3.2交变电流的产生 练习 （word版含答案）
文档属性
| 名称 | 3.2交变电流的产生 练习 （word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-13 03:56:52 | ||
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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．关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是（ ）
A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化
B．线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流先增大后减小
C．线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次
D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置
2．如图所示，边长为L的正方形线框在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，以周期T绕OO′轴匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是（ ）
A．图示位置为中性面 B．回路中产生稳恒直流电
C．时，电流方向将发生改变 D．时刻穿过线框的磁通量为
3．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
4．家用电器通常不能直接接到380V的动力电路上，某种电器要求接到交变电压是的电源上使用，交变电压是由矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的。对于交变电压u，下列说法正确的是（ ）
A．用电压表测该电压其示数为
B．将该电压加在220的电阻两端，则该电阻消耗的电功率为220W
C．电流方向每秒改变50次
D．交流电的频率为50Hz，当t=0.1s时
5．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
6．如图甲所示为一小型发电机的原理图，矩形线圈的电阻为1Ω。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匀速转动，线圈两端与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200πrad/s
B．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V
D．电阻R消耗的电功率为4000W
7．将如图所示的交流电压加在一个阻值R＝1Ω的定值电阻两端，通电时间2min，则下列说法正确的是（ ）
A．通过该电阻的电荷量为120C B．通过电阻的电流的有效值为0.5A
C．电阻产生的焦耳热为500J D．电阻两端电压的有效值为V
8．2021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．
9．某兴趣小组自制一小型发电机，使线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化的图象如图所示，线圈转动周期为T，线圈产生的电动势的最大值为Em。则（ ）
A．在t＝时，磁场方向与线圈平面平行
B．在t＝时，线圈中的磁通量变化率最大
C．线圈中电动势的瞬时值e＝Emsin
D．若线圈转速增大为原来的2倍，则线圈中最大电动势变为原来的4倍
10．在如图甲所示的电路中，R1、R2是两个定值电阻且R2=2R1，与R2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，Uab＞0时电压为正值。则R1两端电压的有效值为（ ）
A．10V B．10V C．20V D．20V
11．一闭合单匝矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动。已知线框的电阻为R，穿过线框的磁通量随时间的变化图象如图所示，则（ ）
A．时线框产生的感应电动势最大
B．时线框平面与磁场垂直
C．时穿过线框平面的磁通量的变化率为
D．线框中产生的电功率为
12．如图所示，理想变压器原线圈接电压有效值为220V的正弦式交流电源，原、副线圈的匝数比为，，理想电流表的示数为1.0A，则下列判断正确的是（ ）
A．电阻的阻值为
B．电阻和两端电压相同
C．电源的输出功率为220W
D．电阻消耗的电功率是电阻消耗电功率的2倍
13．某旋转电枢式交流发电机，当转子的旋转角速度为ω时，其产生的电动势随时间变化的关系式为。那么当转子的旋转角速度减为时，其产生的电动势随时间变化的关系式为（ ）
A． B．
C． D．
