1、课时规范练 35 交变电流的产生及其描述课时规范练第 68 页 基础巩固组1.(交变电流的产生)如图所示为一台发电机的结构示意图 ,其中 N、S 是永久磁铁的两个磁极,它们的表面成半圆柱面形状。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方向沿半径的辐向磁场。若从图示位置开始计时电动势为正值,则下列图中能正确反映线圈中感应电动势 e 随时间 t 变化规律的是( )答案 D解析 由磁场分布特点知,线圈在每一个位置的切割磁感线情况相同,故感应电动势大小是相同的,方向做周期性变化。2.(交变电流的图象)如图甲所示,一矩形线圈 abcd 放
2、置在匀强磁场中,并绕过 ab、cd 中点的轴 OO以角速度 逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角 =45时(如图乙)为计时起点,并规定当电流自 a 流向 b 时电流方向为正。则能够正确反映线圈中电流变化规律的图象是( )答案 D解析 t=0 时刻,根据图乙表示的转动方向 ,由右手定则知,此时 ad 中电流方向由 a 到 d,线圈中电流方向为 adcba,与规定的电流正方向相反,电流为负值,由图乙还能观察到,线圈在接下来的 45转动过程中,ad、bc 两边垂直切割磁感线的速度越来越小,所以感应电动势应减小,感应电流减小,故 D 正确。3.(交变电流的有效值)(2017安徽宿州期末)如图所示为正
3、弦交变电流经过整流器处理后的电压波形,其电压的有效值是( )A.1.5 V B.1 V C. V D. V答案 A解析 设交变电流电压的有效值为 U,一个周期 T=4 s, T,解得 U=1.5 V,A 正确。4.(交变电流的有效值)(2017山东莱芜期末)一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,周期为 T,从中性面开始计时,当 t= T 时,感应电动势的瞬时值为 10 V,则此交流电压的有效值为( )A.5 V B.10 V C.10 V D.20 V答案 C解析 从中性面开始计时,瞬时值表达式为 e=Emsin t,当 t= T 时,e= =10 V,解得 Em=20 V,有效值
4、E= =10 V,C 正确。5.(交变电流的有效值)如图所示电路,电阻 R1 与电阻 R2 阻值相同 ,都为 R,和 R1 并联的 D 为理想二极管(正向电阻可看作零 ,反向电阻可看作无穷大), 在 A、B 间加一正弦式交变电流 u=20sin 100t V,则加在 R2 上的电压有效值为( )A.10 V B.20 V C.15 V D.5 V答案 D解析 电压值取正值时,即在前半个周期内,二极管电阻为零,R 2 上的电压等于输入电压值,电压值取负值时,即在后半周期内,二极管电阻无穷大可看作断路,R 2 上的电压等于输入电压值的一半,据此可设加在 R2 的电压有效值为 U,根据电流的热效应,
5、在一个周期内满足 T=,可求出 U=5 V。故选项 D 正确。6.(多选)(交变电流“ 四值”的计算)(2017河南郑州一模)边长为 l 的正方形线框在匀强磁场 B 中以角速度 匀速转动,产生的感应电流的最大值为 Im,设灯泡的电阻为 R,其他电阻不计。从如图所示位置开始计时,则 ( )A.电路中电流的最大值 Im=B.电路中电流的瞬时表达式为 i=Imsin tC.电流表的读数为D.灯泡的电功率为 R答案 AD解析 感应电动势的最大值 Em=Bl2,则电流的最大值 Im= ,选项 A 正确; 由线圈电流为最大值时开始计时,故电路中电流的瞬时表达式应为 i=Imcos t,选项 B 错误;电流
6、表的读数为有效值,为 I= Im,选项 C 错误; 灯泡的电功率 P=I2R= R,选项 D 正确。7.(多选)(交变电流“ 四值”的计算)(2017安徽屯溪模拟)如图所示,面积为 S、匝数为 N、电阻为r 的正方形导线框与阻值为 R 的电阻构成闭合回路,理想交流电压表并联在电阻 R 的两端。线框在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,以与电路连接的一边所在直线为轴垂直于磁场以角速度 匀速转动,不计其他电阻,则下列说法正确的是( )A.若从图示位置开始计时,线框中感应电动势的瞬时值为 e=NBSsin tB.线框通过中性面前后,流过电阻 R 的电流方向将发生改变,1 秒内流过电阻 R 的电流方向改变
7、 次C.线框从图示位置转过 60的过程中 ,通过电阻 R 的电荷量为D.电压表的示数跟线框转动的角速度 大小无关答案 ABC解析 从图示位置开始计时,即从线框处于中性面位置开始计时,感应电动势瞬时值e=NBSsin t,选项 A 正确;线框通过中性面前后,流过电阻 R 的电流方向发生改变,每转 1 周电流方向改变 2 次,1 秒钟内线框转动圈数为 ,故流过电阻 R 的电流方向改变 2次,选项 B 正确;线框从图示位置转过 60的过程中 ,通过电阻 R 的电荷量 q= t=t=N ,而 =BS = BS,故 q= ,选项 C 正确;电压表的示数 U= ,而E= ,故 U,选项 D 错误。8.(交
