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 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-11 23:11:29 | ||
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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
1．一个10Ω的电阻，它两端的电压u随时间t的变化规律如图所示，则（ ）
A．流过电阻的最大电流是22A
B．用交流电压表测量电阻两端的电压，其示数为311V
C．电阻消耗的功率为4840W
D．在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是96.8J
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．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（ ）
A．风叶上A点角速度大于B点角速度
B．风叶上A、B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
4．一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随时间的变化如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大
D．每当电流方向变化时，通过线圈的磁通量的绝对值最大
5．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）
6．图是一正弦式交变电流的电压图象。由图可知，此交变电流的电压和频率为（ ）
A．有效值为311V B．有效值为220V
C．频率为200Hz D．频率为100Hz
7．如图甲所示，教学用发电机主要由线圈和磁铁两部分组成，当线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动时便能产生正弦式交变电流。现将该发电机（内阻不计）产生的交变电流接入如图乙所示的含有理想变压器的电路中，电表均为理想电表，定值电阻的阻值分别为、，原、副线圈的匝数比为，下列说法正确的是（ ）
A．定值电阻两端和原线圈两端的电压之比为1:2
B．定值电阻和两端的电压之比为2:1
C．若发电机线圈的转速变为原来的一半，则电压表V的读数变为原来的一半
D．若发电机线圈的转速变为原来的一半，则电流表A的读数变为原来的两倍
8．在如图所示的电路中，若仅减小交变电流的频率，3盏电灯亮度的变化是（ ）
A．将变亮 B．将变亮
C．将变暗 D．、、将都变亮
9．N匝圆形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，从中性面开始转过180°过程中，感应电动势的有效值和平均值之比为（ ）
A． B． C． D．
10．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OO'沿逆时针方向匀速转动，已知发电机线圈电阻为5Ω，外接一只阻值为5Ω的电阻R，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（ ）
A．线圈的转速为100r/s
B．交流电流表的示数为2A
C．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
11．在交变电流频率一定的情况下，下列关于电容器的容抗、电感器的感抗，说法正确的有（ ）
A．电容越小，容抗越小
B．电感越小，感抗越大
C．电容器通交流，隔直流
D．电感器通高频阻低频
12．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
13．如图所示，某圆形N匝金属线圈放置在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B，线圈的面积为S，电阻不计，线圈可绕OO′自由转动，并通过电刷与外电路相连，定值电阻的阻值为R，电压表为理想交流电表，现使线圈从图示位置匀速转动，周期为T，下列说法正确的是（ ）
A．电容器的耐压值至少为
B．电压表的示数
C．一个周期内，定值电阻上产生的热量为
D．在四分之一周期内通过线圈某一横截面的电荷量为
14．如图所示，电阻为r的金属直角线框abcd放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，a、d两点连线与磁场垂直，ab、cd长均为l，bc长为2l，定值电阻阻值为R。线框绕ad连线以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时，则（ ）
A．线框每转一圈，回路电流方向改变一次
B．a、d两点间的电压为
C．电流瞬时值的表达式为
D．半个周期内通过R的电荷量为
15．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
二、填空题