14．如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动。磁场的磁感应强度，线圈的面积，匝数匝，线圈总电阻，线圈的两端经集流环和电刷与电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，线圈的转速。在时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是（ ）
A．交流发电机产生的电动势随时间的变化关系是
B．交流电压表的示数为8 V
C．从时刻开始线圈平面转过30°的过程中，通过电阻的电荷量约为
D．电阻R上的热功率为6.4 W
15．对如图所示的装置，一矩形线框在匀强磁场中绕其图示对称轴匀速转动，下列说法中正确的是（ ）
A．该装置产生电流大小不变的交流电
B．线框每经过一次中性面，感应电流方向一定发生改变
C．仅改变转速线框所产生的交变电流有效值大小不一定变化
D．线框位于中性面时磁通量为零，磁通量的变化率最大
二、填空题
16．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。
17．如图所示，三个图中的和周期T相同。甲图为正弦式交流电，则电流的有效值为______；乙图正值部分按正弦规律变化，负值部分电流恒定，电流的有效值为______；丙图为方波式交流电，电流的有效值为______；
18．我国居民生活所用交流电电压的有效值是___________V，频率是___________Hz，电压的瞬时值表达式为u=___________V。
19．交流发电机
1.主要构造：_________和_________。
2.分类
（1）旋转电枢式发电机：_________转动，_________不动。
（2）旋转磁极式发电机：_________转动，_________不动。
三、解答题
20．如图所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B=0.5T，线圈匝数N=50，每匝线圈面积为0.48m2，转速为150r/min，线圈在匀速转动过程中，从图示位置开始计时。写出交变感应电动势瞬时值的表达式。
21．如图所示，一半径为r=10cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n=600r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时。
(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式；
(2)求线圈从图示位置开始在s时的电动势的瞬时值；
(3)求线圈从图示位置开始在s时间内的电动势的平均值。
22．一个标有“220V 60W的灯泡能接220V的交流电源上吗 一个耐压值为220V的电容呢 为什么
23．如图所示的电路中，交流电的有效值不变，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变？为什么？
24．如图所示，边长分别为10cm和20cm的矩形线圈，匝数为100，内阻为，在匀强磁场中绕轴匀速转动，已知磁感应强度，线圈转动的角速度为，线圈和阻值为的电阻相连接。
(1)开关S断开时，求电压表的示数；
(2)开关S闭合时，R正常工作，求R的额定功率；
(3)若将电阻换成激发电压和熄灭电压均为的霓虹灯，则在一个周期内，霓虹灯被点亮的时间是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
线圈转动过程中，在中性面位置，磁通量最大、电流等于零，方向改变，2个周期方向改变4次，由中性面经周期到与中性面垂直，电流逐渐增大到最大。故C正确，ABD错误。
故选C。
2．A
【详解】
A．图示位置穿过线框的磁通量最大，为中性面，故A正确；
B．回路中将产生正弦式交变电流，故B错误；
CD．时，线框与磁感线方向平行，穿过线框的磁通量为零，感应电流最大，电流方向不会立即变化，故CD错误。
故选A。
3．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。
4．B
【详解】
A．电压表读数为有效值，故其示数应为
A错误；
B．电阻消耗的功率为
B正确；
C．该交流电的频率为
该交流电的周期为
电流方向改变次数n为
联立解得
C错误；
D．由C分析可知，交流电的频率为50Hz，当t=0.1s时有
D错误。
故选B。
5．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。
6．D
【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
故A错误；
B．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
根据闭合电路欧姆定律得交流电的感应电动势峰值为
故C错误；
D．由图乙可知感应电流的有效值
电阻R消耗的电功率为
故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．在一个周期T＝2s内，通过该电阻的电荷量为
＝2C
2 min内共有60个周期，所以总电量
q总＝60q＝60×2C＝120C
故A正确；
B D．在一个周期内，电阻产生的焦耳热为
代入数据解得电阻两端电压的有效值，则通过电阻的电流的有效值为
