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2019-2020年高中物理 第3章第2節(jié)交流電是怎樣產(chǎn)生的檢測試題 魯科版選修3-2 1.下列說法不正確的是(　　) A．交流發(fā)電機(jī)是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 B．交流發(fā)電機(jī)是把電能轉(zhuǎn)變成其他形式能的裝置 C．交流發(fā)電機(jī)中電樞和磁極不管誰轉(zhuǎn)動(dòng)，只要轉(zhuǎn)動(dòng)，就稱為轉(zhuǎn)子，只要不動(dòng)，就稱為定子 D．交流發(fā)電機(jī)利用的是電磁感應(yīng)原理 解析：選B.交流發(fā)電機(jī)是利用線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象形成電流，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)部是由轉(zhuǎn)子和定子組成的，轉(zhuǎn)動(dòng)的為轉(zhuǎn)子，不動(dòng)的為定子．故選項(xiàng)A、C、D正確，B錯(cuò)誤． 2.(xx福鼎中學(xué)高二期末)一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交流電的圖象如圖所示，由圖可以知道(　　) A．0.01 s時(shí)刻線圈處于中性面位置 B．該交流電流頻率為50 Hz C．該交流電流有效值為2 A D．0.01 s時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零 解析：選D.0.01 s時(shí)感應(yīng)電流最大，線圈與中性面垂直，穿過線圈的磁通量為零，A錯(cuò)誤，D正確．頻率f＝＝ Hz＝25 Hz，B錯(cuò)誤．有效值I＝＝ A＝4.54 A，C錯(cuò)誤． 3.實(shí)驗(yàn)室里的交流發(fā)電機(jī)可簡化為如圖所示的模型，正方形線圈在水平勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．今在發(fā)電機(jī)的輸出端接一個(gè)電阻R和理想電壓表，并讓線圈每秒轉(zhuǎn)25圈，讀出電壓表的示數(shù)為10 V．已知R＝10 Ω，線圈電阻忽略不計(jì)，下列說法正確的是(　　) A．線圈位于圖中位置時(shí)，線圈中的瞬時(shí)電流為零 B．從中性面開始計(jì)時(shí)，線圈中電流瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝sin25t(A) C．流過電阻R的電流每秒鐘方向改變50次 D．電阻R上的熱功率等于20 W 解析：選C.通過以下表格對(duì)各項(xiàng)進(jìn)行逐一分析. 選項(xiàng) 分析過程 結(jié)論 A 如題圖所示位置，磁通量變化最快，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，感應(yīng)電流最大 B 電壓有效值為10 V，最大值為10 V，電流的最大值Im＝＝ A，從中性面開始計(jì)時(shí)應(yīng)該為：i＝sin50πt(A) C 頻率為25 Hz，每秒鐘電流方向改變50次 √ D 電壓有效值為10 V，R的功率為P＝＝10 W 4.(2011高考天津卷)在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的圖象如圖乙所示，則(　　) A．t＝0.005 s時(shí)線框的磁通量變化率為零 B．t＝0.01 s時(shí)線框平面與中性面重合 C．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢有效值為311 V D．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢頻率為100 Hz 解析：選B.由題圖乙可知該正弦交變電動(dòng)勢的電壓最大值為311 V，周期等于0.02 s，因此，根據(jù)正弦交變電動(dòng)勢的最大值與有效值之間的關(guān)系式U＝得知選項(xiàng)C錯(cuò)誤；又f＝，則頻率f＝50 Hz，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；當(dāng)t＝0.005 s時(shí)，e＝n＝311 V，取得最大值，穿過線圈的磁通量變化率最大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)t＝0.01 s時(shí)，交變電壓及電流方向發(fā)生改變，電壓值最小等于零，線框平面與中性面重合，選項(xiàng)B正確． 5.如圖所示，勻強(qiáng)磁場B＝0.1 T，所用矩形線圈的匝數(shù)N＝100，邊長ab＝0.2 m，bc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)線圈平面通過中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)，求： (1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式． (2)由t＝0至t＝過程中的平均電動(dòng)勢值． 解析：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值e＝NBSωsin ωt， 由題可知S＝abbc＝0.20.5 m2＝0.1 m2， Em＝NBSω＝1000.10.1100π V＝314 V， 所以e＝314 sin100πt V. (2)用E＝N計(jì)算t＝0至t＝過程中的平均電動(dòng)勢為： E＝N＝N＝， 即E＝NBSω，代入數(shù)值得E＝200 V. 答案：(1)e＝314sin100πt V　(2)200 V 一、選擇題 1.(xx大慶高二期末)如圖是某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流的圖象，根據(jù)圖象可以判定(　　) A．此交變電流的頻率為5 Hz B．該交流電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝12sin10πt(V) C．將標(biāo)有“12 V，3 W”的燈泡接在此交變電流上，燈泡可以正常發(fā)光 D．圖象上對(duì)應(yīng)的0.1 s時(shí)刻，發(fā)電機(jī)中的線圈剛好與中性面垂直 解析：選A.由圖象知，交變電壓的最大值為Um＝12 V，周期T＝0.2 s，所以頻率f＝＝ Hz＝5 Hz，角速度ω＝＝10π rad/s，瞬時(shí)值表達(dá)式e＝12sin10πt V，A正確，B錯(cuò)誤．