2.2 交变电流的产生与描述 突破训练 Word版含答案

交变电流的产生与描述
1.一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成沿半径方向的辐向磁场。从如图所示位置开始计时，规定此时电动势为正值，选项图中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是(　　)
解析：选D　由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由右手定则可知，线圈转动一周，产生的感应电动势的方向改变两次，选项D正确。
2.(2019·遂宁检测)如图所示为一交变电流随时间变化的图像，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为Im；电流的负值的大小为Im，则该交变电流的有效值为(　　)
A．Im　　　　　　　　　　 B．
C．Im D．Im
解析：选C　设该交变电流的有效值为I，取一个周期时间，由电流的热效应得：2R×1×10－2 s＋Im2R×1×10－2 s＝I2R×2×10－2 s，解得：I＝Im，故C正确。
3.如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～ 这段时间内(　　)
A．线圈中的感应电流一直在增大
B．线圈中的感应电流先增大后减小
C．穿过线圈的磁通量一直在减小
D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小
解析：选D　计时开始时线圈平面与磁场方向平行，感应电流最大，在0～时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量逐渐增大，其变化率一直减小，故D正确，A、B、C错误。
4.如图所示为实验室一台手摇交流发电机原理图，内阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的电阻，为理想交流电流表。闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10sin 10πt V，则(　　)
A．该交变电流的频率为10 Hz
B．该电动势的有效值为10 V
C．外接电阻R所消耗的电功率为10 W
D．电流表的示数为 A
解析：选B　根据题意知，转子转动的角速度ω＝10π rad/s，又ω＝2πf，则该交变电流的频率f＝5 Hz，选项A错误；该交变电流电动势的最大值Em＝10 V，则有效值E＝＝10 V，选项B正确；根据欧姆定律可得，电路中电流有效值I＝＝1.0 A，即电流表的示数为1.0 A，电阻R所消耗的电功率P＝I2R＝9.0 W，选项C、D错误。
5．(2019·开封模拟)如图甲所示为一台小型发电机结构示意图，线圈沿逆时针方向转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示。发电机线圈内阻为1 Ω，外接小灯泡的电阻为9 Ω恒定不变，则下列说法中正确的是(　　)
A．电压表的示数为6 V
B．发电机的输出功率为4 W
C．在1.0×10－2 s时刻，穿过线圈的磁通量最大
D．在1.0×10－2 s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大
解析：选C　由题图乙可知，发电机产生电动势的最大值为6 V，电动势的有效值是6 V，电压表测量的是小灯泡两端的电压，所以电压表示数为×6 V＝5.4 V，A错误；发电机的输出功率P＝＝ W＝3.24 W，B错误；在t＝1×10－2 s时刻，由题图乙可知此时的电动势为零，那么此时穿过线圈的磁通量最大，感应电动势与磁通量的变化率成正比，该时刻穿过线圈的磁通量变化率为零，C正确，D错误。
6．(多选)一正弦式交流电源的u-t图像如图甲所示，将它接在图乙所示电路的e、f两端，若电阻的阻值为110 Ω，电源的内阻不计，交流电压表是量程为250 V的理想电表，则下列说法中正确的是(　　)
A．通过电阻的电流方向1 s改变50次
B．交流电压表示数为220 V
C．产生该交流电的线圈在磁场中匀速转动的角速度为100π rad/s
D．在1 min内电阻R上产生的热量为5.28×104 J
解析：选BC　由题图甲知交流电的周期为T＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz，而一个周期内电流方向改变两次，即通过电阻的电流方向1 s改变100次，A错；交流电压的峰值为220 V，有效值为220 V，电压表测量的是有效值，即220 V，B对；由ω＝＝100π rad/s可知，C对；由Q＝t得，在1 min内电阻R上产生的热量为2.64×104 J，D错。
7.(多选)(2019·洛阳高三联考)如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，下列判断正确的是(　　)
A．电压表的读数为
B．当线圈由图示位置转过30°的过程中，通过电阻R的电荷量为
C．在线圈转过一周的过程中，电阻R上产生的焦耳热为
D．当线圈由图示位置转过30°时通过电阻R的电流为
解析：选AD　电动势的最大值Em＝NBSω，有效值E＝＝，电压表的示数为路端电压的有效值U＝E＝，A正确；线圈转过30°的过程中，通过电阻R的电荷量q＝＝＝，B错误；在线圈转过一周的时间内电阻R上产生的热量Q＝·＝，C错误；电流的最大值为Im＝＝，电流的瞬时值表达式为i＝Imsin ωt，线圈从图示位置转过30°时，ωt＝，此时的电流为i＝＝，D正确。
8.(多选)如图所示，N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO′匀速转动，线框面积为S，线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想交流电流表和二极管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．图示位置电流表的示数为NBS
B．一个周期内通过R的电荷量为
C．R两端电压的有效值为NBS
D．图示位置电流表的示数为0
解析：选AB　设回路中电流的有效值为I，由电流的热效应可知，2RT＝I2RT，解得I＝，理想交流电流表测的是电流的有效值，A正确，D错误；在一个周期内，只有半个周期的时间有电流通过R，故一个周期内通过R的电荷量q＝＝，B正确；R两端电压有效值U＝IR＝，C错误。