“四翼”檢測評價（十） 交變電流的產(chǎn)生

“四翼”檢測評價（十）交變電流的產(chǎn)生A組—重基礎(chǔ)·體現(xiàn)綜合1．(2022·福州高二檢測)關(guān)于交流發(fā)電機的下列敘述正確的是()A．交流發(fā)電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能B．交流發(fā)電機由兩部分組成，即定子和轉(zhuǎn)子，線圈必須旋轉(zhuǎn)，成為轉(zhuǎn)子，才能在線圈中產(chǎn)生交變電流C．交流發(fā)電機線圈中產(chǎn)生交變電流，輸送到外電路的也是交變電流D．在交流發(fā)電機線圈轉(zhuǎn)動的過程中，線圈中的每一條邊都切割磁感線解析：選C交流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，故A錯誤；交流發(fā)電機由兩部分組成，即定子和轉(zhuǎn)子，線圈既可以做定子，也可以做轉(zhuǎn)子，只要定子和轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)動就可以產(chǎn)生交變電流，故B錯誤；交流發(fā)電機線圈中產(chǎn)生交變電流，輸送到外電路的也是交變電流，故C正確；在交流發(fā)電機線圈轉(zhuǎn)動的過程中，并不是線圈的每一條邊都切割磁感線，故D錯誤。2.如圖所示，在水平勻強磁場中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，若要使線圈中的電流峰值減半，不可行的方法是()A．只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B．只將線圈的匝數(shù)減半C．只將勻強磁場的磁感應(yīng)強度減半D．只將線圈的邊長減半解析：選B由Im＝eq\f(Em,R)，Em＝NBSω，ω＝2πn，得Im＝eq\f(NBS·2πn,R)，故A、C可行；又電阻R與匝數(shù)有關(guān)，當(dāng)匝數(shù)減半時電阻R也隨之減半，則Im不變，故B不可行；當(dāng)邊長減半時，面積S減為原來的eq\f(1,4)，而電阻減為原來的eq\f(1,2)，故D可行。3．(多選)勻強磁場中有一長方形導(dǎo)線框，分別以相同的角速度繞圖a、b、c、d所示的固定轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，用Ia、Ib、Ic、Id表示四種情況下線框中電流的有效值，則()A．Ia＝Id B．Ia>IbC．Ib>Ic D．Ic＝Id解析：選AD線圈在勻強磁場中繞與磁場垂直的固定軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與固定轉(zhuǎn)軸所處的位置無關(guān)。電動勢相同，電流的有效值相同，A、D正確。4．電阻R1、R2與交流電源按照圖甲所示的方式連接，R1＝10Ω，R2＝20Ω。合上開關(guān)S后，通過電阻R2的正弦交變電流i隨時間t變化的情況如圖乙所示，則()A．通過R1的電流有效值是1.2AB．R1兩端的電壓有效值是6VC．通過R2的電流最大值是1.2eq\r(2)AD．R2兩端的電壓最大值是6eq\r(2)V解析：選BR1與R2串聯(lián)，R1與R2中的電流變化情況應(yīng)相同，電流有效值I1＝I2＝0.6A，電流最大值I1m＝I2m＝0.6eq\r(2)A，電壓有效值U1＝I1R1＝6V，U2＝I2R2＝12V，電壓最大值U1m＝eq\r(2)U1＝6eq\r(2)V，U2m＝eq\r(2)U2＝12eq\r(2)V。綜上所述，B項正確。5.如圖所示，一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO′以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場夾角為零時(圖示位置)為計時起點，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時電流方向為正。則選項圖中正確的是()解析：選D從題圖可看出線圈從垂直于中性面的位置開始旋轉(zhuǎn)，由右手定則可判斷，初始時刻(t＝0)電流方向為b→a，為負(fù)方向，故電流的瞬時值表達(dá)式為i＝－Imcosωt，可知D項正確。6．(2022·廈門高二檢測)(多選)某小型旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機所產(chǎn)生的交流電電動勢為110V，頻率為60Hz，要使它產(chǎn)生的電動勢變?yōu)?20V、頻率變?yōu)?0Hz，需要調(diào)整線圈的轉(zhuǎn)速n、匝數(shù)N或磁感應(yīng)強度B的大小。下列調(diào)整合適的是()A．