8、变电流“四值”的计算)(2017广东中山月考)如图甲所示 ,标有“220 V 40 W”的灯泡和标有“20 F 300 V”的电容器并联到交流电源上 ,V 为交流电压表,交流电源的输出电压如图乙所示。闭合开关,下列判断正确的是( )A.t= 时刻,V 的示数为零B.灯泡恰好正常发光C.电容器不可能被击穿D.V 的示数保持 110 V 不变答案 B解析 V 的示数应是电压的有效值 220 V,故 A、D 错; 电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压,灯泡正常发光,B 正确;电压的峰值 Um=220 V=311 V,大于 300 V,故电容有可能被击穿,C 错。导学号 06400486能力提升组9.(
9、多选)如图,M 为半圆形导线框,圆心为 OM;N 是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为 ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内,两圆弧半径相等; 过直线 OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框 M、N 在 t=0 时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过 OM和ON的轴,以相同的周期 T 逆时针匀速转动 ,则( )A.两导线框中均会产生正弦交变电流B.两导线框中感应电流的周期都等于 TC.在 t= 时,两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等答案 BC解析 因半径、周期相同,故两线框进入磁场过程产生的感应电动势大小为e0= BR
10、2= R2= ,两线框中产生的电动势瞬时值随时间关系如图:所以选项 A 错误,选项 B、C 正确。由有效值定义可知 M、N 线圈中电流的有效值不相等,D 项错误。导学号 0640048710.(多选)(2017江西三校第一次联考)如图 xOy 平面为光滑水平面,现有一长为 d、宽为 l 的线框 MNPQ 在外力 F 作用下,沿 x 轴正方向以速度 v 做匀速直线运动 ,空间存在竖直方向的磁场,磁感应强度 B=2B0cos x(式中 B0 为已知量), 规定竖直向下为磁感应强度正方向,线框电阻为 R,t=0 时刻 MN 边恰好在 y 轴处,则下列说法正确的是( )A.外力 F 为恒力B.t=0
11、时,外力大小 F=16 l2C.通过线框的瞬时电流 I=D.经过 t= ,线框中产生的电热 Q=答案 BC解析 由于磁场是变化的,故切割产生的感应电动势也为变值,安培力也会变化,故要保持其匀速运动,外力 F 不能为恒力,故 A 错误;t=0 时,左右两边处的磁感应强度均为 2B0,方向相反,则感应电动势 E=4B0lv,拉力等于安培力即 F=22B0Il= ,故 B 正确;由于两边正好相隔半个周期,故产生的电动势方向相同,经过的位移为 vt,瞬时电动势 E=4B0lvcos ,瞬时电流I= ,故 C 正确; 由于瞬时电流为余弦规律变化,故可知感应电流的有效值 I=,故产生的电热 Q=I2Rt=
12、 ,故 D 错误。11.(2017广东中山月考)如图所示,匀强磁场的磁感应强度 B=0.5 T,边长 l=10 cm 的正方形线圈共 100 匝,线圈电阻r=1 , 线圈绕垂直于磁感线的对称轴 OO匀速运动,角速度 =2 rad/s,外电路中的电阻 R=4 ,求:(1)感应电动势的最大值;(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行 )转过 60时的瞬时感应电动势;(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行 )转过 60的过程中产生的平均感应电动势;(4)交流电压表的示数;(5)线圈转动一周产生的总热量;(6)从图示位置开始的 周期内通过 R 的电荷量。答案 (1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.6 V (4)1.78 V(5)0.99 J (6)0.087 C解析 (1)感应电动势的最大值Em=nBS=1000.50.122 V=3.14 V。(2)由图示位置转过 60时的瞬时感应电动势为e=Emcos 60=3.140.5 V=1.57 V。(3)由图示位置转过 60的过程中产生的平均感应电动势为=n =n ,其中,T= =1 s,=100 V=2.6 V。(4)交流电压表的示数为外电路两端电压的有效值,即U= R= V=1.78 V。(5)线圈转动一周产生的总热量为 Q= T=0.99 J。(6)在 周期内通过电阻 R 的电荷量为 q= C=0.087 C。
