3.2交变电流的描述同步训练（Word版含答案）

3.2交变电流的描述 同步训练 2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册
一、单选题
1．如图所示，在匀强磁场中，矩形金属导线框绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的电动势e随时间t变化的图像如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．线框产生的电动势最大值为220V
B．线框产生的电动势有效值为220V
C．线框平面与中性面重合时磁通量最小
D．此交流电的电动势e随时间t变化的规律是
2．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100Hz
B．该交流电的周期为0.04s
C．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220V
3．甲、乙两种交流电的电流I随时间t变化的关系分别如图甲、乙所示，则甲、乙电流的有效值之比为（　　）
A． B． C． D．
4．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e＝22sin（100t）V
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22V
5．交流发电机的工作原理示意图如图甲所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，边长为L的单匝正方形金属框以恒定角速度绕垂直于磁场方向的轴OO'转动，不计金属框电阻。图乙为金属框产生的电压U随时间变化的图像。则下列说法正确的是（　　）
A．电压有效值为U0
B．ab边产生的最大电动势为U0
C．t=0s时金属框平面垂直于中性面
D．交流电周期为
6．海浪机械能是未来可使用的绿色能源之一，利用海浪发电可加速地球上碳中和的实现．某科技小组设计的海浪发电装置的俯视图如图所示，圆柱体磁芯和外壳之间有辐射状磁场，它们可随着海浪上下浮动，磁芯和外壳之间的间隙中有固定的环形导电线圈，线圈的半径为L，电阻为r，所在处磁场的磁感应强度大小始终为B，磁芯和外壳随海浪上下浮动的速度为v，v随时间t的变化关系为，其中的T为海浪上下浮动的周期．现使线圈与阻值为R的电阻形成回路，则该发电装置在一个周期内产生的电能为（　　）
A． B．
C． D．
7．A、B是两个完全相同的电热器,A通以图甲所示的方波交变电流,B通以图乙所示的正弦式交变电流,则两电热器的电功率PA∶PB等于 (　　)
A.5∶4　　　B.3∶2
C.∶1　　　D.2∶1
8．如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴匀速转动，从某时刻开始计时，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示，若外接电阻，线圈电阻，电压表为理想交流电表，则下列说法正确的是（　　）
A．线圈的转速为 B．时线圈平面与磁场方向平行
C．通过电阻R的电流有效值为 D．电压表的示数为
二、多选题
9．手机无线充电利用了电磁感应原理。如图甲所示，充电基座内的送电线圈接入正弦式交变电流，会激发周期性变化的磁场，手机中安装有受电线圈，二者距离很近时，受电线圈会感应出交变电流，利用二极管整流和滤波电路处理，最终输出直流电为手机电池充电。图乙和图丙分别是手机中受电线圈经二极管整流前后电压与时间的关系图象。下列说法正确的是（ ）
A．送电线圈接入正弦式电流的频率为
B．手机远离充电基座时，受电线圈中的电流大小不变
C．受电线圈回路中的磁通量达到最大时，线圈两端的电压也达到最大
D．将图乙和图丙中的电压分别加在同一电阻上，内产生的热量相同
10．如图所示，在磁感应强度大小为的匀强磁场中，等腰直角三角形导线框以直角边为轴按图示方向以的角速度匀速转动，边的边长为，闭合导线框的总电阻为．若从图示位置开始计时（时刻），则（　　）
A．时，通过边的电流方向从a到b
B．回路中感应电动势的最大值为
C．内，导线框产生的焦耳热为
D．时，边受到的安培力大小为
11．如图所示，由N匝导线组成的矩形导线框，从图示位置开始。以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕对称轴OO'匀速转动。线框面积为S，线框总电阻为r，外电路接有电阻R和二极管D．二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零。反向电阻无穷大。下列说法正确的是（　　）
A．线框中交变电流的电动势
B．电阻R的发热功率为
C．R两端电压的最大值
D．一个周期内通过R的电荷量为
12．下列方法中能够产生交变电流的是（　　）
A．线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动
B．金属棒绕过中心且与磁场垂直的轴逆时针匀速转动
C．由一条导线折成的折线绕PQ在匀强磁场中匀速转动
D．闭合线圈垂直磁感线不动，穿过线圈的磁通量按照正弦规律变化
三、填空题
13．图甲为交流发电机示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，电阻R=4Ω，线圈电阻r=1Ω。从图示位置开始计时，输出的交变电压随时间变化的图象如图乙所示。则电动势瞬时值的表达式为______V；若只将线圈转动的角速度变为原来2倍时，电动势的最大值为______V，有效值为________V。
14．如图所示，正弦交变电源与电阻R、交流电压表、交流电流表按照图1所示的方式连接，R＝200Ω，图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则此交流电的频率为__Hz，交流电流表的读数_____A，R两端电压随时间的变化规律的表达式____。
四、解答题
15．矩形线圈n匝，ab=l1，bc=l2，在磁感强度为B的匀强磁场中以OO 为转轴匀速转动，角速度为ω。线圈的电阻为r，外接电阻R。从图所示位置开始计时。
（1）推导电动势的最大值；
（2）写出电流的瞬时值表达式；
（3）求电动势、电流、路端电压有效值；
（4）如果线圈转速提高1倍，写出感应电动势随时间变化表达式；
（5）当线圈从图示位置转过90 的过程中，求：
a.通过电阻R的电量q；
b.电阻R产生的焦耳热Q。
16．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n匝，线圈总电阻为r，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B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；
（3）求线圈匀速转动完整N圈的过程中外力所做的功W。
17．如图所示为交流发电机的示意图。线圈绕垂直于磁场的轴逆时针方向匀速转动，角速度。已知产生的交流电电动势的最大值为，线圈电阻为，小灯泡电阻为，其他电阻忽略不计。求：
（1）线圈在图示位置时，线圈中的感应电流是多少？
（2）若在灯泡两端并联交流电压表，则电压表示数？
（3）外力驱动线圈转动一周所做的功？
18．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沿竖直方向运动，上下运动的速度v=0.4πsin（πt）m/s，且始终处于辐射磁场中，该线圈与阻值R=15Ω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D=0.4m，电阻r=1Ω。计算时取π2=10。
（1）求线圈中产生感应电动势的最大值Em；
（2）求灯泡工作时消耗的电功率P。
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共2页
参考答案
1．B
2．C
3．C
4．C
5．D
6．A
7．A
8．B
9．AD
10．BD
11．BD
12．ACD
13． 25
14．50 1.1 uR＝311cos100πt（V）
15．（1）nBl1l2ω；（2）；（3），，；（4）；（5）①，②
16．（1）；（2）；（3）
17．（1）；（2）；（3）
18．（1）64V；（2）120W