故BD错误；
C．电阻产生的焦耳热
故C错误；
故选：A。
8．C
【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。
9．B
【详解】
A．由交流电的变化规律可知，当线圈平面与磁感线的方向垂直时，穿过线圈的磁通量最大，所以在t＝时，磁场方向与线圈平面垂直，选项A错误；
B．在t＝时，穿过线圈的磁通量为0，此时线圈与磁感线的方向平行，线圈中的磁通量变化率最大，选项B正确；
C．由题图可知，t＝0时，磁通量为0，线圈与磁感线的方向平行，此时线圈中的感应电动势最大，为Em，所以线圈中电动势的瞬时值
e＝Emcos
选项C错误；
D．若线圈转速增大为原来的2倍，则线圈中最大电动势
Em′＝nBS·2ω＝2nBSω＝2Em
线圈中最大电动势变为原来的2倍，选项D错误。
故选B。
10．A
【详解】
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，R2被短路，则R1的电压为电源电压
当a点低于b点则R1与R2串联
30=I（R1+R2）
R1两端电压为
U2=IR1
解得
U2=10V
根据电流的热效应，来计算R1在0-T时间内电压有效值为
解得
故选A。
11．C
【详解】
A．由图象知s时磁通量变化率为零，根据法拉第电磁感应定律知感应电动势为零，A错误；
B．由图象知s时磁通量为零，线框平面与磁场平行，B错误；
C．在s时穿过线框平面的磁通量的变化率最大
C正确；
D．设感应电动势有效值为E，线框中产生的电功率为
，
解得
D错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．设电流表的读数为I，通过原线圈的电流为，由变压比公式可得
由电流关系可得
将两式联立并代入数据求解可得
A错误；
B．由以上分析可得流过电阻的电流大小为
电阻两端的电压为
电阻两端的电压为
B错误；
C．电源的输出功率为
C正确；
D．电阻消耗的电功率为
电阻消耗的电功率为
故
D错误。
故选C。
13．A
【详解】
线圈中产生的感应电动势的最大值为
当转子的旋转角速度减为时，感应电动势的最大值变为
电动势随时间变化的关系式变为
故选A。
14．C
【详解】
A．由图可知，线圈初始位置是从垂直中性面，所以交流发电机产生的电动势随时间的变化关系是
故A错误；
B．交流电的有效值为
则交流电压表的示数
故B错误；
C．从时刻开始线圈平面转过30°的过程中，通过电阻的电荷量约为
故C正确；
D．电阻R上的热功率为
故D错误。
故选C。
15．B
【详解】
A．该装置产生大小和方向都周期性变化的正弦式交变电流，故A错误；
B．线框每经过一次中性面，感应电流方向一定发生改变，故B正确；
C．由于该交变电流的峰值为
所以改变转速线框所产生的交变电流有效值大小一定变化，故C错误；
D．线框位于中性面时磁通量最大，磁通量的变化率为零，故D错误。
故选B。
16．
【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
17．
【详解】
[1]甲图为正弦式交流电，则电流的有效值为；
[2]乙图
解得电流的有效值为
[3]丙图
电流的有效值为
18． 220V 50Hz
【详解】
[1][2]我国居民生活所用交流电电压的有效值是220V，频率是50Hz。
[3]我国居民生活所用交流电电压峰值为
角频率为
电压瞬时值表达式为
19． 电枢 磁体 电枢 磁极 磁极 电枢
【详解】
略
20．e=188sin5πt（V）
【详解】
当线圈平面经过中性面时开始计时，则线圈在时间t内转过的角度为ωt，于是瞬时感应电动势e=Emsinωt。其中Em=NBSω。由题意知
N=50，B=0.5T，S=0.48m2，ω=rad/s=5πrad/s
Em=NBSω=50×0.5×0.48×5πV≈188V
所以
e=188sin5πt（V）
21．(1)e=100sin20πt(V)；(2)86.6V；(3)V
【详解】
(1) 交变电动势的瞬时值
E=Emsinωt
Em=NBSω
解得
e=100sin20πt(V)
(2) 线圈从图示位置开始在s时的电动势的瞬时值
(3)在s内线圈转过的角度
由Φ=BScosωt知
线圈从图示位置开始在s时间内的电动势的平均值
22．见解析
【详解】
一个标有“220V 60W的灯泡，额定电压有效值为220V，则能接220V的交流电源上；因交流电的最大值为311V，则耐压值为220V的电容不能接到该电源上。
23．见解析
【详解】
当交变电流的频率增大时，线圈对交变电流的阻碍作用增大，通过灯泡L1的电流将减小，所以灯泡L1的亮度将变暗；而电容器对交变电流的阻碍作用随交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡L2的电流增大，所以灯泡L2的亮度将变亮；由于电阻的大小与交变电流的频率无关，流过灯泡L3的电流不变，因此其亮度不变。
24．(1)120V；(2)540W；(3)
【详解】
若以线圈从中性面位置开始转动的时刻为时刻，则产生正弦式交变电流
代入数据得
(1)开关S断开时，电压表示数为
(2)开关S闭合时，R正常工作，通过R的电流为
所以其额定功率是
(3)由
可得
则