16．正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况．若线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是______曲线。
17．如图所示为正弦交流电经过整流器处理后的电压波形，其电压的有效值是______。
18．一电阻，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__________。
19．如图所示，为余弦交流电的图象，由图可知它的电流有效值是_____A；电流的瞬时值表达式是______A。
三、解答题
20．如图所示，正方形线圈的边长是，共150匝，匀强磁场的磁感应强度为，当线圈以的转速绕中心轴线匀速旋转时，求：
（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。
21．如图所示，交流发电机的矩形金属线圈的边长，匝数，线圈的总电阻，线圈位于磁感应强度的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向平行，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接，现使线圈绕过和边中点、且垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动，电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。
（1）从线圈经过图示位置开始计时，写出线圈内的电动势瞬时值的表达式；
（2）求通过电阻R的电流有效值I；
（3）求线圈转动电阻R上产生的热量Q。
22．一微型日光灯电路如图所示。灯管相当一个电阻R，镇流器是一个电感线圈L，二者串联。电路属于交流电路，其中的电流、电压都是按正弦或余弦规律变化的。若灯管两端电压和镇流器两端电压分别为，，试求总电压U的表达式。
23．如图所示，M、N为竖直放置的平行金属板，两板间所加电压为U0，S1、S2为板上正对的小孔。金属板P和Q水平放置在N板右侧，关于小孔S1、S2所在直线对称，P、Q两板的长度和两板间的距离均为d；距金属板P和Q右边缘d处固定有一荧光屏，荧光屏垂直于金属板P和Q；屏上O点与S1、S2共线。加热的阴极K发出的电子经小孔S1进入M、N两板间，通过M、N间的加速电场加速后，进入P、Q间。已知电子的质量为m，电荷量为e，单位时间内从小孔S1进入的电子个数为n，初速度可以忽略。整个装置处于真空中，忽略电子重力及电子间的相互作用，不考虑相对论效应。
（1）若在P、Q两板间加一交变电压，离开偏转电场的电子打在荧光屏上被吸收。与交变电流的周期相比，每个电子在板P和Q间运动的时间可忽略不计，不考虑电场变化产生的磁场，偏转电场可视为匀强电场。求在一个周期（即T0时间）内电子对荧光屏的平均作用力。
（2）若板P、Q间只存在垂直于纸面向外的匀强磁场，电子刚好经过P板的右边缘后，打在荧光屏上。求磁场的磁感应强度大小B和电子打在荧光屏上的位置坐标x。
24．图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按如图所示方向迅速转动，线圈的匝数，线圈的电阻，线圈的两端经集流环与电阻连接，。在时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间按图乙所示正弦规律变化。从开始，线圈转过60°时感应电流是多大？
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．由题图可知，故
选项A错误；
B．电压表的示数指的是有效值，而最大值是有效值的倍，则示数为220V，选项B错误；
C．电阻消耗的功率
选项C正确；
D．半个周期内电阻产生的焦耳热
选项D错误。
故选C。
2．C
【详解】
ABD．根据表达式可知
ABD错误；
C．当t=0时e=0，此时线圈处在中性面上，C正确。
故选C。
3．D
【详解】
A．因为A、B两点在同一旋转体上，则A点B点的周期相等，所以A、B的角速度相等，A错误；
B．根据选项A知A、B两点加速度相同，则有
，rA > rB
所以A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
其中N为线圈匝数、S为线圈面积、n为线圈转速、φ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。
4．D
【详解】
A．由图可知，t1时刻线圈的感应电动势最小为零，则磁通量的变化率为零，此时线圈平面处于中性面，所以通过线圈的磁通量最大，故A错误；
B．由图可知，t2时刻线圈的感应电动势最大，则线圈平面与中性面垂直，则磁通量最小为零，故B错误；
C．由图可知，t3时刻线圈的感应电动势最小为零，则磁通量的变化率最小为零，故C错误；
D．每当电动势变化方向时，电流方向也随之变化，此时线圈与磁场垂直，线圈平面处于中性面，磁通量最大，故D正确。
故选D。
5．A
【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。
6．B
【详解】
