3.2交变电流的产生 同步练习（Word版含解析） (2).docx

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，Ri、&是两个定值电阻且&=2Q,与&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，。劭0时电压为正值。则R/两端电压的有效值为（）A. 10V5VB. 10VC. 2075 VD. 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，通过线圈的磁通量中随时间，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50/rrad/sB. 00.01s内线圈的平均感应电动势为20VC. 0.05s时线圈的瞬时感应电动势为20;rVD. 一个周期内线圈中感应电动势的有效值为50万rV3 . 一个电热器接在220V直流电路中，功率为IkW。若把它接在交流电路中，使其功率仍为IkW,则交流电路的电压峰值为（）A. 220VB. 22072 V220D. 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（）参考答案:1. A【解析】 【详解】U =塌=30丫V2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，&被短路，则 /的电压为电源电压30=/ (R1+R2)当a点低于b点则火/与心串联U2=IRiA/两端电压为解得02=1OV根据电流的热效应，来计算Q在0-7时间内电压有效值为U； T Ul T R R 2 R 2 解得U = 10 氐故选Ao2. C【解析】 【详解】A.由图（b）可知，线框中磁通量变化的周期为0.02s,角速度为 2乃 cd =1 OOrad/s TA错误；B.根据法拉第电磁感应定律，可得 A E = N'= 40V AtB错误；C. 0.05s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答案第1页，共13页C正确;D.根据定义可知，有效值为Em = NBSco = 20 乃 VFE 二V2= 10V2VD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 有效值的近倍，则知电压的峰值为220日V。故选Bo4. D【解析】【详解】A.因为/、8两点在同一旋转体上，则Z点8点的周期相等，所以力、8的角速度相等，A错误；B.根据选项A知4、3两点加速度相同，则有a = ctTr , rA > rB所以4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u = IjiNBSn sin（2;rr + （p）其中N为线圈匝数、S为线圈面积、"为线圈转速、9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。答案第2页，共13页5. D【解析】【详解】A.过线圈的磁通量随时间，的变化规律O = 0.04 sin Wb)得2万(D = 71T解得周期T = 2sA错误；B. % = ls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.，= 1.5s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27rE = NBSco = N ,=2Vmm 1有效值£ =隼=岳VV22个周期内线圈产生的热量p2Q = x2T = 8»2j RD正确。故选Do6. A【解析】【详解】A. 10%的电池额定容量，能让LED灯持续工作的时间为0AW 0.1x291.6, A =h »1(1 p31 LED故A正确；B.交流电输出时，电流的有效值为答案第3页，共13页% 300 A 15U 交 220电流的最大值为故B错误；C.直流输入的功率为/交m =而交A H 1.93A直流输入给用完电的储能电源充满电需要的时间为2291.685h3.43h故C错误;D.该电池充满电后，最多能储备的电量为q = lt = Sx 3600C = 291600C故D错误。故选Ao7 . 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2"（D =1 OOrad/sT故A错误；8 .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* = 20 正 A根据闭合电路欧姆定律得交流电的感应电动势峰值为Em=/m（R+r） = 22O0V故C错误；D.由图乙可知感应电流的有效值答案第4页，共13页，=3=20A有V2电阻火消耗的电功率为故D正确。故选Do8. C【解析】【详解】ABD.根据表达式可知p=%R = 4000WUm = 22(XVo> = 100rad/s27rT = = 0.02sco/ = _L = 50HzABD错误;C.当仁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，a0.01s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Em=22y/2VT = 0.02s周期为则co =藻= 100tt rad/s该交变电动势的瞬时值表达式为答案第5页，共13页故B错误;C.由瞬时值表达式可知，当时，有= 2272 sin lOOTcr(V)= 2272 sin 100( V)e = 22Vsinl00r = 2则可知线圈平面与磁感线的夹角为45°,故C正确;D.从计时时刻开始转过90°过程的平均电动势E = n = nAr0-BS_4nBS又有=nBSa)= 22y/2V联立方程，解得E«19.8V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心 分析一个周期内所产生 的热量，利用有效值的定义得(乌2. J 42 TR 2 R解得UU= 2ABC错误，D正确。答案第6页，共13页 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£m=6V,而co = = 1 OOrad/sT则电动势表达式为e=E7%sin co尸6sinl00兀，(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E R。