3.2交变电流的产生 同步练习（Word版含解析）.docx

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1、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 .关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是()A.线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次B.线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变C.线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次D.线圈通过中性面时，磁通量为零2 .学习了电磁感应现象中无线充电的相关知识后，实验中学某兴趣小组自制了一台电磁炉“点亮”灯泡装置，如图所示，由电磁炉、接收线圈(共10匝)、灯泡和导线构成。电磁炉两端所加电压为 = 220夜sinlOOm(V),用理想电压表测量知灯泡两端电压为UV。不计

2、接受线圈和导线的电阻，则()电磁炉A. 1s内通过灯泡的电流方向发生50次变化B.灯泡两端的最大电压为11VC. / = 时，线圈平面与磁场方向平行D.在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为里3Wb 10003.交流电源与电阻R/、&及理想交流电压表按图甲所示的方式连接，Ri=20Q,&=10。，交流电压表的示数是20V,图乙是交流电源输出电压随时间，变化的图像，则()交流电源A.通过R/的电流随时间，变化的规律是i/=20coslO兀/ (A)B.通过Q的电流力随时间，变化的规律是=2sinl0兀r (A)C. &两端的电压2随时间，变化的规律是M2=20cosl0立(V)D. 七两端的电

3、压随时间，变化的规律是2=20sinl0兀 (V)4. 2021年10月21日，我国首台5MW永磁直驱海上风力发电机成功下线。如图为海参考答案：1. C【解析】【详解】ABC.感应电动势的方向即为感应电流的方向，当线圈在匀强磁场中转动产生交变电流 时，线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次，线圈转动一 周，两次经过中性面，感应电流和感应电动势方向都要改变两次，AB错误C正确； D.线圈通过中性面时，磁通量最大，磁通量变化率为零，D错误。故选C。2. D【解析】【详解】A.由于交流电的频率为50Hz,因此Is内通过灯泡的电流方向发生100次变化，A错误;B.灯泡两端的电压

4、的有效值为11V,最大值为B错误；C.根据电压的瞬时值表达式可知，时，线圈平面与中性面平行，与磁场方向垂 直，C错误；D.由于4 = NBSoj因此最大磁通量= BS =驷二夜 Wb=后WbNcd 10x1001000D正确。故选Do3. A【解析】【详解】CD.电压表的示数是电压的有效值，即R2两端的电压的有效值为20V,由题图乙可知, 交流电源输出电压随时间按照余弦规律变化，所以R2两端的电压的最大值为200 V, CD错误；AB.电路中的电流的有效值为答案第1页，共12页A = 2A则电路中电流的最大值为0=2正A两电阻串联，通过Q、&的电流相等，由题图乙可知a)= = 10rad/sT

5、交流电源输出电压按照余弦规律变化，则通过幻的电流力随时间，变化的规律是彳=2a/2 cos 10R( A)B错误A正确。故选Ao4. C【解析】【详解】由感应电动势的瞬时表达式为e = 773sosin m(V)可知i = 100rad/sCm =BS i=110 垃V仅将风力发电机的转速增加到原来的2倍，又因为转速与角速度成正比，故角速度变为原来的两倍，所以有a)2 = 200) rad/se2gx = nBSco2 = 2200 V所以感应电动势6的瞬时值表达式为22072 sin 200( V)故选C。【解析】【详解】A.电感对交流电有阻碍作用，电容对交流电也有阻碍作用，故A错误;答案第

6、2页，共12页B.闭合电路在磁场内做切割磁感线运动，导体内一定会产生感应电动势，如果磁通量没有变化，则没有感应电流，故B错误;C根据八N詈,线圈中磁通量变化率越大，线圈中产生的感应电动势越大，故C正 确;D.涡流是一种特殊的电磁感应现象，遵循法拉第电磁感应定律，故D错误。故选C。6. B【解析】【详解】A.因为口二至= 25E必T 0.8%此交流发电机产生感应电动势的最大值为Em = nBcoS - naAm = 20x 2.5 x 0.2V = 10V故A错误;B.由图可知1 = 0.4热时刻，线圈的磁通量最大，则线圈处在中性面的位置，故B正确;C.因为电流最大值为E 10m = =、A=0