AB．根据图象可知该交流电的电压最大值是311V，故有效值为
A错误，B正确；
CD．由图可知，周期为0.02s，所以频率为
CD错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．设原线圈和副线圈两端的电压分别为和，通过的电流分别为和，原线圈及其左侧电路的等效电阻为，则有
联立各式解得
因为
根据串联电路特点知，定值电阻和原线圈两端的电压相等，A错误；
B．
又定值电阻和原线圈两端的电压相等，所以定值电阻和两端电压之比为1:2，B错误；
C．发电机产生的感应电动势最大值
其中
发电机输出电压有效值
若线圈的转速n变为原来的一半，输出电压有效值变为原来的一半，则电流表A的读数变为原来的一半，原线圈两端的电压变为原来的一半，电压表V的读数变为原来的一半，C正确，D错误。
故选C。
8．A
【详解】
AB．当频率减小时，电感线圈的感抗变小，电容的容抗变大，故减小交流电频率，感抗变小，对交流电的阻碍作用变小，L1变亮；容抗变大，对交流电的阻碍作用变大，L2变暗，故A正确，B错误；
CD．电阻器对交流电的阻碍作用不随频率改变，L3亮度不变，故CD错误。
故选A。
9．C
【详解】
线圈从中性面转动180°过程中，感应电动势的平均值为：
感应电动势的最大值
Em=NBSω
感应电动势的有效值
感应电动势的有效值和平均值之比
故选C。
10．D
【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
A错误；
B．电阻R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
B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R在1分钟内产生的热量为
D正确。
故选D。
11．C
【详解】
AB．电容器的容抗为
电感器的感抗为
可知电容越大，容抗越小，电感越大，感抗越大，AB错误；
C．电容器交替充放电实现通交流，电容器两极板彼此绝缘，能隔直流，C正确；
D．电感器通过交流电时，产生自感电动势，交流电的频率越高，产生的磁场变化越快，产生的自感电动势越大，故电容器能通低频，阻高频，D错误。
故选C。
12．B
【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。
13．C
【详解】
A．电容器的耐压值应为路端电压的最大值，即
故A错误；
B．由图可知，产生的是正弦式交流电，交流电压表的示数为路端电压的有效值，则有
故B错误；
C．一个周期内，外电阻上产生的热量为
故C正确；
D．前四分之一周期内，通过线圈某一横截面的电量为
故D错误。
故选C。
14．D
【详解】
A．线圈产生的是正弦交流电，正弦交流电在一个周期内方向改变2次，故A错误；
B．回路中产生的感应电动势有效值为
a、d两点间的电压为路端电压
故B错误；
C．从中性面开始转动，是正弦交流电，电流瞬时值表达式
故C错误；
D．半个周期通过的电荷量
故D正确。
故选D。
15．D
【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。
16．正弦
略
17．1.5V
【详解】
[1]根据有效值定义，可得
解得，电压的有效值为
18． 0.5 150
【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
19．
【详解】
[1]由题图知该余弦交流电电流最大值为2A，根据交流电有效值的定义，可得该交流电电流有效值为
[2]由题图知该余弦交流电周期为T=0.2s，则
故电流瞬时值表达式为
20．（1）；（2）
分别将、的数值推出，代入一般式就得出了瞬时值表达式。求瞬时值时，只需把t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
代入数据可得
（2）当时，电动势的瞬时值
21．（1）；（2）0.71A；（3）
【详解】
（1）线圈产生感应电动势的最大值
得
线圈经过图示位置开始计时，线圈内的电动势瞬时值的表达式
（2）根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值
通过电阻R的电流的有效值
得
（3）电阻R上产生的热量
得
22．
【详解】
依题意，由于电阻R与电感线圈L，二者串联，根据串联电路电压特点，则总电压为
可得
23．（1）；（2）；
【详解】
（1）在加速电场中，根据动能定理有
解得
设电子在偏转电场PQ中的运动时间为t，PQ间的电压为u时恰好打在极板边缘，根据平抛运动规律有
此过程中电子的加速度大小
解得
当偏转电压在之间时，射入P、Q间的电子可打在荧光屏上。
当有
解得
即一个周期内电子能从P、Q电场射出的时间
所以一个周期内打在荧光屏上的电子数
离开偏转电场的电子打在荧光屏上被吸收，在一个周期（即T0时间）内，根据动量定理有
即
解得在一个周期（即T0时间）内电子对荧光屏的平均作用力
（2）电子在磁场中做匀速圆周运动，设圆运动半径为R，在磁场中运动轨迹如图：
由几何关系有
解得
根据洛伦兹力提供向心力有
解得
设圆弧所对圆心为α，有
则有
电子离开磁场后做匀速运动，根据几何关系有
解得电子打在荧光屏上的位置坐标
24．1A