使n變?yōu)樵瓉淼膃q\f(6,5)，B變?yōu)樵瓉淼?倍，N不變B．使n變?yōu)樵瓉淼膃q\f(5,6)，B變?yōu)樵瓉淼?.4倍，N不變C．使n變?yōu)樵瓉淼膃q\f(6,5)，N變?yōu)樵瓉淼?倍，B不變D．使n變?yōu)樵瓉淼膃q\f(5,6)，N變?yōu)樵瓉淼?.4倍，B不變解析：選BD根據(jù)題意，調(diào)整前有Em＝2πnNBS＝110eq\r(2)V，n＝60r/s；若使n變?yōu)樵瓉淼膃q\f(6,5)，則頻率變?yōu)?2Hz，所以選項A、C錯誤；若使n變?yōu)樵瓉淼膃q\f(5,6)，則頻率變?yōu)?0Hz，再將B變?yōu)樵瓉淼?.4倍，而N不變，產(chǎn)生的電動勢的最大值變?yōu)閑q\f(5,6)×2.4×2πnNBS＝220eq\r(2)V，有效值為220V，選項B正確；同理，可知選項D正確。7.(多選)某線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的圖像如圖所示，由圖中信息可以判斷()A．在A和C時刻線圈處于中性面位置B．在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C．從A→D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為eq\f(3,2)πD．若從O→D時刻歷時0.02s，則在1s內(nèi)交變電流的方向改變100次解析：選CD由題圖可知，在O、B、D時刻感應(yīng)電流為零，所以此時線圈恰好在中性面位置，且穿過線圈的磁通量最大；在A、C時刻感應(yīng)電流最大，線圈處于和中性面垂直的位置，此時穿過線圈的磁通量為0，故A、B錯誤。從A到D時刻，線圈旋轉(zhuǎn)eq\f(3,4)周，轉(zhuǎn)過的角度為eq\f(3,2)π；如果從O到D時刻歷時0.02s，恰好為一個周期，所以1s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)動50個周期，100次經(jīng)過中性面，交變電流的方向改變100次，故C、D正確。8．一氣體放電管，當(dāng)其兩電極間的電壓超過500eq\r(3)V時，就放電而發(fā)光。在它發(fā)光的情況下逐漸降低電壓，要降到500eq\r(2)V時才熄滅。放電管兩電極不分正負(fù)?，F(xiàn)有一正弦交流電源，輸出電壓峰值為1000V，頻率為50Hz。若用它給上述放電管供電，則在一小時內(nèi)放電管實際發(fā)光的時間為()A．15min B．25minC．30min D．45min解析：選B根據(jù)題意，ω＝2πf＝100πrad/s，該交流電源輸出電壓瞬時值的表達(dá)式為u＝1000sin100πt(V)，在前半個周期內(nèi)，當(dāng)t＝eq\f(1,6)T時，放電管開始發(fā)光，t＝eq\f(3,8)T時，放電管停止發(fā)光，發(fā)光時間為Δt＝eq\f(3,8)T－eq\f(1,6)T＝eq\f(5,24)T，整個周期內(nèi)發(fā)光時間為2Δt＝eq\f(5,12)T，故一個小時內(nèi)的發(fā)光時間t＝eq\f(3600s,T)×eq\f(5,12)T＝1500s＝25min，故A、C、D錯誤，B正確。9．(2022·寧德高二檢測)如圖是自行車上照明用的車頭燈發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)軸的一端裝有一對隨軸轉(zhuǎn)動的磁極，另一端裝有摩擦小輪。電樞線圈繞在固定的U形鐵芯上，自行車車輪轉(zhuǎn)動時，通過摩擦小輪帶動磁極轉(zhuǎn)動，使線圈中產(chǎn)生正弦式交變電流，給車頭燈供電。已知自行車車輪半徑r＝35cm，摩擦小輪半徑r0＝1cm，線圈匝數(shù)n＝800匝，線圈橫截面積S＝20cm2，線圈總電阻R1＝40Ω，旋轉(zhuǎn)磁極的磁感應(yīng)強度B＝0.01T，車頭燈電阻R2＝10Ω。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動的角速度ω＝8rad/s時，則發(fā)電機磁極轉(zhuǎn)動的角速度ω0大小為________rad/s；車頭燈中電流的有效值I大小為________mA。解析：磁極與摩擦小輪轉(zhuǎn)動的角速度相等，由于自行車車輪與摩擦小輪之間無相對滑動，故有ω0r0＝ωr，則ω0＝eq\f(ωr,r0)＝280rad/s。摩擦小輪帶動磁極轉(zhuǎn)動，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em＝nBSω0＝4.48V，感應(yīng)電動勢的有效值E＝eq\f(\r(2),2)Em，則通過車頭燈電流的有效值I＝eq\f(E,R1＋R2)≈0.063A＝63mA。