所以可作出的图像，如图所示。
图中在正、负半周期内，各有一段时间电压大于，由
得
所以一个周期内霓虹灯被点亮的时间为
答案第1页，共2页
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一、单选题
1．关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是（ ）
A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化
B．线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流先增大后减小
C．线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次
D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置
2．如图所示，边长为L的正方形线框在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，以周期T绕OO′轴匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是（ ）
A．图示位置为中性面 B．回路中产生稳恒直流电
C．时，电流方向将发生改变 D．时刻穿过线框的磁通量为
3．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
4．家用电器通常不能直接接到380V的动力电路上，某种电器要求接到交变电压是的电源上使用，交变电压是由矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的。对于交变电压u，下列说法正确的是（ ）
A．用电压表测该电压其示数为
B．将该电压加在220的电阻两端，则该电阻消耗的电功率为220W
C．电流方向每秒改变50次
D．交流电的频率为50Hz，当t=0.1s时
5．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
6．如图甲所示为一小型发电机的原理图，矩形线圈的电阻为1Ω。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匀速转动，线圈两端与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200πrad/s
B．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V
D．电阻R消耗的电功率为4000W
7．将如图所示的交流电压加在一个阻值R＝1Ω的定值电阻两端，通电时间2min，则下列说法正确的是（ ）
A．通过该电阻的电荷量为120C B．通过电阻的电流的有效值为0.5A
C．电阻产生的焦耳热为500J D．电阻两端电压的有效值为V
8．2021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．
9．某兴趣小组自制一小型发电机，使线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化的图象如图所示，线圈转动周期为T，线圈产生的电动势的最大值为Em。则（ ）
A．在t＝时，磁场方向与线圈平面平行
B．在t＝时，线圈中的磁通量变化率最大
C．线圈中电动势的瞬时值e＝Emsin
D．若线圈转速增大为原来的2倍，则线圈中最大电动势变为原来的4倍
10．在如图甲所示的电路中，R1、R2是两个定值电阻且R2=2R1，与R2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，Uab＞0时电压为正值。则R1两端电压的有效值为（ ）
A．10V B．10V C．20V D．20V
11．一闭合单匝矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动。已知线框的电阻为R，穿过线框的磁通量随时间的变化图象如图所示，则（ ）
A．时线框产生的感应电动势最大
B．时线框平面与磁场垂直
C．时穿过线框平面的磁通量的变化率为
D．线框中产生的电功率为
12．如图所示，理想变压器原线圈接电压有效值为220V的正弦式交流电源，原、副线圈的匝数比为，，理想电流表的示数为1.0A，则下列判断正确的是（ ）
A．电阻的阻值为
B．电阻和两端电压相同
C．电源的输出功率为220W
D．电阻消耗的电功率是电阻消耗电功率的2倍
13．某旋转电枢式交流发电机，当转子的旋转角速度为ω时，其产生的电动势随时间变化的关系式为。那么当转子的旋转角速度减为时，其产生的电动势随时间变化的关系式为（ ）
A． B．
C． D．
14．如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动。磁场的磁感应强度，线圈的面积，匝数匝，线圈总电阻，线圈的两端经集流环和电刷与电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，线圈的转速。在时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是（ ）