【详解】
交流发电机产生电动势的最大值
而，，所以
由图线可知：，，所以
则
感应电流瞬时值表达式为
当时，解得
i=1A
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
一、单选题
1．一个10Ω的电阻，它两端的电压u随时间t的变化规律如图所示，则（ ）
A．流过电阻的最大电流是22A
B．用交流电压表测量电阻两端的电压，其示数为311V
C．电阻消耗的功率为4840W
D．在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是96.8J
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．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（ ）
A．风叶上A点角速度大于B点角速度
B．风叶上A、B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
4．一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随时间的变化如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大
D．每当电流方向变化时，通过线圈的磁通量的绝对值最大
5．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）
6．图是一正弦式交变电流的电压图象。由图可知，此交变电流的电压和频率为（ ）
A．有效值为311V B．有效值为220V
C．频率为200Hz D．频率为100Hz
7．如图甲所示，教学用发电机主要由线圈和磁铁两部分组成，当线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动时便能产生正弦式交变电流。现将该发电机（内阻不计）产生的交变电流接入如图乙所示的含有理想变压器的电路中，电表均为理想电表，定值电阻的阻值分别为、，原、副线圈的匝数比为，下列说法正确的是（ ）
A．定值电阻两端和原线圈两端的电压之比为1:2
B．定值电阻和两端的电压之比为2:1
C．若发电机线圈的转速变为原来的一半，则电压表V的读数变为原来的一半
D．若发电机线圈的转速变为原来的一半，则电流表A的读数变为原来的两倍
8．在如图所示的电路中，若仅减小交变电流的频率，3盏电灯亮度的变化是（ ）
A．将变亮 B．将变亮
C．将变暗 D．、、将都变亮
9．N匝圆形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，从中性面开始转过180°过程中，感应电动势的有效值和平均值之比为（ ）
A． B． C． D．
10．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OO'沿逆时针方向匀速转动，已知发电机线圈电阻为5Ω，外接一只阻值为5Ω的电阻R，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（ ）
A．线圈的转速为100r/s
B．交流电流表的示数为2A
C．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
11．在交变电流频率一定的情况下，下列关于电容器的容抗、电感器的感抗，说法正确的有（ ）
A．电容越小，容抗越小
B．电感越小，感抗越大
C．电容器通交流，隔直流
D．电感器通高频阻低频
12．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
13．如图所示，某圆形N匝金属线圈放置在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B，线圈的面积为S，电阻不计，线圈可绕OO′自由转动，并通过电刷与外电路相连，定值电阻的阻值为R，电压表为理想交流电表，现使线圈从图示位置匀速转动，周期为T，下列说法正确的是（ ）
A．电容器的耐压值至少为
B．电压表的示数
C．一个周期内，定值电阻上产生的热量为
D．在四分之一周期内通过线圈某一横截面的电荷量为
14．如图所示，电阻为r的金属直角线框abcd放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，a、d两点连线与磁场垂直，ab、cd长均为l，bc长为2l，定值电阻阻值为R。线框绕ad连线以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时，则（ ）
A．线框每转一圈，回路电流方向改变一次
B．a、d两点间的电压为
C．电流瞬时值的表达式为
D．半个周期内通过R的电荷量为
15．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
二、填空题
16．正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况．若线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是______曲线。
