2019-2020年高中物理 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.doc

2019-2020年高中物理 3.2交变电流是怎样产生的知能优化训练 鲁科版选修3-21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3212所示的位置时()图3212A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3某交流发电机正常工作时产生的感应电动势为eEmsint，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()AeEmsintBe2EmsintCe2Emsin2t DeEmsin2t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EmNBS.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EmNBS，角速度与转速的关系为2n得，当N、n2n时，2，EmNBSBS(22n)NBS，即EmEm，故eEmsin2t，故D选项正确4(xx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3213所示，下列说法中正确的是()图3213A交变电流的频率为0.02 HzB交变电流的瞬时值表达式为i5cos50t AC在t0.01 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100，则瞬时值表达式i5cos100tA，B错；当t0.01 s时，感应电流最大，则穿过线圈的磁通量为零，C错；电流的有效值I A，PI2R()20.4 W5 W，所以D对5如图3214所示，匀强磁场B0.1 T，所用矩形线圈的匝数N100，边长ab0.2 m，bc0.5 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t0至t过程中的平均电动势值图3214解析：(1)感应电动势的瞬时值eNBSsin t，由题可知S0.20.5 m20.1 m2，EmNBS1000.10.1100 V314 V，所以e314 sin100t V.(2)用EN计算t0至t过程中的平均电动势为： ENN，即ENBS，代入数值得E200 V.答案：(1)e314sin100t V(2)200 V一、单项选择题1图3215中，哪些情况线圈中不能产生交流电()图3215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()A线框产生交变电动势的最大值为nBSB线框产生交变电动势的有效值为nBS/2C从开始转动经过周期，线框中的平均感应电动势为2nBSD感应电动势瞬时值表达式为e2nBSsin2nt解析：选D.转速为n转/秒，则角速度为2n，根据感应电动势的最大值公式EmNBS可以知道，电动势的最大值为2nBS，有效值为最大值的，即为nBS，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eBSsint2nBSsin2nt，D对由EN得平均电动势为4nBS，C错3如图3216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3216A线圈中的感应电流的方向为abcdaB线圈中的感应电流为C穿过线圈的磁通量为Bl2D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电流的方向为adcba.4(xx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3217所示此线圈与一个R10 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3217A交变电流的周期为0.125 sB交变电流的频率为8 HzC交变电流的有效值为 AD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 Hz4 Hz，B错；交变电流的最大值Im A2 A，D错；交变电流的有效值I A A所以正确选项为C.5(xx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，产生交变电流的图象如图3218所示，由图中信息可以判断()图3218A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2D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U311sin314t 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i0.45sin314t AC与灯泡并联的交流电压表的示数为220 VD与灯泡串联的交流电流表的示数为0.03 A解析：选C.由U311sin314t V，可知电压峰值Um311 V，有效值U220 V，灯泡能正常发光，A错；电流的瞬时值表达式为i0.64sin314t 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(xx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3219所示下面说法中正确的是()图3219At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3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e220sin100t(V)，那么()A该交变电流的频率是100 HzB当t0时，线圈平面恰好与中性面垂直C当t s时，e有最大值D该交变电流电动势的有效值为220 V解析：选C.交变电流的周期为0.02 s，频率为50 Hz，A错t0时，e0，线圈处于中性面位置，B错t1/200 sT/4时，e有最大值，C对有效值为220 V，D错 9如图3220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，t0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 3220图3221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(xx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3222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3222A电压表V的示数为220 VB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 WD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 V220 V，所以电流的有效值I A2.2 A，所以电压表的示数为UIR2.295.0 V209 V，选项A错；交流电的频率为f50 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次，选项B错；灯泡实际消耗的功率为P灯I2R2.2295.0 W459.8 W，故选项C错；发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为QI2rt2.225.01 J24.2 J，选项D对二、非选择题11如图3223所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B0.5 T，线圈匝数n50，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3223 (1)写出交变感应电动势瞬时值的表达式； (2)画出et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eEmsint，其中EmnBS.由题意知n50，B0.5 T，rad/s5 rad/s，S0.48 m2，EmnBS500.50.485 V188 V，所以e188sin5t(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，T2/0.4 s，et图线如图所示答案：(1)e188sin5t(V)(2)见解析图322412如图3224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)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.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虑；通过线圈截面的电荷量需从交流电的平均值考虑(1)线圈转动中感应电动势的峰值EmBa2，感应电流的有效值为：I线圈转过/2的时间：t所以在转动过程中产生的热量为：QI2Rt()2R.(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荷量为：qt.答案：(1)(2)