A．交流发电机产生的电动势随时间的变化关系是
B．交流电压表的示数为8 V
C．从时刻开始线圈平面转过30°的过程中，通过电阻的电荷量约为
D．电阻R上的热功率为6.4 W
15．对如图所示的装置，一矩形线框在匀强磁场中绕其图示对称轴匀速转动，下列说法中正确的是（ ）
A．该装置产生电流大小不变的交流电
B．线框每经过一次中性面，感应电流方向一定发生改变
C．仅改变转速线框所产生的交变电流有效值大小不一定变化
D．线框位于中性面时磁通量为零，磁通量的变化率最大
二、填空题
16．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。
17．如图所示，三个图中的和周期T相同。甲图为正弦式交流电，则电流的有效值为______；乙图正值部分按正弦规律变化，负值部分电流恒定，电流的有效值为______；丙图为方波式交流电，电流的有效值为______；
18．我国居民生活所用交流电电压的有效值是___________V，频率是___________Hz，电压的瞬时值表达式为u=___________V。
19．交流发电机
1.主要构造：_________和_________。
2.分类
（1）旋转电枢式发电机：_________转动，_________不动。
（2）旋转磁极式发电机：_________转动，_________不动。
三、解答题
20．如图所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B=0.5T，线圈匝数N=50，每匝线圈面积为0.48m2，转速为150r/min，线圈在匀速转动过程中，从图示位置开始计时。写出交变感应电动势瞬时值的表达式。
21．如图所示，一半径为r=10cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n=600r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时。
(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式；
(2)求线圈从图示位置开始在s时的电动势的瞬时值；
(3)求线圈从图示位置开始在s时间内的电动势的平均值。
22．一个标有“220V 60W的灯泡能接220V的交流电源上吗 一个耐压值为220V的电容呢 为什么
23．如图所示的电路中，交流电的有效值不变，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变？为什么？
24．如图所示，边长分别为10cm和20cm的矩形线圈，匝数为100，内阻为，在匀强磁场中绕轴匀速转动，已知磁感应强度，线圈转动的角速度为，线圈和阻值为的电阻相连接。
(1)开关S断开时，求电压表的示数；
(2)开关S闭合时，R正常工作，求R的额定功率；
(3)若将电阻换成激发电压和熄灭电压均为的霓虹灯，则在一个周期内，霓虹灯被点亮的时间是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
线圈转动过程中，在中性面位置，磁通量最大、电流等于零，方向改变，2个周期方向改变4次，由中性面经周期到与中性面垂直，电流逐渐增大到最大。故C正确，ABD错误。
故选C。
2．A
【详解】
A．图示位置穿过线框的磁通量最大，为中性面，故A正确；
B．回路中将产生正弦式交变电流，故B错误；
CD．时，线框与磁感线方向平行，穿过线框的磁通量为零，感应电流最大，电流方向不会立即变化，故CD错误。
故选A。
3．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。
4．B
【详解】
A．电压表读数为有效值，故其示数应为
A错误；
B．电阻消耗的功率为
B正确；
C．该交流电的频率为
该交流电的周期为
电流方向改变次数n为
联立解得
C错误；
D．由C分析可知，交流电的频率为50Hz，当t=0.1s时有
D错误。
故选B。
5．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。
6．D
【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
故A错误；
B．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
根据闭合电路欧姆定律得交流电的感应电动势峰值为
故C错误；
D．由图乙可知感应电流的有效值
电阻R消耗的电功率为
故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．在一个周期T＝2s内，通过该电阻的电荷量为
＝2C
2 min内共有60个周期，所以总电量
q总＝60q＝60×2C＝120C
故A正确；
B D．在一个周期内，电阻产生的焦耳热为
代入数据解得电阻两端电压的有效值，则通过电阻的电流的有效值为
故BD错误；
C．电阻产生的焦耳热
故C错误；
故选：A。
8．C
【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。
9．B
【详解】