7、.2Am R + r 50所以Imin内电阻R上产生的焦耳热为Q = I2Rt =（半y x45x60J x 382J弋2故C错误;D.线圈从图甲所示的位置转过90。的过程中通过电阻R的电荷量为R + r R + r R + r 45 + 520x0,2 C0.08C故D错误。故选Bo7. D【解析】【详解】答案第3页，共12页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27rco =1 OOrad/sT则电动势表达式为e=f2sin G/=6sin 100兀f (V)B错误；C.线圈每转一圈，电流改变两次

8、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ERUm=5AVR + rD正确。故选Do8. D【解析】【详解】由题意根据P=FR可知接直流电时P=42xR接交流电时I 92尸二 +)2rV2解得/=8 A故选Do9. A【解析】【详解】A、8两端加直流电压时，甲灯正常发光，乙灯完全不亮，说明乙支路为开路，即与乙灯串联的元件Y可能是电容器，当A、B两端加上有效值和直流电压相等的交流电压时，甲灯答案第4页，共12页发出微弱的光，乙灯能正常发光，因为电感线圈是通直流阻交流，所以与甲灯串联的元件X是电感线圈，因为电容器是隔直流通交流，所以与乙灯串联的元件Y是电容器。故选Ao

9、10. B【解析】【详解】A.由图知，图甲产生的为连续的交变电流，所以图甲产生交流电的有效值为血口 _ V2 c _ /2鸟1 =亍纥甲=-BS甲二BL、L2cd乙乙I图乙产生非连续的交变电流，即在图乙转过一个周期内，半个周期有正弦交流电，半个周 期无电流产生，所以图乙产生交流电的有效值为11 BLLcoE乙=5七乙=565乙二广所以岛：石乙=1:8又因为两电路总阻值相同,根据闭合电路欧姆定律。甲：。乙=1:0E = nAZ/甲：/乙=1 ： 2A错误；B.灯泡两端电压B正确；C.根据电流的定义式闭合电路欧姆定律由电磁感应定律联立得答案第5页，共12页q =Rq甲二BL.L.2Rbl.l2Rq

10、甲：q乙=1 ： 2c错误；D.根据功率表达式P = UI可知编_ U甲/甲_ 1D错误。故选B。11. A【解析】【详解】由电压的瞬时值表达式可知最大电压为220后V,且为正弦交流电，所以电压的有效值为U/1 = %=220V/ V2故A正确，BCD错误。故选Ao12. 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 =hl(匕ED3故A正确；B.交流电输出时，电流的有效值为答案第6页，共12页/A = 300a = 15a工U交22011电流的最大值为故B错误；C.直流输入的功率为Gm =交=pA 1 93A弓直/直=85W直流输

11、入给用完电的储能电源充满电需要的时间为29 L685h x 3.43h故c错误;D.该电池充满电后，最多能储备的电量为q = = 81 x 3600C = 291600C故D错误。故选Ao13. D【解析】【详解】A.由题图乙可知交流电源的输出电压的最大值为2200 V=3UV,小于电容器的击穿电 压，故电容器不会被击穿，故A错误；B.由题图乙可知，交流电源的输出电压的有效值为空鸣 V=220V,故B错误；V2TC.交流电压表的示数为有效值，则仁5时刻，电压表的示数为220V,故C错误；D.六时刻，灯泡两端电压的瞬时值为0,通过灯泡的电流的瞬时值为。，故D正确。故选Do14. B【解析】【详解

