3.2交变电流的产生 同步练习（Word版含解析）
文档属性
| 名称 | 3.2交变电流的产生 同步练习（Word版含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-03 03:35:48 | ||
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文档简介
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，用理想电压表测量知灯泡两端电压为11V。不计接受线圈和导线的电阻，则（ ）
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11V
C．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
3．交流电源与电阻R1、R2及理想交流电压表按图甲所示的方式连接，R1=20Ω，R2=10Ω，交流电压表的示数是20V，图乙是交流电源输出电压u随时间t变化的图像，则（ ）
A．通过R1的电流i1随时间t变化的规律是i1=2cos10πt（A）
B．通过R1的电流i1随时间t变化的规律是i1=2sin10πt（A）
C．R2两端的电压u2随时间t变化的规律是u2=20cos10πt（V）
D．R2两端的电压u2随时间t变化的规律是u2=20sin10πt（V）
4．2021年10月21日，我国首台永磁直驱海上风力发电机成功下线。如图为海上风力发电机，若旋转电枢式发电机产生的感应电动势为，仅将风力发电机的转速增加到原来的2倍，其他条件不变，则感应电动势为（ ）
A． B．
C． D．
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、电阻，线圈的两端经集流环与的电阻连接，电流表和电压表均为理想电表，若在时刻，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（ ）
A．此交流发电机产生感应电动势的最大值为
B． 时刻，线圈处在中性面的位置
C．1min内电阻R上产生的焦耳热为60J
D．线圈从图示位置转过过程中的电荷量为0.1C
7．图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈绕OO′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r，外接灯泡的电阻为9r，下列说法正确的是（ ）
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 50πt（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 V
8．一电阻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 A B．4 A
C．6 A D．8 A
9．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、B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L1宽为L2单匝的矩形线框abcd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匀速转动给相同的小灯泡供电。其中甲图中的为线框的左右对称轴，乙图的和ab边重合，则关于以下两种情况，下列说法正确的是（ ）
A．通过两小灯泡的电流之比为1∶1
B．两小灯泡两端电压之比为1∶
C．从图示位置线框转周期，通过两小灯泡的电量之比2∶1
D．两小灯泡消耗功率之比1∶
11．家庭电路中电压的瞬时值表达式为，则交流电压的有效值是（ ）
A． B． C． D．
12．如下图，国内某厂商开发户外大功率储能电源，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
输出 、、、、
输出
灯光输出功率
交流电输出
直流输入
产品尺寸 260/264/30
颜色 黑色
净重 约
A．的电池额定容量，能让灯持续工作约
B．交流电输出时，电流的最大值约为
C．直流输入给用完电的储能电源充满电需要约
D．该电池充满电后，最多能储备约电量
13．如图甲所示，标有“220V 40W”的灯泡和标有“20μF 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．交流电源的输出电压的有效值为220V
C．t=时刻，电压表的示数为零
D．t=时刻，通过灯泡的电流为零
14．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（ ）
A．7.5 V B．2 V C．8 V D．3 V
15．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（ ）
A． B． C． D．
二、填空题
16．一电阻，当在它两端加上的交流电时，电流为__________，1分钟内电阻产生的焦耳热为__________。
17．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abcd的面积为S=0.001m2，共有N=100匝，线圈总电阻r=1Ω，线圈处于磁感应强度大小为B=T的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO′转动，线圈在转动时保持与外电路电阻R=9Ω连接，不计电流表内阻。在外力作用下线圈以ω=10πrad/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的过程中通过电阻R的电量q为______C；线圈转动一圈外力所做的功为_________J。
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5.0Ω，外接一只电阻为95.0Ω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B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕竖直固定轴以角速度ω匀速转动。从MN边与磁场方向的夹角为30°时开始计时：
(1)在下图中画出0时刻，沿固定轴从上向下看线框的俯视图，并标出电流方向。
(2)求经过时间t，线框中产生的感应电动势瞬时值表达式。
21．如图所示线圈面积为，共匝，线圈总电阻为，外电阻，线圈处于的匀强磁场中。当线圈绕以角速度匀速转动时，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；
（3）线圈转过的过程中，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。
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。