A．由交流电的变化规律可知，当线圈平面与磁感线的方向垂直时，穿过线圈的磁通量最大，所以在t＝时，磁场方向与线圈平面垂直，选项A错误；
B．在t＝时，穿过线圈的磁通量为0，此时线圈与磁感线的方向平行，线圈中的磁通量变化率最大，选项B正确；
C．由题图可知，t＝0时，磁通量为0，线圈与磁感线的方向平行，此时线圈中的感应电动势最大，为Em，所以线圈中电动势的瞬时值
e＝Emcos
选项C错误；
D．若线圈转速增大为原来的2倍，则线圈中最大电动势
Em′＝nBS·2ω＝2nBSω＝2Em
线圈中最大电动势变为原来的2倍，选项D错误。
故选B。
10．A
【详解】
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，R2被短路，则R1的电压为电源电压
当a点低于b点则R1与R2串联
30=I（R1+R2）
R1两端电压为
U2=IR1
解得
U2=10V
根据电流的热效应，来计算R1在0-T时间内电压有效值为
解得
故选A。
11．C
【详解】
A．由图象知s时磁通量变化率为零，根据法拉第电磁感应定律知感应电动势为零，A错误；
B．由图象知s时磁通量为零，线框平面与磁场平行，B错误；
C．在s时穿过线框平面的磁通量的变化率最大
C正确；
D．设感应电动势有效值为E，线框中产生的电功率为
，
解得
D错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．设电流表的读数为I，通过原线圈的电流为，由变压比公式可得
由电流关系可得
将两式联立并代入数据求解可得
A错误；
B．由以上分析可得流过电阻的电流大小为
电阻两端的电压为
电阻两端的电压为
B错误；
C．电源的输出功率为
C正确；
D．电阻消耗的电功率为
电阻消耗的电功率为
故
D错误。
故选C。
13．A
【详解】
线圈中产生的感应电动势的最大值为
当转子的旋转角速度减为时，感应电动势的最大值变为
电动势随时间变化的关系式变为
故选A。
14．C
【详解】
A．由图可知，线圈初始位置是从垂直中性面，所以交流发电机产生的电动势随时间的变化关系是
故A错误；
B．交流电的有效值为
则交流电压表的示数
故B错误；
C．从时刻开始线圈平面转过30°的过程中，通过电阻的电荷量约为
故C正确；
D．电阻R上的热功率为
故D错误。
故选C。
15．B
【详解】
A．该装置产生大小和方向都周期性变化的正弦式交变电流，故A错误；
B．线框每经过一次中性面，感应电流方向一定发生改变，故B正确；
C．由于该交变电流的峰值为
所以改变转速线框所产生的交变电流有效值大小一定变化，故C错误；
D．线框位于中性面时磁通量最大，磁通量的变化率为零，故D错误。
故选B。
16．
【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
17．
【详解】
[1]甲图为正弦式交流电，则电流的有效值为；
[2]乙图
解得电流的有效值为
[3]丙图
电流的有效值为
18． 220V 50Hz
【详解】
[1][2]我国居民生活所用交流电电压的有效值是220V，频率是50Hz。
[3]我国居民生活所用交流电电压峰值为
角频率为
电压瞬时值表达式为
19． 电枢 磁体 电枢 磁极 磁极 电枢
【详解】
略
20．e=188sin5πt（V）
【详解】
当线圈平面经过中性面时开始计时，则线圈在时间t内转过的角度为ωt，于是瞬时感应电动势e=Emsinωt。其中Em=NBSω。由题意知
N=50，B=0.5T，S=0.48m2，ω=rad/s=5πrad/s
Em=NBSω=50×0.5×0.48×5πV≈188V
所以
e=188sin5πt（V）
21．(1)e=100sin20πt(V)；(2)86.6V；(3)V
【详解】
(1) 交变电动势的瞬时值
E=Emsinωt
Em=NBSω
解得
e=100sin20πt(V)
(2) 线圈从图示位置开始在s时的电动势的瞬时值
(3)在s内线圈转过的角度
由Φ=BScosωt知
线圈从图示位置开始在s时间内的电动势的平均值
22．见解析
【详解】
一个标有“220V 60W的灯泡，额定电压有效值为220V，则能接220V的交流电源上；因交流电的最大值为311V，则耐压值为220V的电容不能接到该电源上。
23．见解析
【详解】
当交变电流的频率增大时，线圈对交变电流的阻碍作用增大，通过灯泡L1的电流将减小，所以灯泡L1的亮度将变暗；而电容器对交变电流的阻碍作用随交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡L2的电流增大，所以灯泡L2的亮度将变亮；由于电阻的大小与交变电流的频率无关，流过灯泡L3的电流不变，因此其亮度不变。
24．(1)120V；(2)540W；(3)
【详解】
若以线圈从中性面位置开始转动的时刻为时刻，则产生正弦式交变电流
代入数据得
(1)开关S断开时，电压表示数为
(2)开关S闭合时，R正常工作，通过R的电流为
所以其额定功率是
(3)由
可得
则
所以可作出的图像，如图所示。
图中在正、负半周期内，各有一段时间电压大于，由
得
所以一个周期内霓虹灯被点亮的时间为
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