12、】由电压随时间变化的图象可知，它不是正弦式电流，因此有效值不是等于最大值除以血,答案第7页，共12页取一个周期进行分析，在。1S内是正弦式电流，则电压的有效值等于3亚V。在13s内是恒定电流，则有效值等于9V。则在03s内，产生的热量为x3s（3 夜V）2（9V）2U2-x 1s + - x 2s =RRR解得t/=2V15V故选B。15. A【解析】【详解】由图可知，交变电流的周期T = 0.02s则线圈转动的角速度27r co -=1 OOrad/sT感应电动势的最大值为200V,根据Em = nBSco可得O = Wb故A正确，BCD错误。故选Ao16. 0.5150【解析】【分析】【详

13、解】根据欧姆定律可知 eI U飞51 = = = = U.jAR R Q根据焦耳热的公式，即答案第8页，共12页Q =Rt代入数据，可得Q = 150J17. 垂直最大零【解析】略18. 20 cos 10R0.2 昱 0.0850元【解析】【详解】线圈产生的最大感应电动势为m = NBSco = 100x 豆 x 0.001x10% V = 2&V71线圈从垂直中性面位置开始转动，电动势的瞬时表达式为e - Em cos cot = 2V2 cos 10( V)交流电流表的示数为EmZ=0.2AR + r线圈从图示位置转过90。的过程中通过电阻R的电量9为z z BS V2 .q - N=

14、N=AR+ r R+ r 50 乃4电路的热功率为P（H + r）= o4W交流电的周期T = = 0.2sco由能量的转化关系，可知线圈转动一圈外力所做的功为W = 2 = PT = 0.08J19. 209100【解析】【分析】【详解】答案第9页，共12页(1) 1由发电机的eV图像可读出最大电动势为Em = 220V2V则电动势的有效值为EE = - = 220V则全电路的电流为F1= 2.2AR+r电压表的示数为路端电压的有效值，有Uy=1R = 209V(2) 2根据图像可读出T = 0.02s,则频率为/=1 = 50HzT而线圈转一圈电流的方向改变两次，则电路中的电流方向每秒钟改

15、变2/= 10。次。20. (1)JT(2) e = 5s69cos(a + )V 6【解析】【详解】(1)0时.亥U，沿固定轴O。从上向下看线框的俯视图及电流方向如下图(2)感应电动势的峰值为石m = BSO)由于从MN边与磁场方向的夹角为30。时开始计时，则线框中产生的感应电动势瞬时值表 达式为7T71e -cos( H)V = BScocos(cot d)V66221. (1) c = 100sinl0R(V)； (2) 5&A , 45五V ; (3) C71答案第10页，共12页上风力发电机，若旋转电枢式发电机产生的感应电动势为q=UOV5sinlOOR(V),仅则感应电动势出为(将

16、风力发电机的转速增加到原来的2倍，其他条件不变,A. 4 = 440a/2sin50(V)B. e?= 44072sin200%/(V)C. e2 =22072sin200r(V)D. e2 =22(x/2sin50(V)5 .下列说法正确的是()A.电感对交流电有阻碍作用，电容对交流电没有阻碍作用B.闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，电路中一定会产生感应电流C.线圈中磁通量变化率越大，线圈中产生的感应电动势越大D.涡流的形成不遵循法拉第电磁感应定律6 .如图甲所示为小型旋转电枢式交流发动机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕着 垂直于磁场方向的轴匀速转动。线圈的匝数 = 20、电阻 = 5。，

17、线圈的两端经集流 环与尺= 450的电阻连接，电流表和电压表均为理想电表，若在1 = 0时刻，线圈平面 与磁场方向垂直，穿过每匝线圈的磁通量随时间/按如图乙所示的余弦规律变化，则 下列说法正确的是()【解析】【详解】(1)根据题意可知，感应电动势的最大值Em =N8S啰= 100 V则从线圈处于中性面开始计时，电动势的瞬时值表达式为e- Emsinaft = lOOsinlOTrr(V)(2)电动势的有效值为%嗓=50同电路中电流表的示数为% _50V2L 一A=5a/2A电压表读数为(3)线圈转过180的过程中,通过电阻的电荷量a 小100x2x x0.05业=.雪=匹22. (1) e =

