高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2节 交变电流的产生课时练习

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2节 交变电流的产生课时练习，共18页。试卷主要包含了2交变电流的产生 同步练习，01 s时刻，Φ的变化率最大，4V等内容，欢迎下载使用。
1．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示。则下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大
B．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大
D．t＝0.03 s时刻， 线圈平面在中性面
2．如图甲所示为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件实现亮度调节。现在电路的、端连接电压最大值为的正弦交流电后，调节可控硅为某一状态时，灯管两端电压如图乙所示，则此时电压表的示数为（ ）
A．B．
C．D．
3．如图是交流发电机的示意图，线圈边连接在金属滑环上，边连接在金属滑环上，左右两个导体电刷分别压在滑环、上，线圈转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。若线圈绕转轴顺时针匀速转动，取从左向右通过电流表为电流正方向，从图示位置开始计时，下列图中能正确表示电流表中电流随时间变化关系的是（ ）
A．B．
C．D．
4．如图，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图像如图线b所示。以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是（ ）
A．在图中时刻穿过线圈的磁通量均为零B．交流电b的电压最大值为5V
C．线圈先后两次周期之比为3：2D．交流电a的瞬时值表达式为（V）
5．电阻的单匝金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势随时间按正弦规律变化，如图所示。此线圈与一个的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是（ ）
A．电阻上消耗的电功率为
B．内，通过电阻的电荷量为
C．时穿过线圈的磁通量的变化率最大，最大值为
D．时穿过线圈的磁通量最大，最大值为
6．图甲、乙分别表示两种电流的波形，其中图乙所示电旒按正弦规律变化，一电阻分别接到两种电流上，在一个周期内产生的热量分别为Q甲和Q乙，则Q甲∶Q乙等于（ ）
A．Q甲∶Q乙=2∶1
B．Q甲∶Q乙=1∶2
C．Q甲∶Q乙=1∶2
D．Q甲∶Q乙≈2∶1
7．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则（ ）
A．时线框的磁通量变化率为零
B．时线框平面与中性面重合
C．线框产生的交变电动势有效值为
D．线框产生的交变电动势的频率为
8．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流如图所示，由图可知（ ）
A．在t1和t3时刻，线圈处于中性面位置
B．由图可知线圈转动是在中性面开始计时的
C．从t1到t4线圈转过的角度为π弧度
D．若从0时刻到t4时刻经过0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变50次
9．如图为交流发电机的示意图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律。下列说法正确的是（ ）
A．此交流电的频率为100Hz
B．此交流电动势的有效值为311V
C．当线圈平面转到图示位置时产生的电动势最大
D．当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率为零
10．某兴趣小组通过示波器研究某电源的波形图，得到该电源电压U随时间t变化的图象如图所示，其中曲线为正弦曲线的一部分。由此可知，该电源电压的有效值为（ ）
A．B．C．D．
11．如图所示，半径为r的半圆形单匝线圈，以角速度绕直径匀速转动，的左侧有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B.M为导电环，负载电阻为R，其它电阻不计，在线圈转动一周过程中（ ）
A．线圈内电流方向不变B．感应电动势的最大值是
C．R上产生的热量为D．通过R的电荷量为
12．如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位置（线圈平面与磁感线平行）时（ ）
A．穿过线圈的磁通量最大，感应电动势最大
B．穿过线圈的磁通量最大，感应电动势最小
C．穿过线圈的磁通量最小，感应电动势最大
D．穿过线圈的磁通量最小，感应电动势最小
13．图甲是小型交流发电机的示意图，线圈绕水平轴匀速转动，为交流电流表。从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。则（ ）
A．电流的频率是100HzB．电流表的示数为10A
C．电路中的电流方向每秒钟改变100次D．0.02s时穿过线圈平面的磁通量最大
14．交变电流的（ ）
A．周期为100sB．频率为50Hz
C．电压峰值为50VD．电压有效值为50V
15．如图所示，一匝数为、边长为的正方形线框置于水平向右的匀强磁场中，外电路通过电刷与正方形线框相连，已知磁场的磁感应强度为，外接电阻的阻值为、线框的电阻为。现让线框由图示位置以恒定的角速度沿图示方向匀速转动。则下列说法正确的是（ ）
A．线框由图示位置转过180°时，流过定值电阻的电流方向由下向上
B．图示位置，电压表的示数为0
C．在的时间内，定值电阻上产生的焦耳热为
D．线框由图示位置转过90°的过程中，流过定值电阻的电荷量为
16．如图所示为一个小型交流发电机的原理图，矩形线圈平面与磁场平行，线圈ab边长为l1，bc边长为l2，共有n匝，线圈总电阻为r，可绕与磁场方向垂直的对称轴OO'转动；线圈处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈通过滑环和电刷与外电路电阻R连接。在外力作用F线圈以恒定的角速度ω绕轴OO'匀速转动（不计转动轴及滑环与电刷的摩擦）。
（1）求发电机线圈产生的感应电动势的最大值（写出计算过程）；
（2）从图示位置开始计时，写出经过时间t感应电动势的瞬时值表达式，求线圈转动N周过程中电阻R上产生的焦耳热。
