開始，線框中的電流最大，磁通量是按正弦規(guī)律變化，所以電流按余弦規(guī)律變化，則D正確；

故選AD。

12.ABC

【解析】

A.有圖可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的最大值為Im=lO0A,有效值I=^=10A,故A錯誤；

B.交流電的周期T=0.02s,故頻率f=l/T=50Hz,故B錯誤；

C.當(dāng)t=0.01s時，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大，線圈平面與中性面垂直，故C錯誤；

D.當(dāng)t=0.015s時，產(chǎn)生的感應(yīng)電流為零，此時線圈平面處于中性面位置，磁通量最大，故D正確.

本題選擇錯誤答案，故選ABC

點(diǎn)睛：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦交變電流.磁通量為零時，感應(yīng)電流最大；磁通量最大

時，感應(yīng)電流為零，線圈恰好通過中性面.經(jīng)過中性面一次，電流方向改變一次.

13.BC

【詳解】

A.中性面就是穿過線圈的磁通量最多的面，A錯誤；

BCD.線圈通過中性面時感應(yīng)電動勢為零，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢為零，就是磁通量的變

化率為零，因此中性面兒就是線圈中磁通量的變化率為零的面，BC正確，D錯誤。

故選BC。

14.AC

【詳解】

A.電動勢圖象可知，t=ls時e=0,線圈在中性面位置，A正確;

BD.圖象可知：電動勢周期為0.02s,所以頻率為50Hz,每秒鐘內(nèi)電流方向改變100次，BD錯誤;

312

C.圖象可知：電動勢的有效值為宕=22V,c正確;

故選AC。

15.(1)3.14V(2)1.57V.(3)2.6V

【解析】

【詳解】

(1)感應(yīng)電動勢的最大值為

Em=nBSco=3.14V

(2)由于線框垂直于中性面開始計時，所以瞬時感應(yīng)電動勢表達(dá)式為:

e-Emcos27vt=3.14cas2R(V)

當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過60。角時的瞬時感應(yīng)電動勢為

e=3.14cos60V=1.57V

(3)轉(zhuǎn)過60。角過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢為

0.5x0.1x0.lx

-△①BSsin60℃

E=n---=n-----：-------=lOOx2V=2.6V.