高中物理鞏固練習(xí)交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律

【鞏固練習(xí)】一、選擇題1．如圖所示為交流發(fā)電機(jī)示意圖，線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在滑環(huán)L上，導(dǎo)體制作的兩個(gè)電刷E、F分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。關(guān)于其工作原理，下列分析正確的是()A．當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，穿過線圈的磁通量最大B．當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，線圈中的感應(yīng)電流最大C．當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，穿過線圈的磁通量最小D．當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，線圈中的感應(yīng)電流最小2．線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢e=Emsinωt。如果使感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值增加1倍，其他物理量不變，可采取的方法是（）A．線圈面積增加1倍B．線圈匝數(shù)增加1倍C．角速度增加1倍D．磁感應(yīng)強(qiáng)度增加1倍3．(2016滄州五校高三聯(lián)考)如圖所示，一個(gè)單匝矩形導(dǎo)線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)周期為T0。線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢的最大值為Em，則()A．線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢的有效值為eq\r(2)EmB．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的磁通量的最大值為eq\f(EmT0,2π)C．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量變化率的最大值為EmD．經(jīng)過2T0的時(shí)間，通過線圈電流的方向改變2次4．如圖甲所示，A、B為兩個(gè)相同的環(huán)形線圈，共軸并靠近放置，A線圈中通有如圖乙所示的電流i，則（）①在t1到t2時(shí)間內(nèi)A、B兩線圈相吸；②在t2到t3時(shí)間內(nèi)A、B兩線圈相斥；③t1時(shí)刻兩線圈間作用力為零；④t2時(shí)刻兩線圈的相互作用最大。A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④5．如圖甲所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO＇以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線圈平面與磁場夾角θ=45°時(shí)（如圖乙）為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎?。則圖丙中正確的是（）6．下列說法正確的是（）A．交變電流在一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次B．交變電流的有效值總是最大值的倍C．因?yàn)橛行е当硎窘蛔冸娏鳟a(chǎn)生的平均效果，所以有效值與平均值相同D．若正弦式交變電流的最大值是10A，則它的最小值是－10A7．下列關(guān)于交變電流的說法中，不正確的是（）A．若交變電流最大值為5A，則它的最小值為－5AB．用交變電流表測交變電流時(shí)，指針來回?cái)[動(dòng)C．我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用的交變電流，頻率為50Hz，故電流方向每秒改變100次D．正弦式交變電流的最大值為311A，頻率為100Hz8．在如圖所示的電路中，A是熔斷電流I=2A的保險(xiǎn)絲，R是可變電阻，S是交流電源。交流電源的內(nèi)電阻不計(jì)，其電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的規(guī)律是。為了不使保險(xiǎn)絲熔斷，可變電阻的阻值應(yīng)該大于（）A．ΩB．110ΩC．220ΩD．Ω9．好多同學(xué)家里都有調(diào)光電燈和調(diào)速風(fēng)扇，過去是用變壓器來實(shí)現(xiàn)的。缺點(diǎn)是成本高、體積大、效率低，且不能任意調(diào)節(jié)燈的亮度或電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，現(xiàn)在的調(diào)光燈和調(diào)速電風(fēng)扇是用可控硅電子元件來實(shí)現(xiàn)的。如圖所示為經(jīng)一雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓，即在正弦式交變電流的每個(gè)二分之一周期內(nèi)，前周期被截去，調(diào)節(jié)臺(tái)燈上旋鈕可以控制截去的多少，從而改變電燈兩端的電壓。那么現(xiàn)在電燈兩端的電壓為（）A．B．C．D．10．兩個(gè)相同的電阻，分別通以如圖所示的正弦式電流和方波式交變電流，兩種交變電流的最大值相等，周期相等。則在一個(gè)周期內(nèi)，正弦式電流在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q1與方波式交變電流在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q2之比等于（）A．3∶1B．1∶2C．2∶1D．4∶3二、填空題11．我國照明電壓（市電）的瞬時(shí)值表達(dá)式為，它的周期是________，頻率是_______，在1s內(nèi)電流方向改變________次，有效值是________，最大值是________。12．交流發(fā)電機(jī)的線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生最大感應(yīng)電動(dòng)勢的位置是________，穿過線圈的磁通量最大的位置是________。若線圈轉(zhuǎn)過了10周，電流方向改變了________次。