17．如图所示为正弦交流电经过整流器处理后的电压波形，其电压的有效值是______。
18．一电阻，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__________。
19．如图所示，为余弦交流电的图象，由图可知它的电流有效值是_____A；电流的瞬时值表达式是______A。
三、解答题
20．如图所示，正方形线圈的边长是，共150匝，匀强磁场的磁感应强度为，当线圈以的转速绕中心轴线匀速旋转时，求：
（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。
21．如图所示，交流发电机的矩形金属线圈的边长，匝数，线圈的总电阻，线圈位于磁感应强度的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向平行，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接，现使线圈绕过和边中点、且垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动，电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。
（1）从线圈经过图示位置开始计时，写出线圈内的电动势瞬时值的表达式；
（2）求通过电阻R的电流有效值I；
（3）求线圈转动电阻R上产生的热量Q。
22．一微型日光灯电路如图所示。灯管相当一个电阻R，镇流器是一个电感线圈L，二者串联。电路属于交流电路，其中的电流、电压都是按正弦或余弦规律变化的。若灯管两端电压和镇流器两端电压分别为，，试求总电压U的表达式。
23．如图所示，M、N为竖直放置的平行金属板，两板间所加电压为U0，S1、S2为板上正对的小孔。金属板P和Q水平放置在N板右侧，关于小孔S1、S2所在直线对称，P、Q两板的长度和两板间的距离均为d；距金属板P和Q右边缘d处固定有一荧光屏，荧光屏垂直于金属板P和Q；屏上O点与S1、S2共线。加热的阴极K发出的电子经小孔S1进入M、N两板间，通过M、N间的加速电场加速后，进入P、Q间。已知电子的质量为m，电荷量为e，单位时间内从小孔S1进入的电子个数为n，初速度可以忽略。整个装置处于真空中，忽略电子重力及电子间的相互作用，不考虑相对论效应。
（1）若在P、Q两板间加一交变电压，离开偏转电场的电子打在荧光屏上被吸收。与交变电流的周期相比，每个电子在板P和Q间运动的时间可忽略不计，不考虑电场变化产生的磁场，偏转电场可视为匀强电场。求在一个周期（即T0时间）内电子对荧光屏的平均作用力。
（2）若板P、Q间只存在垂直于纸面向外的匀强磁场，电子刚好经过P板的右边缘后，打在荧光屏上。求磁场的磁感应强度大小B和电子打在荧光屏上的位置坐标x。
24．图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按如图所示方向迅速转动，线圈的匝数，线圈的电阻，线圈的两端经集流环与电阻连接，。在时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间按图乙所示正弦规律变化。从开始，线圈转过60°时感应电流是多大？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．由题图可知，故
选项A错误；
B．电压表的示数指的是有效值，而最大值是有效值的倍，则示数为220V，选项B错误；
C．电阻消耗的功率
选项C正确；
D．半个周期内电阻产生的焦耳热
选项D错误。
故选C。
2．C
【详解】
ABD．根据表达式可知
ABD错误；
C．当t=0时e=0，此时线圈处在中性面上，C正确。
故选C。
3．D
【详解】
A．因为A、B两点在同一旋转体上，则A点B点的周期相等，所以A、B的角速度相等，A错误；
B．根据选项A知A、B两点加速度相同，则有
，rA > rB
所以A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
其中N为线圈匝数、S为线圈面积、n为线圈转速、φ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。
4．D
【详解】
A．由图可知，t1时刻线圈的感应电动势最小为零，则磁通量的变化率为零，此时线圈平面处于中性面，所以通过线圈的磁通量最大，故A错误；
B．由图可知，t2时刻线圈的感应电动势最大，则线圈平面与中性面垂直，则磁通量最小为零，故B错误；
C．由图可知，t3时刻线圈的感应电动势最小为零，则磁通量的变化率最小为零，故C错误；
D．每当电动势变化方向时，电流方向也随之变化，此时线圈与磁场垂直，线圈平面处于中性面，磁通量最大，故D正确。
故选D。
5．A
【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。
6．B
【详解】
AB．根据图象可知该交流电的电压最大值是311V，故有效值为
A错误，B正确；
CD．由图可知，周期为0.02s，所以频率为
CD错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．设原线圈和副线圈两端的电压分别为和，通过的电流分别为和，原线圈及其左侧电路的等效电阻为，则有