17．如图为交流发电机电路原理图。一个总电阻为r、边长为L、匝数为N的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以图示的角速度匀速转动，并通过电刷与外电路连通，外电路电阻为R。
（1）线圈平面从图示位置转过90°，求每匝线圈磁通量的变化量及感应电流方向；
（2）线圈转动一周的过程中，电阻R产生的焦耳热？
18．如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中以角速度匀速转动。已知线圈面积，匝数匝，线圈内阻，外接电阻R = 15Ω，匀强磁场的磁感应强度。若线圈从图示位置开始计时，求：
（1）线圈中感应电动势瞬时值e的表达式；
（2）电路中理想电压表的示数；
（3）转过90°的过程中，通过电阻的电荷量（结果可用表示）。
19．如图所示，矩形线圈匝数N＝100匝，ab＝30cm，ad＝20cm，匀强磁场磁感应强度B＝1.0T，绕轴OO’从图示位置开始匀速转动，角速度＝100rad/s，试求：
（1）线圈产生的感应电动势最大值Em；
（2）写出感应电动势e随时间变化的函数表达式
20．如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，转动周期为6.28×10-2s，线圈的匝数n=100、电阻r=10Ω，面积S=0.1m2线圈的两端经铜环与电阻R连接，电阻R=90Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。磁场的磁感应强度为0.2T。（取3.14）求∶
（1）若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式；
（2）电路中交流电压表的示数；
（3）线圈转动1分钟电阻R上产生的热量Q热；
（4）线圈从图示开始到第一次转至中性面的过程中，线圈的平均感应电动势。
参考答案
1．A
【详解】
A．由图像可知t=0.01s时图像斜率最大，斜率表示的变化率，故A正确；
B．由图像可知t=0s时磁通量最大，说明此时线圈与中性面平行，故B错误；
C．由图像可知t=0.02s时图像斜率为零，即的变化率为零，故交流电动势为零，故C错误；
D．t＝0.03 s时刻，磁通量为零，说明此时线圈与中性面垂直，故D错误。
故选A。
2．B
【详解】
电压表测量的是交流电的有效值，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：交流电
直流电
由
解得
故B正确，ACD错误。
故选B。
3．A
【详解】
图示位置线圈中通过的磁通量最大，线圈平面处于中性面，感应电流为零；线圈顺时针转动，在线圈中产生感应电流的方向是从a到b，通过电流表的电流，从右到左，为负方向，故A正确，BCD错误。
故选A。
4．D
【详解】
A．在图中t=0时刻线圈位于中性面处，磁通量最大，故A错误。
B．依据图中所给条件，无法判断交流电b的电压最大值，故B错误。
C．交流电a的周期为0.4s，交流电b的周期为0.6s，线圈先后两次周期之比为2：3，故C错误；
D．依据交流电的瞬时值表达式
代入数据可得
故D正确；
故选D。
5．B
【详解】
A．电动势的有效值为
电阻上消耗的电功率为
A错误；
B．感应电动势的最大值为
解得
内，通过电阻的电荷量为
B正确；
CD．时，感应电动势最大，磁通量为零，磁通量的变化率最大，有
CD错误。
故选B。
6．A
【详解】
图甲交流电的有效值为，图乙交流电的有效值为，则根据焦耳定律得
故选A。
7．B
【详解】
A．时，感应电动势最大，则此时线框的磁通量变化率最大，选项A错误；
B．时，感应电动势为零，则线框平面与中性面重合，选项B正确；
C．线框产生的交变电动势最大值为，选项C错误；
D．线框产生的交变电动势的频率为
选项D错误。
故选B。
8．B
【详解】
A．t1时刻和t3时刻，感应电动势为最大，线圈垂直中性面，故A错误。
B．t=0时刻，产生的感应电动势为零，线圈转动是在中性面开始计时的，故B正确；
C．由图t1时刻和t4时刻，线圈转过了周，线圈转过的角度为
故C错误；
D．一个周期电流方向改变2次；若从0时刻到t4时刻经过0.02s，即周期为0.02s，则在1s内交变电流的方向改变100次，故D错误。
故选B。
9．D
【详解】
A．此交流电的频率，故A错误；
B．此交流电动势的最大值为311V，有效值为，故B错误；
C．当线圈平面转到图示位置时通过的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，产生的电动势为零，故C错误；
D．当线圈平面转到图示位置时通过的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，故D正确。
故选D。
10．A
【详解】
设该电源电压的有效值为U，由
解得
故选A。
11．C
【详解】
A．线圈进入磁场时，穿过线圈的磁通量先向里增加后向里减小，则感应电流的方向要变化，选项A错误；
B．最大电动势
选项B错误；
C．R上产生的热量为
选项C正确；
D．通过R的电荷量为
选项D错误。
故选C。
12．C
【详解】
当线圈平面转到与磁感线平行的位置时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，则线圈中的感应电动势也最大。
故选C。
13．BC
【详解】
A．由图可知，周期为
所以频率为
故A错误；
B．电流表的示数为有效值
故B正确；
C．线圈转一周，电流改变2次，故1s内改变的次数为
故C正确；
D．0.02s时线圈中的感应电流达到最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为0，故D错误。
故选BC。
14．BC
【详解】
A．由交变电流公式可知，，则
故A错误；
B．频率为
故B正确；
C．由交变电流公式可知，电压峰值，故C正确；
D．电压有效值为
故D错误。
故选BC。
15．CD
【详解】
A．线框由图示位置转过180°时，线框仍处于中性面位置，且穿过线圈磁通量最大，瞬时电流为零，则没有电流流过定值电阻，故A错误；
B．线框转动过程中产生的感应电动势的最大值为
则电路中电流的最大值为
定值电阻两端电压的最大值为
电压表的示数为交变电流的有效值，则其示数为
故B错误；
C．由焦耳定律可知在的时间内产生的焦耳热为
故C正确；
D．线框由图示位置转过90°的过程中，线框中的平均感应电动势为
线框中的平均感应电流为
该过程中流过定值电阻的电荷量为
故D正确。
故选CD。
16．（1）；（2），
【详解】
（1）当线圈平而与磁场方向平行时，线圈中的感应电动势最大．设此时边的线速度为v，则单匝线圈的边产生的感应电动势为，边产生的感应电动势为
n匝线圈产生的总感应电动势为
由于
（2）感应电动势的瞬时值表达式为