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？
试卷第1页，共3页
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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1s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
因此最大磁通量
D正确。
故选D。
3．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20V， CD错误；
AB．电路中的电流的有效值为
则电路中电流的最大值为
两电阻串联，通过R1、R2的电流相等，由题图乙可知
交流电源输出电压按照余弦规律变化，则通过R1的电流i1随时间t变化的规律是
B错误A正确。
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
由感应电动势的瞬时表达式为可知
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
所以感应电动势的瞬时值表达式为
故选C。
5．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；
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 ，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
此交流发电机产生感应电动势的最大值为
故A错误；
B．由图可知 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
所以1min内电阻R上产生的焦耳热为
故C错误；
D．线圈从图甲所示的位置转过的过程中通过电阻R的电荷量为
故D错误。
故选B。
7．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Em=6V，而
则电动势表达式为
e=Emsin ωt=6sin100πt（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
Um==5.4 V
D正确。
故选D。
8．D
【解析】
【详解】
由题意根据
P=I2R
可知接直流电时
P=42×R
接交流电时
解得
Im=8A
故选D。
9．A
【解析】
【详解】
A、B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A。
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
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
所以
又因为两电路总阻值相同，根据闭合电路欧姆定律
A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
故
故
C错误；
D．根据功率表达式
可知
D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，且为正弦交流电，所以电压的有效值为
故A正确，BCD错误。
故选A。
12．A
【解析】
【详解】
A．的电池额定容量，能让灯持续工作的时间为
故A正确；
B．交流电输出时，电流的有效值为
电流的最大值为
故B错误；
C．直流输入的功率为
直流输入给用完电的储能电源充满电需要的时间为
故C错误；
D．该电池充满电后，最多能储备的电量为
故D错误。
故选A。
13．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220V≈311V，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V=220V，故B错误；
C．交流电压表的示数为有效值，则t=时刻，电压表的示数为220V，故C错误；
D．t=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0，故D正确。
故选D。
14．B
【解析】
【详解】
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,取一个周期进行分析，在0~1s内是正弦式电流，则电压的有效值等于V。在1~3s内是恒定电流，则有效值等于9V。则在0~3s内，产生的热量为
解得
故选B。
15．A
【解析】
【详解】
由图可知，交变电流的周期
则线圈转动的角速度
感应电动势的最大值为200V，根据
可得
故A正确，BCD错误。
故选A。
16． 0.5 150
【解析】
【分析】
【详解】
[1]根据欧姆定律可知
[2]根据焦耳热的公式，即
代入数据，可得
17． 垂直 最大 零
【解析】
略
18． 0.2 0.08
【解析】
【详解】
[1]线圈产生的最大感应电动势为
线圈从垂直中性面位置开始转动，电动势的瞬时表达式为
[2]交流电流表的示数为
[3]线圈从图示位置转过的过程中通过电阻R的电量q为
[4]电路的热功率为
交流电的周期
由能量的转化关系，可知线圈转动一圈外力所做的功为
19． 209 100
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]由发电机的图像可读出最大电动势为
则电动势的有效值为
则全电路的电流为
电压表的示数为路端电压的有效值，有
（2）[2]根据图像可读出，则频率为
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变次。
20．(1) ；(2)
【解析】
【详解】
(1)0时刻，沿固定轴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
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
21．（1）；（2），；（3）C
【解析】
【详解】
（1）根据题意可知，感应电动势的最大值
则从线圈处于中性面开始计时，电动势的瞬时值表达式为
（2）电动势的有效值为
电路中电流表的示数为
电压表读数为
（3）线圈转过的过程中，通过电阻的电荷量
22．（1）；（2）；（3）
【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
（2）经过周期时间，电动势的有效值为
周期时间内转动的时间为
电动势的有效值为
经过周期时间该交流电的波形因数
（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
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
线圈中产生感应电动势的最大值为
（2）感应电动势的有效值为
灯泡工作时消耗的电功率为
24．不能
【解析】
【详解】