联立各式解得
因为
根据串联电路特点知，定值电阻和原线圈两端的电压相等，A错误；
B．
又定值电阻和原线圈两端的电压相等，所以定值电阻和两端电压之比为1:2，B错误；
C．发电机产生的感应电动势最大值
其中
发电机输出电压有效值
若线圈的转速n变为原来的一半，输出电压有效值变为原来的一半，则电流表A的读数变为原来的一半，原线圈两端的电压变为原来的一半，电压表V的读数变为原来的一半，C正确，D错误。
故选C。
8．A
【详解】
AB．当频率减小时，电感线圈的感抗变小，电容的容抗变大，故减小交流电频率，感抗变小，对交流电的阻碍作用变小，L1变亮；容抗变大，对交流电的阻碍作用变大，L2变暗，故A正确，B错误；
CD．电阻器对交流电的阻碍作用不随频率改变，L3亮度不变，故CD错误。
故选A。
9．C
【详解】
线圈从中性面转动180°过程中，感应电动势的平均值为：
感应电动势的最大值
Em=NBSω
感应电动势的有效值
感应电动势的有效值和平均值之比
故选C。
10．D
【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
A错误；
B．电阻R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
B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R在1分钟内产生的热量为
D正确。
故选D。
11．C
【详解】
AB．电容器的容抗为
电感器的感抗为
可知电容越大，容抗越小，电感越大，感抗越大，AB错误；
C．电容器交替充放电实现通交流，电容器两极板彼此绝缘，能隔直流，C正确；
D．电感器通过交流电时，产生自感电动势，交流电的频率越高，产生的磁场变化越快，产生的自感电动势越大，故电容器能通低频，阻高频，D错误。
故选C。
12．B
【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。
13．C
【详解】
A．电容器的耐压值应为路端电压的最大值，即
故A错误；
B．由图可知，产生的是正弦式交流电，交流电压表的示数为路端电压的有效值，则有
故B错误；
C．一个周期内，外电阻上产生的热量为
故C正确；
D．前四分之一周期内，通过线圈某一横截面的电量为
故D错误。
故选C。
14．D
【详解】
A．线圈产生的是正弦交流电，正弦交流电在一个周期内方向改变2次，故A错误；
B．回路中产生的感应电动势有效值为
a、d两点间的电压为路端电压
故B错误；
C．从中性面开始转动，是正弦交流电，电流瞬时值表达式
故C错误；
D．半个周期通过的电荷量
故D正确。
故选D。
15．D
【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。
16．正弦
略
17．1.5V
【详解】
[1]根据有效值定义，可得
解得，电压的有效值为
18． 0.5 150
【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
19．
【详解】
[1]由题图知该余弦交流电电流最大值为2A，根据交流电有效值的定义，可得该交流电电流有效值为
[2]由题图知该余弦交流电周期为T=0.2s，则
故电流瞬时值表达式为
20．（1）；（2）
分别将、的数值推出，代入一般式就得出了瞬时值表达式。求瞬时值时，只需把t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
代入数据可得
（2）当时，电动势的瞬时值
21．（1）；（2）0.71A；（3）
【详解】
（1）线圈产生感应电动势的最大值
得
线圈经过图示位置开始计时，线圈内的电动势瞬时值的表达式
（2）根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值
通过电阻R的电流的有效值
得
（3）电阻R上产生的热量
得
22．
【详解】
依题意，由于电阻R与电感线圈L，二者串联，根据串联电路电压特点，则总电压为
可得
23．（1）；（2）；
【详解】
（1）在加速电场中，根据动能定理有
解得
设电子在偏转电场PQ中的运动时间为t，PQ间的电压为u时恰好打在极板边缘，根据平抛运动规律有
此过程中电子的加速度大小
解得
当偏转电压在之间时，射入P、Q间的电子可打在荧光屏上。
当有
解得
即一个周期内电子能从P、Q电场射出的时间
所以一个周期内打在荧光屏上的电子数
离开偏转电场的电子打在荧光屏上被吸收，在一个周期（即T0时间）内，根据动量定理有
即
解得在一个周期（即T0时间）内电子对荧光屏的平均作用力
（2）电子在磁场中做匀速圆周运动，设圆运动半径为R，在磁场中运动轨迹如图：
由几何关系有
解得
根据洛伦兹力提供向心力有
解得
设圆弧所对圆心为α，有
则有
电子离开磁场后做匀速运动，根据几何关系有
解得电子打在荧光屏上的位置坐标
24．1A
【详解】
交流发电机产生电动势的最大值
而，，所以
由图线可知：，，所以
则
感应电流瞬时值表达式为
当时，解得
i=1A
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