山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-2：3.2交变电流是怎样产生的 跟踪训练（含解析）

3.2交变电流是怎样产生的
跟踪训练（含解析)
1．如图所示，匀强磁场方向水平向右，粗细均匀的正方形金属线框abcd放在匀强磁场中，线框平面与磁场平行，O1
O
2为正方形金属线框垂直于磁场的对称轴，ab边与垂直于磁场的直线O3O4重合，当线框以角速度绕O1O2匀速转动到图示位置时cd边产生的感应电动势为E1，回路中的感应电流为I1，当线框以角速度绕O3O4匀速转动到图示位置时cd边产生的感应电动势为E2，回路中的感应电流为I2，则（
）
A．
B．
C．
D．
2．如图甲所示，单匝矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则下列说法错误的是（　　）
A．该交变电动势瞬时值表达式为
B．t=0.025s时线框位于中性面位置
C．线框产生的交变电动势有效值为22V
D．t=0.0025s穿过线圈的磁通量变化率为22V
3．图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈内阻为1
Ω，外接灯泡的电阻为9
Ω，则（　　）
A．电压表的示数为6
V
B．在t
=
10?2
s的时刻，穿过线圈的磁通量为零
C．若线圈转速改为25
r/s，则电动势的有效值为3
V
D．若线圈转速改为25
r/s，则通过电灯的电流为1.2
A
4．如图是一正弦式交变电流的电流图象此正弦交变电流的周期和电流的有效值分别为（
）
A．
B．
C．
D．
5．下列关于交变电流的几种说法正确的是（　　）
A．电气设备上所标的额定电压值、电流值都是最大值
B．交流电压表和交流电流表测得的是瞬时值
C．对同一电阻，跟交变电流有相同热效应的恒定电流的电压值等于交变电流电压的有效值
D．对同一电阻，跟恒定电流有相同热效应的交变电流的电压值等于交变电流电压的有效值
6．交变电流电压的有效值为6V，它和电阻R1、R2及电容器C、电压表一起连接成如图所示的电路，图中电压表的读数为U1，为了保证电容器C不被击穿，电容器的耐压值为U2，电容器在电路中正常工作，则
A．U1＝6V，U2＝6V
B．U1＝6V，U2＝3V
C．U1＝6?V，U2≥6V
D．U1＝6V，U2≥6V
7．在相同的时间内，某正弦交变电流通过一阻值为100Ω的电阻产生的热量与一电流为3A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则（　　）
A．此交变电流的有效值为3A，峰值为3A
B．此交变电流的有效值为3A，峰值为6A
C．电阻两端的交流电压的有效值为300V，峰值为300V
D．电阻两端的交流电压的有效值为300V，峰值为600V
8．一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为；若该电阻接到正弦交流电源上，在个周期内产生的热量为，该电阻上电压的峰值均为，周期均为T，如图甲、乙所示。则等于（　　）
A．
B．
C．2∶1
D．1∶2
9．如图所示，长导线竖直放置，其中通有恒定电流，竖直平面内的矩形线圈abcd可绕其对称轴O1O2转动。当线圈绕O1O2轴以角速度ω沿逆时针（沿轴线从上往下看）方向匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是（　　）
A．t=时线圈产生的感应电动势为最大
B．0~时间内线圈中感应电流方向为adcba
C．时线圈产生的感应电动势为零
D．线圈每转动一周电流方向改变两次
10．如图所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，ad=bc=l1，ab=cd=l2，从图示位置起该线圈以角速度ω绕不同转轴做匀速转动，则(　　)
A．以OO′为转轴时，感应电动势e=Bl1l2ωsinωt
B．以O1O1′为转轴时，感应电动势e=Bl1l2ωsinωt
C．以OO′为转轴时，感应电动势e=Bl1l2ωcosωt
D．以OO′为转轴跟以ab为转轴一样，感应电动势e=Bl1l2ωsin
11．如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直，线圈匝数n=40匝，ab边长L1=0.5m，bc边长L2=0.4m，线圈总电阻r=1Ω。线圈转动的角速度ω=100rad/s，磁场的磁感应强度B=0.2T。线圈两端外接R=9Ω的电阻和一个理想交流电流表。则：
（1）从图示位置开始计时，闭合电路中电流随时间变化的函数表达式为_____________；
（2）电流表的示数为________；
（3）电阻R上消耗的电功率为_____；从图示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电量是__。
12．如图是一个正弦交流电图象，根据图象可求出它的频率f=
______
Hz，电流有效值为___________A．
13．调光台灯是利用闸流晶体管来实现无级调节灯的亮度的．现将某无级调光台灯接在220
V的正弦交变电流上，如图甲所示，经过闸流晶体管调节后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时电压表的示数是____________V