電壓有效值U＝＝6 V<12 V，所以燈泡不能正常發(fā)光，C錯(cuò)誤．t＝0.1 s時(shí)，e＝0，線圈與中性面重合，D錯(cuò)誤． 2.一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢為e＝220sin(100πt) V．關(guān)于這個(gè)交變電流，下列說法中正確的是(　　) A．交變電流的頻率為100 Hz B．電動(dòng)勢的有效值為220 V C．電動(dòng)勢的峰值為311 V D．t＝0時(shí)，線圈平面與中性面垂直 解析：選C.因?yàn)棣兀?00π，所以f＝50 Hz，A錯(cuò)誤，電動(dòng)勢的峰值為220 V約311 V，C正確．電動(dòng)勢的有效值U＝ V＝220 V，B錯(cuò)誤．t＝0時(shí)，e＝0，線圈平面處于中性面，D錯(cuò)誤． 3.如圖所示，有一矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中分別繞軸O1O1′和中軸O2O2′以同樣的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，那么此線圈在以O(shè)1O1′和O2O2′分別為軸旋轉(zhuǎn)到線圈平面與磁感線平行時(shí)，可產(chǎn)生的感應(yīng)電流之比為(　　) A．1∶2　　　　　　　　 B．2∶1 C．1∶4 D．1∶1 解析：選D.感應(yīng)電流I＝，而E＝BSω，這與轉(zhuǎn)軸在何處無關(guān)．因此，感應(yīng)電流之比為1∶1. 4.一個(gè)矩形線框的面積為S，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，從線圈平面與磁場垂直的位置開始計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/秒，則(　　) A．線框產(chǎn)生交變電動(dòng)勢的最大值為nπBS B．線框產(chǎn)生交變電動(dòng)勢的有效值為nπBS/2 C．從開始轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過周期，線框中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為2nBS D．感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝2nπBSsin2nπt 解析：選D.轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/秒，則角速度為2πn，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值公式Em＝NBSω可以知道，電動(dòng)勢的最大值為2nπBS，有效值為最大值的，即為nπBS，所以A、B錯(cuò)．從線圈平面與磁場垂直的位置開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝BSωsinωt＝2nπBSsin2nπt，D對(duì)．由E＝N得平均電動(dòng)勢為4nBS，C錯(cuò)． 5.(xx徐州高二質(zhì)檢)電阻為1 Ω的某矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，如圖中線a所示，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后該線圈中所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交變電流的說法正確的是(　　) A．在圖中t＝0時(shí)刻穿過線圈的磁通量均為零 B．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速比為2∶3 C．交流電a的電動(dòng)勢的有效值為5 V D．交流電b的電動(dòng)勢的最大值為5 V 解析：選C.t＝0時(shí)，磁通量都為最大，A錯(cuò)誤．兩次周期之比Ta∶Tb＝0.4∶0.6＝2∶3，所以轉(zhuǎn)速之比na∶nb＝3∶2，B錯(cuò)誤．由Ia＝及Ua＝IaR得，Ua＝5 V，C正確．由Em＝NBSω可知，Uam∶Ubm＝3∶2，所以Ubm＝ V，D錯(cuò)誤． 6.如圖所示，一正方形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著OO′觀察，線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)．已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈匝數(shù)為n，邊長為l，電阻為R，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω.則當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí)，下列說法正確的是(　　) A．線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcda B．穿過線圈的磁通量為0 C．線圈中的感應(yīng)電流為 D．穿過線圈磁通量的變化率為0 解析：選BC.圖示位置，線圈平面與磁場平行，所以穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大，B正確、D錯(cuò)誤；此時(shí)由右手定則可知電流方向?yàn)閍dcba，A錯(cuò)誤；由峰值表達(dá)式Em＝nBSω＝nBl2ω，所以Im＝，圖示位置感應(yīng)電流等于峰值，C正確． 7.一個(gè)匝數(shù)為10的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，周期為T.若把多用電表的選擇開關(guān)撥至交流電壓擋，測得a、b兩點(diǎn)間的電壓為20 V，則可知從中性面開始計(jì)時(shí)，當(dāng)t＝T時(shí)，穿過線圈的磁通量的變化率約為(　　) A．1.41 Wb/s B．2.0 Wb/s C．14.1 Wb/s D．20.0 Wb/s 解析：選B.電壓表示數(shù)為線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知20 V＝10，所以t＝T時(shí)，穿過線圈磁通量的變化率約為＝2.0 Wb/s，B對(duì)． 8.某臺(tái)家用柴油發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相同的交變電流．