加=-=5.4 VR + rD正确。故选Do12. 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8、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，he. ad边的运动速度为Lv = cox 2感应电动势为E = 4NBLv解得E=2NBI3cd感应电流答案第7页，共13页E INBcol/?+ r /? + rbe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2/ _ 4NBI?a）T-3（r + 7?）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Co14. A【解析】【详解】BC.根据图像，该交流电的最大电流为108A ,周期为0.02s,故BC错误;A.电流有效值/ =与=10人V2答案第8页，共13页故A正确;D.该交流电的频率为Hz = 50HzT 0.02故D错误。故选Ao15. 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n = = 50r/sTA错误;B.电阻火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I = - = 4ARB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.电阻尺在1分钟内产生的热量为0"放= 4800JD正确。故选Do16. 最大零 i=IfJlcoso）t 最小 改变 最大 ba【解析】【详解】（。）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（6）开始计时，线圈中电流Z,随时间，变化的关系是六/7cos 3/。（3） 45当线圈转到图（°）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。答案第9页，共13页（4） 67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，/边感应电流方向为,1117. / T【解析】略18. 0.04s20W【解析】【详解】 川交变电压片20sin50血(V),故最大电压为20V,角速度为50兀rad/s,故周期为27r 2兀T = = = 0.04sco 50"2电压的有效值为故电功率为19.41007271R 10e = 200兀 cos 50兀，(V)W = 2OW【解析】【分析】【详解】(1)口根据中一图象可知通过线框的最大磁通量为中加=4x10-2 wb又中,“ =bi3所以B = 4T；2根据T图象可知线圈转动的周期T = Q04s ,转动的角速度为co = = 5O7irad/sT线圈在转动过程中产生的感应电动势的最大值为答案第10页，共13页A.风叶上/点角速度大于8点角速度B.风叶上4 8两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1Q,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= 0.04sinm（Wb）,下面说法正确的是（）A.感应电流的周期为1s% = ls时，线圈中的电流为零C.，= 1.5s时' 线圈中的电流最大04s时间内，线圈产生的热量为8/J6 .如下图，国内某厂商开发户外大功率储能电源S3OO,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81OOOmAh(3.6V) 291.6Wh6OW(PD)5V/3A 9V/3A 12V/3AUSB-C输出15V/3A 20V/3AEm = NBSco = N *=20071V故线圈中感应电动势的有效值为Er-E = f = 100j271VV2(3)3从线框平面与磁场方向平行开始计时，线框中感应电动势的瞬时值表达式为e = 200ti cos 50( V)20. (1) = 375sin5"«V)； (2) 375V【解析】【分分别将心】、的数值推出，代入一般式e = "Zin雨就得出了瞬时值表达式。求瞬时值时，只需把，的时刻代入表达式就可以了。【详解】(1)根据从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e - Em sin cot = NBS 2sin Ijint代入数据可得e = 375 sin 5皿(V)(2)当/=，s时，电动势的瞬时值e = 375 sin(5 万 x )V = 375V1021. 4.4A, 6.2A, 968W【解析】 【详解】根据欧姆定律得/= Z?2a=44AR 50Im = V2/=6.2A最大值为功率为P = "=220x 4.4W=968W22. (1) 25Hz, V2A;(2) 4J答案第11页，共13页【解析】【详解】(1)根据图像可知，周期为7 = 4xl(r2s ,则/=1 = 25Hz流过电阻R的电流的峰值_ 10V2R 10A = V2A(2)电流的有效值经过t = 0.4s的时间电阻R上的产生的焦耳热Q = I2Rt = 4J23. (1) 272 V； (2) e=272 cos 2nt (V)； (3)逅 A； (4)走 A； (5) UR=8区cos 5552Tit (V)【解析】【详解】(1)设转动过程中线圈中感应电动势的最大值为E，则(2)(3)从题图所示位置转过30。角时感应电动势的瞬时值从题图所示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为=EmCOS ，=2 e COS 271t (V)ef= 2V2 cos 30° V= V6 V则电路中电流的瞬时值为(4) /=，s时，瞬时电动势为 6” = E£OS cot= 2V2 cos (2万x) = 72 V6对应的电流的瞬时值总与答案第12页，共13页(5)外电路火两端电压的最大值为则外电路R两端电压的瞬时值表达式为Ur = U、cos cot cos V)R m524. (1) 2.0A； (2) 4,0x10-2s; (3) 4W ； (4) 240J【解析】【分析】(1)(2)【详解】 由电流与时间图可知，通过线圈导线的任一个横截面的电流最大值为(3)由有效值由图可知，交流电的周期为4.0x10-2$,所以矩形线圈转动的周期为4.0x10-2$；V2可知，线圈电阻上产生的电热功率为P = 12r = 4W(4)外界对线圈做功转化为电能再转化为电热，1分钟内外界对线圈做的功为W = a = 240J答案第13页，共13页USB - A输出5V/2.4ALED灯光输出功率3W交流电输出220V/50Hz 300W直流输入17V/5A产品尺寸260/264/30颜色黑色净重约 3.55kgA. 10%的电池额定容量，能让LED灯持续工作约10hB.