电压是9V正弦式交流电压的最大值为，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1页，共2页
答案第1页，共2页
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，用理想电压表测量知灯泡两端电压为11V。不计接受线圈和导线的电阻，则（ ）
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11V
C．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
3．交流电源与电阻R1、R2及理想交流电压表按图甲所示的方式连接，R1=20Ω，R2=10Ω，交流电压表的示数是20V，图乙是交流电源输出电压u随时间t变化的图像，则（ ）
A．通过R1的电流i1随时间t变化的规律是i1=2cos10πt（A）
B．通过R1的电流i1随时间t变化的规律是i1=2sin10πt（A）
C．R2两端的电压u2随时间t变化的规律是u2=20cos10πt（V）
D．R2两端的电压u2随时间t变化的规律是u2=20sin10πt（V）
4．2021年10月21日，我国首台永磁直驱海上风力发电机成功下线。如图为海上风力发电机，若旋转电枢式发电机产生的感应电动势为，仅将风力发电机的转速增加到原来的2倍，其他条件不变，则感应电动势为（ ）
A． B．
C． D．
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、电阻，线圈的两端经集流环与的电阻连接，电流表和电压表均为理想电表，若在时刻，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（ ）
A．此交流发电机产生感应电动势的最大值为
B． 时刻，线圈处在中性面的位置
C．1min内电阻R上产生的焦耳热为60J
D．线圈从图示位置转过过程中的电荷量为0.1C
7．图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈绕OO′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r，外接灯泡的电阻为9r，下列说法正确的是（ ）
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 50πt（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 V
8．一电阻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 A B．4 A
C．6 A D．8 A
9．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、B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L1宽为L2单匝的矩形线框abcd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匀速转动给相同的小灯泡供电。其中甲图中的为线框的左右对称轴，乙图的和ab边重合，则关于以下两种情况，下列说法正确的是（ ）
A．通过两小灯泡的电流之比为1∶1
B．两小灯泡两端电压之比为1∶
C．从图示位置线框转周期，通过两小灯泡的电量之比2∶1
D．两小灯泡消耗功率之比1∶
11．家庭电路中电压的瞬时值表达式为，则交流电压的有效值是（ ）
A． B． C． D．
12．如下图，国内某厂商开发户外大功率储能电源，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
输出 、、、、
输出
灯光输出功率
交流电输出
直流输入
产品尺寸 260/264/30
颜色 黑色
净重 约
A．的电池额定容量，能让灯持续工作约
B．交流电输出时，电流的最大值约为
C．直流输入给用完电的储能电源充满电需要约
D．该电池充满电后，最多能储备约电量
13．如图甲所示，标有“220V 40W”的灯泡和标有“20μF 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．交流电源的输出电压的有效值为220V
C．t=时刻，电压表的示数为零
D．t=时刻，通过灯泡的电流为零
14．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（ ）
A．7.5 V B．2 V C．8 V D．3 V
15．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（ ）
A． B． C． D．
二、填空题
16．一电阻，当在它两端加上的交流电时，电流为__________，1分钟内电阻产生的焦耳热为__________。
17．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abcd的面积为S=0.001m2，共有N=100匝，线圈总电阻r=1Ω，线圈处于磁感应强度大小为B=T的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO′转动，线圈在转动时保持与外电路电阻R=9Ω连接，不计电流表内阻。在外力作用下线圈以ω=10πrad/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的过程中通过电阻R的电量q为______C；线圈转动一圈外力所做的功为_________J。
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5.0Ω，外接一只电阻为95.0Ω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B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕竖直固定轴以角速度ω匀速转动。从MN边与磁场方向的夹角为30°时开始计时：
(1)在下图中画出0时刻，沿固定轴从上向下看线框的俯视图，并标出电流方向。
(2)求经过时间t，线框中产生的感应电动势瞬时值表达式。
21．如图所示线圈面积为，共匝，线圈总电阻为，外电阻，线圈处于的匀强磁场中。当线圈绕以角速度匀速转动时，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；
（3）线圈转过的过程中，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。
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。
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？
试卷第1页，共3页