13．(2015津武清三模)如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢圖象如圖中曲線，所示，則曲線、對應(yīng)的周期之比為________。曲線表示的交變電動(dòng)勢的有效值為________V。三、解答題14．如圖甲所示，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場。已知線圈的匝數(shù)n＝100匝，總電阻r＝1.0Ω，所圍成矩形的面積S＝0.040m2，小燈泡的電阻R＝9.0Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按如圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式為，其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T為磁場變化的周期，不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變化，求：(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值；(2)小燈泡消耗的電功率；(3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的時(shí)間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量。15．(2016連云港摸底)如圖甲所示為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)的示意圖，單匝線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。若從中性面開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示。已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1.0Ω，外接燈泡的電阻為9.0Ω。求：(1)寫出流經(jīng)燈泡的瞬時(shí)電流的表達(dá)式；(2)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的最大磁通量；(3)線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，外力所做的功。16．如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)“π”形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動(dòng)，已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，線框的CD邊長為20cm，CE、DF邊長為10cm，轉(zhuǎn)速為50r／s。若從圖示位置開始計(jì)時(shí)：（1）寫出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；（2）作出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化關(guān)系的圖象。17．如圖所示，一交流發(fā)電機(jī)的線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈匝數(shù)N=100匝，線圈電阻r=3Ω，ab=cd=0.5m，bc=ad=0.4m，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，電阻R=311Ω，當(dāng)線圈以n=300r／min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求：（1）感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值。（2）t=0時(shí)線圈在圖示位置，寫出此交變電流電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式。（3）此電壓表的示數(shù)是多少？18．在水平方向的勻強(qiáng)磁場中，有一正方形閉合線圈繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，已知線圈的匝數(shù)為n=100匝，邊長為20cm，電阻為10Ω，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f=50Hz，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，求：（1）外力驅(qū)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的功率。（2）線圈平面轉(zhuǎn)至與中性面的夾角為30°時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢及感應(yīng)電流的大小。（3）線圈由中性面轉(zhuǎn)至與中性面成30°夾角的過程中，通過線圈橫截面的電荷量。19．如圖所示為示波管內(nèi)的偏轉(zhuǎn)電路，管中真空速度為6.4×107m／s的電子束連續(xù)地射入兩平行板之間，極板長度=8.0×10－2m，間距d=5.0×10－3m，兩極板不帶電時(shí)，電子沿中線通過，在兩極板上加一頻率為50Hz的交變電壓u=U0sinωt。如果所加最大電壓超過某一數(shù)值Uc時(shí)，將出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時(shí)能通過兩極板，有時(shí)間斷，不能通過。（1）求U的大?。唬?）U0為何值時(shí)，才能使通過的時(shí)間Δt1跟間斷的時(shí)間Δt2之比為2∶1？20．曾經(jīng)流行過一種向自行車車頭燈供電的小型交流發(fā)電機(jī)，圖甲為其結(jié)構(gòu)示意圖。圖中N、S是一對固定的磁極，abcd為固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線框，轉(zhuǎn)軸過bc邊中點(diǎn)、與ab邊平行，它的一端有一半徑r0=1.0cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊緣相接觸，如圖乙所示。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因摩擦而帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而使線框在磁極間轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)線框由N=800匝導(dǎo)線圈組成，每匝線圈的面積S=20cm2，磁極間的磁場可視作勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.010T，自行車車輪的半徑R1=35cm，小齒輪的半徑R2=4.0cm，大齒輪的半徑R3=10.0cm（如圖）?，F(xiàn)從靜止開始使大齒輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，問大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值U=3.2V？（假定摩擦小輪與自行車車輪之間無相對滑動(dòng)）【答案與解析】一、選擇題1．