18、 nBScocoscot ； (2)兀;4(3)10兀NB2s之()=-C71【解析】【详解】(1)感应电动势是图示位置即垂直与中性面开始计时，故瞬时值按余弦规律变化，故函数表达式为e = nBScocos cot经过;周期时间，电动势的有效值为Em JlnBScoE有一忑2期时间内转动的时间为71A 271AZ = =CO 2co答案第11页，共12页电动势的有效值为必 2nBScoE =Z 71经过5周期时间该交流电的波形因数774亚一 4 一 5 一缶丁至一百一 T7t(3)线圈匀速转动完整N圈的过程中外力所做的功等于线圈产生的电能琢 _ (nBSco)2 2tiN _ 7rNn2B2S

19、2co一 (7?+r) - 2(7? + 厂) 一(R + r)-23. (1) 64V； (2) 120W【解析】【详解】(1)线圈中产生感应电动势的瞬时值为e = NuDBv - 64 sin tiZ(V)线圈中产生感应电动势的最大值为舔二64V(2)感应电动势的有效值为j = 64vV2 V2灯泡工作时消耗的电功率为丫7? = 12OW24.不能【解析】【详解】电压是9V正弦式交流电压的最大值为9&VpI2.73V10V,则电容器会击穿，则不能把这个电容器接在正弦式交流电压是9V的电路两端。答案第12页，共12页甲A.此交流发电机产生感应电动势的最大值为Em=3L4VB. t = OA/

20、rs时刻，线圈处在中性面的位置C.Imin内电阻A上产生的焦耳热为60JD.线圈从图示位置转过90。过程中的电荷量为0.1C7 .图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈绕。，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外接灯泡的电 阻为9%下列说法正确的是（）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=6sin 50兀/ （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 V8 . 一电阻R接一直流电源，通过4 A的电流时热功率为P,若该电阻换接一正弦交流电源，它的热功率变为2P,则该交流电电流的最大值为（）A. 8夜

21、 AB. 4/2 AC. 6AD. 8 A9.如图所示，甲、乙是规格相同的灯泡，A、B两端加直流电压时，甲灯正常发光，乙灯完全不亮；当A、3两端加上有效值和直流电压相等的交流电压时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光。下列说法正确的有：（）A.与甲灯串联的元件X是电感线圈B.与乙灯串联的元件Y是电阻C.与甲灯串联的元件X是电容器D.与乙灯串联的元件Y是电感线圈10.一个长为L宽为上单匝的矩形线框仍在磁感应强度为B的匀强磁场中按照下 图中的甲、乙两种情景以相同的角速度绕00匀速转动给相同的小灯泡供电。其中 甲图中的00为线框的左右对称轴，乙图的00和必边重合，则关于以下两种情况,下列说法正确的是（

22、）A.通过两小灯泡的电流之比为1 ： 1B.两小灯泡两端电压之比为1 : V2C.从图示位置线框转!周期，通过两小灯泡的电量之比2 ： 14D.两小灯泡消耗功率之比1 : V211.家庭电路中电压的瞬时值表达式为 =220后sin314XV）,则交流电压的有效值是（ ）A. 220VB. 220V2VC. 110VD. H0V2V12.如下图，国内某厂商开发户外大功率储能电源S300,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S300电池容量81OOOmAh(3.6V) 291.6WhUSB-C输出60W(PD)5V/3A 9V/3A 12V/3A 、 、 、15V/

23、3A 20V/3AUSB-A输出5V/2.4A1面灯光输出功率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13.如图甲所示，标有“220V 40W”的灯泡和标有“20*360V”的电容器并联到交流 电源上，电压表为理想交流电压表，交流电源的输出电压如图乙中正弦曲线所示。闭 合开关S,下列判断正确的是（）A.电容器会被击穿B.交流电源的

24、输出电压的有效值为220起丫C.仁大时刻，电压表的示数为零D.仁口时刻，通过灯泡的电流为零214 .如图所示为一交流电压随时间变化的图象。每个周期内，前三分之一周期电压按 正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定。根据图中数据可得此交流电压的有效值为B. 2岳 VA. 7.5 VC. 8 VD. 3 713 V15 .匝数为5匝的矩形线圈，绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图像如图所示。则穿过线圈的最大磁通量为()5%7T二、填空题C. 40WbD. 100夜Wb16 . 一电阻R = 10O,当在它两端加上e = 50sinlOm(V)的交流电时，电流为A,