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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1s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
因此最大磁通量
D正确。
故选D。
3．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20V， CD错误；
AB．电路中的电流的有效值为
则电路中电流的最大值为
两电阻串联，通过R1、R2的电流相等，由题图乙可知
交流电源输出电压按照余弦规律变化，则通过R1的电流i1随时间t变化的规律是
B错误A正确。
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
由感应电动势的瞬时表达式为可知
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
所以感应电动势的瞬时值表达式为
故选C。
5．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；
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 ，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
此交流发电机产生感应电动势的最大值为
故A错误；
B．由图可知 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
所以1min内电阻R上产生的焦耳热为
故C错误；
D．线圈从图甲所示的位置转过的过程中通过电阻R的电荷量为
故D错误。
故选B。
7．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Em=6V，而
则电动势表达式为
e=Emsin ωt=6sin100πt（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
Um==5.4 V
D正确。
故选D。
8．D
【解析】
【详解】
由题意根据
P=I2R
可知接直流电时
P=42×R
接交流电时
解得
Im=8A
故选D。
9．A
【解析】
【详解】
A、B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A。
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
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
所以
又因为两电路总阻值相同，根据闭合电路欧姆定律
A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
故
故
C错误；
D．根据功率表达式
可知
D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，且为正弦交流电，所以电压的有效值为
故A正确，BCD错误。
故选A。
12．A
【解析】
【详解】
A．的电池额定容量，能让灯持续工作的时间为
故A正确；
B．交流电输出时，电流的有效值为
电流的最大值为
故B错误；
C．直流输入的功率为
直流输入给用完电的储能电源充满电需要的时间为
故C错误；
D．该电池充满电后，最多能储备的电量为
故D错误。
故选A。
13．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220V≈311V，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V=220V，故B错误；
C．交流电压表的示数为有效值，则t=时刻，电压表的示数为220V，故C错误；
D．t=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0，故D正确。
故选D。
14．B
【解析】
【详解】
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,取一个周期进行分析，在0~1s内是正弦式电流，则电压的有效值等于V。在1~3s内是恒定电流，则有效值等于9V。则在0~3s内，产生的热量为
解得
故选B。
15．A
【解析】
【详解】
由图可知，交变电流的周期
则线圈转动的角速度
感应电动势的最大值为200V，根据
可得
故A正确，BCD错误。
故选A。
16． 0.5 150
【解析】
【分析】
【详解】
[1]根据欧姆定律可知
[2]根据焦耳热的公式，即
代入数据，可得
17． 垂直 最大 零
【解析】
略
18． 0.2 0.08
【解析】
【详解】
[1]线圈产生的最大感应电动势为
线圈从垂直中性面位置开始转动，电动势的瞬时表达式为
[2]交流电流表的示数为
[3]线圈从图示位置转过的过程中通过电阻R的电量q为
[4]电路的热功率为
交流电的周期
由能量的转化关系，可知线圈转动一圈外力所做的功为
19． 209 100
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]由发电机的图像可读出最大电动势为
则电动势的有效值为
则全电路的电流为
电压表的示数为路端电压的有效值，有
（2）[2]根据图像可读出，则频率为
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变次。
20．(1) ；(2)
【解析】
【详解】
(1)0时刻，沿固定轴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
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
21．（1）；（2），；（3）C
【解析】
【详解】
（1）根据题意可知，感应电动势的最大值
则从线圈处于中性面开始计时，电动势的瞬时值表达式为
（2）电动势的有效值为
电路中电流表的示数为
电压表读数为
（3）线圈转过的过程中，通过电阻的电荷量
22．（1）；（2）；（3）
【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
（2）经过周期时间，电动势的有效值为
周期时间内转动的时间为
电动势的有效值为
经过周期时间该交流电的波形因数
（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
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
线圈中产生感应电动势的最大值为
（2）感应电动势的有效值为
灯泡工作时消耗的电功率为
24．不能
【解析】
【详解】
电压是9V正弦式交流电压的最大值为，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1页，共2页
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