14．如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r＝0.10m、匝数n＝20的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图乙所示）。在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为，线圈的电阻为R1＝0.50Ω，它的引出线接有R2＝9.5Ω的小电珠L，外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠。当线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示时（摩擦等损耗不计）。求：
(1)电压表中的示数；
(2)t＝0.1s时外力F的大小；
(3)通电40s小电珠L消耗的电能。
参考答案
1．A
【解析】
AB．不论是绕还是绕匀速转动，线圈转动到图示位置时，线圈中的电动势为
根据闭合电路欧姆定律可知因此线框中感应电流相同，故A正确，B错误；
CD．当线框绕匀速转动，边产生的感应电动势为
当线框绕匀速转动，边产生的感应电动势为
即有
故C、D错误；
故选A。
2．B
【解析】
A．由题可知，产生的应该是按照正弦型规律变化的交变电流，由图乙可知该正弦交变电流的电动势最大值为，周期为T=0.02s，又
则该交变电动势瞬时值表达式为
A正确；
B．当t=0.025s时，感应电动势取得峰值，因此线框位于线框平面与中性面垂直的位置，B错误；
C．根据正弦型规律变化的交变电流的峰值与有效值之间的关系
得知线框产生的交变电动势有效值为，C正确；
D．当t=0.0025s时
即穿过线圈的磁通量变化率为22V，D正确。
本题选择错误选项，故选B。
3．C
【解析】
A．由图乙知，电动势的最大值为，有效值为
电压表的示数为外电阻两端电压
故A错误；
B．在t
=
10?2
s的时刻，电动势为0，则线圈处于中性面，穿过线圈磁通量最大，故B错误；
CD．由图乙得，线圈转动周期为T
=
0.02
s，所以转速为
交流电压的最大值
若线圈转速n改为25r/s，减小为原来的一半，则电动势的最大值减为原来的一半，所以电动势的有效值也减为原来的一半，即为3
V，此时通过电灯的电流为
故C正确，D错误。
故选C。
4．C
【解析】
由图可知，该交流电的电流最大值为10A，周期为0.02s，所以有效值
故C正确，ABD错误。
5．C
【解析】
A．
电气设备上所标的额定电压值、电流值都是有效值，故A错误；
B．
交流电压表和交流电流表测得的是有效值，故B错误；
CD．根据电流的热效应可知，对同一电阻，跟交变电流有相同热效应的恒定电流的电压值等于交变电流电压的有效值，故C正确D错误。
故选C。
6．D
【解析】
交流电源的电压是6V，而电压表测量的是交流电的有效值，则电压表的示数为；因正弦式交流电的最大值是有效值的倍，则知电压的最大值为，所以电容器要能正常工作，其耐压值必须不低于，即。
故选D。
7．C
【解析】
AB．根据有效值的定义可知，交流电的有效值即为等效直流电的电流值为3A，最大值为
代入数据得
故AB错误；
CD．根据欧姆定律
可知，电阻两端交流电压的有效值为，最大值为，故C正确，D错误。
故选C。
8．C
【解析】
根据焦耳定律知，而正弦交流电压的有效值等于峰值的，所以
可得
故C正确，ABD错误。
故选C。
9．AD
【解析】
A．根据安培定则可判断出在时线圈中磁通量为零，时线圈中磁通量变化率最大，线圈中产生的感应电动势最大，故A正确；
B．由安培定则可判断出线圈中磁场方向为垂直纸面向外，在（即前）时间内，线圈转动90°，应用楞次定律和安培定则可判断出线圈中感应电流方向为逆时针方向，即abcda，故B错误；
C．时，线圈中的磁通量为零，但磁通量变化率最大，根据法拉第电磁感应定律，可知线圈中产生的感应电动势最大，故C错误；
D．线圈每转动一周电流方向改变两次，故D正确。
故选AD。
10．CD
【解析】
图示时刻感应电动势最大为Bl1l2ω，以O1O1′为转轴时，磁通量的变化率始终为零，感应电动势为零．
【详解】
图示时刻感应电动势最大为Bl1l2ω，以OO′为转轴时，感应电动势e=Bl1l2ωcosωt，A错误，C正确；以O1O1′为转轴时，磁通量的变化率始终为零，感应电动势为零，B错误；由三角形知识知以OO′为转轴或以ab为转轴时，感应电动势e＝Bl1l2ωsin(ωt+)，D正确；故选CD．
11．
【解析】
（1）线圈中产生的感应电动势的最大值表达式为：
从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值为：
所以电流的瞬时表达式为：；
（2）电流表测量的是有效值，所以电流表的示数为：；
（3）根据功率公式得：
从图示位置转过的过程中，平均电动势为：
则平均电流为：
则从图示位置转过的过程中，通过电阻的电量为：
。
12．5
10
【解析】
由图像可知，交流电的周期为T=0.2s，则频率为；电流的有效值：.
13．
【解析】
设交流电的有效值为U，将交流电与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：
，解得：U=156V
14．(1)1.07V；(2)0.128N；(3)4.864J
【解析】
(1)线圈中产生的感应电动势最大值
小电珠中电流的最大值
小电珠中电压的最大值
Um=ImR2=0.16×9.5V=1.52V
由于线圈中产生的是正弦式电流，则小电珠中电压的有效值为
(2)t=0.1s时外力F的大小等于安培力大小
F=BIm?n2πr=0.128N
(3)通电40s小电珠L消耗的电能