25、1分钟内电阻产生的焦耳热为 Jo17.中性面(1)中性面：与磁感线 的平面。(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量，线圈中的电流为18 . 2016年底以来，共享单车风靡全国各大城市。图甲为某品牌的共享单车，单车的 内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，不断地给单车里的蓄电池充电，蓄 电池再给智能锁供电。单车内小型发电机发电原理可简化为图乙所示，矩形线圈必 的面积为S=0.001m2,共有N=100匝，线圈总电阻尸1Q,线圈处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴00,转动，线圈在转动时 7t保持与外电路电阻R=9Q连接，不计电流表内阻。在外力作用下线圈以=

26、10兀rad/s的角速度匀速转动时，从图中位置开始计时，电动势的瞬时表达式为V；交流电流表的示数为 A；线圈从图示位置转过90。的过程中通过电阻R的电量9为 C；线圈转动一圈外力所做的功为 Jo图甲图乙19 . 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像，如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0Q,外接一只电阻为95.0。的灯泡，如图乙所示，则(1)电压表V的示数为；(2)电路中的电流方向每秒钟改变 次。三、解答题20 .如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为8的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S, 边水平，线框绕竖直固定轴0。以角速度3匀速转动。从MN边与磁场方

27、向的夹角为30。时开始计时：在下图中画出。时刻，沿固定轴。从上向下看线框的俯视图，并标出电流方向。求经过时间t,线框中产生的感应电动势瞬时值表达式。B21 .如图所示线圈面积为S = 0.05m2,共N = 100匝，线圈总电阻为r= 1。，外电阻2尺=9。，线圈处于8 = T的匀强磁场中。当线圈绕00以角速度=10m*ad/s匀速 71转动时，求：（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出电动势的瞬时表达式;（2）两电表的示数；XXI I IX X ! X XI（3）线圈转过180的过程中，通过电阻的电荷量。22 .如图所示为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线圈的面积为S,共有匝，线圈总电阻为

28、心可绕与磁场方向垂直的固定对称轴。转动；线圈处于磁感应强度为8的匀强磁场中，线圈在转动时可以通过滑环K和电刷L保持与外电路电阻R的连接。在外力作用下线圈以恒定的角速度绕轴。匀速转动。（不计转动轴及滑环与电 制的摩擦）（1）从线圈经过图示位置开始计时，写出线圈中感应电动势随时间变化的函数表达 式；（2）交流电的有效值与绝对值的平均值的比例称为波形因数。从线圈经过图示位置开 始计时，求经过!周期时间该交流电的波形因数人4（3）求线圈匀速转动完整N圈的过程中外力所做的功 忆23 .在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔，其原理如图甲所示。浮桶内的磁体通过 支柱固定在暗礁上，浮桶内置圆形线圈随波浪相对磁体

29、沿竖直方向运动，上下运动的 速度尸0.4兀sin（7it） m/s,且始终处于辐射磁场中，该线圈与阻值R=15。的灯泡相 连；浮桶下部由内、外两密封圆筒构成（俯视图乙中阴影部分），其内部为产生磁场的 磁体；线圈匝数N=200匝，线圈所在处磁场的磁感应强度大小B=0.2T,圆形线圈的直 径Z）=0.4m,电阻r=lQ。计算时取兀2二（）。（1）求线圈中产生感应电动势的最大值B”；（2）求灯泡工作时消耗的电功率P。/甲乙24 . 一个电容器，当它的两个极板间的电压超过10V时，其间的电介质就可能被破坏而不再绝缘，这个现象叫作电介质的击穿，这个击穿电压叫作这个电容器的耐压值。能否把这个电容器接在正弦式交流电压是9V的电路两端？为什么？