交流电输出时，电流的最大值约为L36AC.直流输入给用完电的储能电源充满电需要约2hD.该电池充满电后，最多能储备约8100C电量甲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1。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00匀速转动，线圈两 端与R = 10。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20()7rrad/s8 .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200底VD.电阻尺消耗的电功率为4000W8.某发电机输出交流电的电压瞬时值表达式为 =2200sin 100r(V)，贝IJ ()A.该交流电的频率为100Hz8 .该交流电的周期为0.04sC.，= 0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。A.尸0.01 s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e = 220cosl(X)MV)C.电动势瞬时值为22V时，线圈平面与磁感线的夹角为45°D.从计时时刻开始转过90°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. -UmB.隼C. 5D.支V24211 .图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈绕0。'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广，外接灯泡 的电阻为9-，下列说法正确的是（）70乙甲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=6sin50欣（V）C.电流方向每秒改变50次D.灯泡两端电压的最大值为5.4 V12 .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。均为1万，磁场均沿半径方向。N匝矩形线围Qbcd的边长帅=4=心、 bc=ad=2Lo线圈以角速度绕中心轴匀速转动，儿和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8、方向始终与两边的运动方向垂直。线 圈的总电阻为一，外接电阻为我。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e = 2N3Z?GsinmC.线圈切割磁感线时，C边所受安培力的大小Fr+RD.外接电阻上电流的有效值/=萼*3（r+H）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( )甲乙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，随时间，变化的图像如图所示。由图可知（）B.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。，沿逆时针方向匀速转 动，已知发电机线圈电阻为5C,外接一只阻值为5Q的电阻凡 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（）甲乙A.线圈的转速为100r/sB.交流电流表的示数为2/AC. 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，（）一（6） 一 （c） 一（d） 一（e）过程是交流发电机发电的示意 图，线圈的时边连在金属滑环K上，&边连在金属滑环上上，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（）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Qb）开始计时，线圈中电流，随时间，变化的关系是 （填 “ATmSinco /填“i=7mcos 3 1）。（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 （填一个或*-Q"）。17 .周期和频率的关系：T=或片.18 .交变电压片20sin50就（V）,加在阻值为10Q的电阻两端，该交流的周期是，电阻消耗的电功率是 O19.如图1所示，匝数 = 100,边长/ = 0.lm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 o三、解答题20.如图所示，正方形线圈。儿力的边长是0.5m,共150匝，匀强磁场的磁感应强度2为3 = T,当线圈以150r/min的转速绕中心轴线00,匀速旋转时，求：71(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。OX XXd cXXax x ； x xO/21 .在有效值为220V的交流电路中，接入50。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H = 10C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/ = 0.4s的时间电阻R上的产生的焦耳热。71共100匝，线圈总电阻=1Q,线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动，角速度G =2krad/s,外电路电阻火=4Q。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;6(5)外电路火两端电压的瞬时值表达式。01 min内外力对线圈做的功是多少?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R = 2.0Q,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,；> B