現(xiàn)在該發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障，轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速只能達(dá)到正常工作時(shí)的一半，則它產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的圖象是(　　) 解析：選B.我國照明用電的周期為0.02 s，轉(zhuǎn)速減半，周期變?yōu)樵瓉淼?倍，角速度變?yōu)樵瓉淼囊话?，根?jù)最大值公式Em＝nBSω可知，Em變?yōu)樵瓉淼囊话耄珺對(duì)． 如圖所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，正確的說法是(　　) A．線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，指針左右擺動(dòng)一次 B．圖示位置為中性面，線圈中無感應(yīng)電流 C．圖示位置ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b D．線圈平面與磁場方向平行時(shí)，磁通量變化率為零 解析：選AC.線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在電路中產(chǎn)生呈周期性變化的交變電流，線圈經(jīng)過中性面時(shí)電流改變方向，線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，有兩次通過中性面，電流方向改變兩次，指針左右擺動(dòng)一次，故A正確．線圈處于圖示位置時(shí)，ab邊向右運(yùn)動(dòng)，由右手定則，ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b，C正確．線圈平面與磁場方向平行時(shí)，ab、cd邊垂直切割磁感線，線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢最大，也可以這樣認(rèn)為，線圈處于豎直位置時(shí)，磁通量為零，但磁通量的變化率最大，B、D錯(cuò)． 如圖所示，虛線OO′的左邊存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，右邊沒有磁場．單匝矩形線圈abcd的對(duì)稱軸恰與磁場右邊界重合，線圈平面與磁場垂直，線圈沿圖示方向繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(即ab邊先向紙外、cd邊先向紙里轉(zhuǎn)動(dòng))，規(guī)定沿abcd方向?yàn)楦袘?yīng)電流的正方向，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，下圖中能正確表示線圈內(nèi)感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化規(guī)律的是(　　) 解析：選B.0～內(nèi)，ab一側(cè)的線框在磁場中繞OO′轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電流，由楞次定律得電流方向?yàn)閐cba且越來越大，～內(nèi)，ab一側(cè)線框在磁場外，而dc一側(cè)線框又進(jìn)入磁場，產(chǎn)生交變電流，電流方向?yàn)閐cba且越來越小，以此類推，可知i－t圖象為B. 二、非選擇題 如圖所示為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T，線圈匝數(shù)n＝50，每匝線圈面積0.48 m2，轉(zhuǎn)速150 r/min，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，從圖示位置開始計(jì)時(shí)． (1)寫出交變感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式； (2)畫出e－t圖線． 解析：(1)當(dāng)線圈平面經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角度ωt，于是感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值e＝Emsinωt，其中Em＝nBSω. 由題意知n＝50，B＝0.5 T，ω＝ rad/s＝5π rad/s，S＝0.48 m2，Em＝nBSω＝500.50.485π V≈188 V，所以e＝188sin5πt(V)． (2)根據(jù)交流電的方程畫圖線時(shí)，最大值是正弦圖線的峰值，由縱軸上的刻度值標(biāo)出，交流電的頻率與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng)，ω＝，而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出，T＝2π/ω＝0.4 s，e－t圖線如圖所示． 答案：(1)e＝188sin5πt(V) (2)見解析圖 (xx射陽中學(xué)高二期末)一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻r＝2 Ω，與R＝8 Ω的電阻串聯(lián)接在線圈上，如圖所示．已知線圈面積為 m2，共100匝，線圈的電阻為2歐，線圈在B＝ T的勻強(qiáng)磁場中繞OO′以轉(zhuǎn)速n＝600 r/min勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在合上開關(guān)S后電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電壓表的示數(shù)為100 V，求： (1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢的最大值； (2)電路中的電流I的大??； (3)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率． 解析：(1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢的最大值為 Em＝NBSω＝200 V. (2)有效值為：E＝＝200 V 設(shè)線圈的電阻為r′，則電路中的電流為 I＝＝10 A (3)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率為 P＝UI－I2r＝800 W. 答案：(1)200 V　(2)10 A　(3)800 W