【答案】AC【解析】當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，穿過線圈的磁通量最大，磁通量變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，線圈中的感應(yīng)電流為零，選項(xiàng)A正確B錯(cuò)誤；當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，穿過線圈的磁通量最小，磁通量變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，感應(yīng)電流最大，選項(xiàng)C正確D錯(cuò)誤。2．【答案】ABD【解析】因?yàn)镋m=nBSω，所以A、B、C、D四個(gè)選項(xiàng)都能實(shí)現(xiàn)，但因ω變化，會(huì)導(dǎo)致周期、頻率發(fā)生變化，所以A、B、D正確。3．【答案】BC【解析】由交變電流有效值和最大值的關(guān)系可知線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢的有效值為eq\f(\r(2),2)Em，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由題意知線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢的最大值為Em＝BSω＝BSeq\f(2π,T0)，故線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的磁通量的最大值BS＝eq\f(EmT0,2π)，選項(xiàng)B正確；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量變化率的大小等于產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，選項(xiàng)C正確；正弦式交變電流一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次，經(jīng)過2T0的時(shí)間，通過線圈電流的方向改變4次，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4．【答案】A【解析】本題考查交變電流的變化規(guī)律和圖象。由t1到t2時(shí)間內(nèi)，穿過B線圈的磁通量在減小，所以B中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向與A中相同，即相吸；由t2到t3時(shí)間內(nèi)，穿過B線圈的磁通量在減小，所以B中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向與A中相同，即相吸；由t2到t3時(shí)間內(nèi)，穿過B線圈的磁通量在增大，B中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向與A中相反，即相斥；t1時(shí)刻A中電流最大，B中感應(yīng)電流為零，t2時(shí)刻A中電流為零，而B中感應(yīng)電流最大，在t1、t2時(shí)刻兩線圈的相互作用力都為零。故正確答案為A。5．【答案】D【解析】矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流，在開始計(jì)時(shí)（t=0）時(shí)線圈達(dá)到圖乙所示的位置，據(jù)右手定則判斷電流為負(fù)方向，首先排除A、B選項(xiàng)。若到達(dá)圖甲所示的位置，感應(yīng)電流為負(fù)向的峰值，可見t=0的時(shí)刻交變電流處于負(fù)半周且再經(jīng)到達(dá)中性面位置，即，瞬時(shí)表達(dá)式i，所以，。6．【答案】A【解析】線圈平面每經(jīng)過中性面一次，電流方向改變一次，在一個(gè)周期內(nèi)線圈平面有兩次經(jīng)過中性面，A正確；對于正弦式交變電流有效值是最大值的倍，對其他的交變電流不一定有這樣的關(guān)系，B錯(cuò)；交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，與平均值不同，C錯(cuò)；交變電流的正負(fù)表示電流的方向，不表示電流的大小，交變電流的最小值為零，D錯(cuò)。7．【答案】ABD【解析】交變電流最大值為5A，最小值應(yīng)為0，A項(xiàng)說法錯(cuò)誤；用交變電流表測交變電流時(shí)，指針并不來回?cái)[動(dòng)，B錯(cuò)誤；我國交變電流，頻率為50Hz，電流方向每秒改變100次，C正確；正弦式交變電流的最大大值為311A，頻率為50Hz，所以D說法也錯(cuò)誤。8．【答案】B【解析】U=220V，。9．【答案】A10．【答案】B【解析】正弦式電流有效值，所以，方波有效值U2=Um，所以，所以選B。二、填空題11．【答案】0.02s50Hz100220VV12．【答案】與中性面垂直的位置，中性面，20次。

13．【答案】(1)2:3;（2）【解析】(1)a的周期為0.04s，b的周期為0.06s，故周期之比為2:3；（2）正弦交流電動(dòng)勢的有效值為，已知，且，故可知。三、解答題14．【答案】(1)8.0V(2)2.88W(3)4.0×10－3C【解析】(1)由圖像知，線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T＝3.14×10－2s，所以。(2)電流的最大值，有效值，小燈泡消耗的電功率P＝I2R＝2.88W。(3)在時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)勢的平均值，平均電流，流過燈泡的電荷量。15．【答案】(1)i＝0.6eq\r(2)sin100πt(A)；(2)2.7×10－2Wb；(3)7.2×10－2J【解析】(1)由圖得e＝Emsinωt＝6eq\r(2)sin100πt(V)則電流i＝eq\f(e,R＋r)＝0.6eq\r(2)sin100πt(A)。(2)Em＝BSω，Em＝6eq\r(2)Vω＝100π，Φm＝BS＝eq\f(Em,ω)＝2.7×10－2Wb。(3)E＝eq\f(Em,\r(2))＝6V，外力所做的功W＝Q＝eq\f(E2,R＋r)T＝7.2×10－2J。16．【答案】（1）e=102cos100πtV（2）圖見解析【解析】（1）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，開始計(jì)時(shí)的位置為線框平面與磁感線平行的位置，在t時(shí)刻線框轉(zhuǎn)過的角度為ωt，此時(shí)刻，即e=BSωcosωt，其中，S=0.1×0.2m2=0.02m2，ω=2πn=2π×50rad／s=100πrad／s，故，即。（2）線框中感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化關(guān)系的圖象如圖所示。17．【答案】（1）314V（2）314sin10πtV（3）220V【解析】（1）電動(dòng)勢的最大值為：。（2）電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式：。（3）。18．【答案】（1）1.97×104W（2）31.4A（3）0.027C【解析】解答本題可由交變電流的有效值計(jì)算電功率，由交變電流的瞬時(shí)值計(jì)算某時(shí)刻的安培力，由交變電流的平均值計(jì)算通過線圈橫截面的電荷量。（1）線圈中