答案：28063B組—重應(yīng)用·體現(xiàn)創(chuàng)新10．(2022·南平高二檢測)大型發(fā)電機幾乎都是旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機，如圖所示為其原理簡圖。豎直平面內(nèi)閉合線圈abcd固定不動，磁鐵繞圖中的虛線旋轉(zhuǎn)，線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。若條形磁鐵以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，且圖示時刻N極正在向里轉(zhuǎn)。現(xiàn)以圖示時刻為計時起點，則下列推斷正確的是()A．該發(fā)電機產(chǎn)生的交變電流頻率是10HzB．t＝0時線圈中的電流方向為abcdaC．t＝0.5s時線圈中的電流方向發(fā)生變化D．t＝5s時線圈中的電流最小解析：選B條形磁鐵以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，則該交流電的頻率f＝eq\f(ω,2π)＝5Hz，A錯誤；由題圖可知，在t＝0時刻，穿過線圈的磁通量為0，結(jié)合交流電產(chǎn)生的特點可知，t＝0時刻該交流電的電流瞬時值最大，由題圖可知下一時刻穿過線圈的磁通量的方向向里，由楞次定律可知，此時線圈中的電流方向為abcda，故B正確；該交流電的周期T＝eq\f(2π,ω)＝0.2s，當(dāng)t＝0.5s＝2.5T時，線圈內(nèi)的電流方向與開始時的方向相反，仍然為最大值，不會改變方向，故C錯誤；當(dāng)t＝5s＝25T時，線圈內(nèi)的電流方向與開始時的方向相同，為最大值，故D錯誤。11．(多選)如圖甲所示是一種振動發(fā)電裝置的示意圖，半徑為r＝0.1m、匝數(shù)n＝20的線圈位于輻向分布的磁場中，磁場的磁感線沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示)，線圈所在位置的磁感應(yīng)強度的大小均為B＝eq\f(0.20,π)T，線圈電阻為R1＝0.5Ω，它的引出線接有R2＝9.5Ω的小燈泡L，外力推動線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復(fù)運動，線圈運動速度v隨時間t變化的規(guī)律如圖丙所示(摩擦等損耗不計)，則()A．小燈泡中電流的峰值為0.16AB．小燈泡中電流的有效值為0.16AC．電壓表的示數(shù)為1.5VD．t＝0.1s時外力的大小為0.128N解析：選AD由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律知道，線圈在磁場中做往復(fù)運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小符合正弦規(guī)律，線圈中的感應(yīng)電動勢的峰值為Em＝nBlvm＝nB·2πrvm，故小燈泡中電流的峰值為Im＝eq\f(Em,R1＋R2)＝eq\f(20×\f(0.20,π)×2π×0.1×2,9.5＋0.5)A＝0.16A，電流的有效值為I＝eq\f(Im,\r(2))≈0.113A，選項A正確，B錯誤；電壓表示數(shù)為U＝I·R2≈1.07V，選項C錯誤；當(dāng)t＝0.1s也就是eq\f(T,4)時，線圈中的感應(yīng)電流最大，外力的大小為F＝nB·2πrIm＝0.128N，選項D正確。12．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，電阻r＝1.0Ω，所圍成的矩形的面積S＝0.040m2，小燈泡的電阻R＝9.0Ω，磁場的磁感應(yīng)強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達(dá)式為e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t，其中Bm為磁感應(yīng)強度的最大值，T為磁場變化的周期。不計燈泡電阻值隨溫度的變化，求：(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值；(2)小燈泡消耗的電功率；(3)在磁感應(yīng)強度變化的0～eq\f(T,4)時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量。解析：(1)由線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式可知線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值Em＝nBmSeq\f(2π,T)＝8V。(2)線圈中產(chǎn)生的交流電