线圈产生的感应电动势的有效值为

电路中电流的有效值

线圈转动的周期
线圈转动N周的时间

根据焦耳定律，电阻R上产生的焦耳热

解得
17．（1），沿dcba方向；（2）
【详解】
（1）线圈平面从图示位置转过90°后，线圈平面与磁场方向平行，磁通量为零，则
转的过程中，磁通量减小，则感应磁场方向垂直纸面向里，根据安培定则可知，感应电流方向为沿dcba方向。
（2）感应电动势的最大值为
感应电动势的有效值为
电阻R两端的电压为
则线圈转动一周的过程中，电阻R产生的焦耳热为
又
联立解得
18．（1）e = Emaxsin(ωt) = 200sin(50πt)（V）；（2）75V；（3）0.064C
【详解】
（1）线圈中感应电动势的最大值为
Emax = NBSω = 100 × 0.04 × × 50πV = 200V
线圈从图示位置开始计时，即从中性面开始，则线圈中感应电动势瞬时值e的表达式为
e = Emaxsin(ωt) = 200sin(50πt)（V）
（2）由线圈中感应电动势瞬时值可计算出电动势的有效值为
E = = 100V
则电路中的电流为
I = = 5A
则电路中理想电压表的示数
U = IR = 75V
（3）线圈转过90°的过程中磁通量变化量的绝对值为
Φ = BS = Wb
则通过电阻R的电荷量为
q = N = 0.064C
19．（1）；（2）
【详解】
（1）线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值，为
（2）从图示位置开始计时，电动势的瞬时表达式为
20．（1）；（2）；（3）；（4）127.4V
【详解】
(1)线圈转动产生的最大感应电动势为
最大感应电流为
图示位置与中性面垂直，从图示位置开始计时，感应电流随时间变化的函数表达式
(2) 电路中交流电压表的示数
(3) 线圈转动1分钟电阻R上产生的热量
(4) 线圈从图示开始到第一次转至中性面的过程中，线圈的平均感应电动势