高中物理一轮复习课时检测65交变电流的产生和描述含答案

交变电流的产生和描述

1.一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。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沿半径方向的辐向磁场。从如图所示位置开始计时，规定此时电动势为正值，选项图中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是(　　)

解析：选D　由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由右手定则可知，线圈转动一周，产生的感应电动势的方向改变两次，选项D正确。

2．如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动，从某时刻开始计时，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示，若外接电阻R＝70 Ω，线圈电阻r＝10 Ω，则下列说法正确的是(　　)

A．线圈的角速度为100 rad/s

B．0.01 s末穿过线圈的磁通量最大

C．通过线圈的最大电流为1.25 A

D．电压表的示数为87.5 V

解析：选C　由题图乙知，交流电的周期T＝4×10－2 s，线圈转动的角速度ω＝＝ rad/s＝50π rad/s，故A项错误；由题图乙知，0.01 s末线圈产生的感应电动势最大，则0.01 s末线圈平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为0，故B项错误；由题图乙知，线圈产生感应电动势的最大值Em＝100 V，则通过线圈的最大电流Im＝＝ A＝1.25 A，故C项正确；线圈产生感应电动势的有效值E＝＝ V＝50 V，电压表的示数U＝·R＝×70 V≈61.9 V，故D项错误。

3．如图所示为一交变电流随时间变化的图像，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为Im；电流的负值的大小为Im，则该交变电流的有效值为(　　)

A.Im　　　　　　　　　　 B.

C.Im   D.Im

解析：选C　设该交变电流的有效值为I，取一个周期时间，由电流的热效应得：2R×1×10－2 s＋Im2R×1×10－2 s＝I2R×2×10－2 s，解得：I＝Im，故C正确。

4.手摇式发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动时，其磁通量随时间按如图所示的正弦规律变化。当线圈的转速变为原来的一半时，下列说法正确的是(　　)

A．交流电压的变化周期变为原来的一半

B．穿过线圈的磁通量的最大值变为原来的一半

C．交流电压的最大值变为原来的一半

D．交流电压的有效值变为原来的倍

解析：选C　根据T＝可知，当线圈的转速变为原来的一半时，周期变为原来的2倍，选项A错误；穿过线圈的磁通量的最大值为Φm＝BS，与转速无关，选项B错误；当线圈的转速变为原来的一半时，角速度变为原来的一半，根据E＝NBSω可知，交流电压的最大值变为原来的一半，选项C正确；根据E＝可知，交流电压的有效值变为原来的一半，选项D错误。

5．(2019·天津高考)(多选)单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.时刻线框平面与中性面垂直

B．线框的感应电动势有效值为

C．线框转一周外力所做的功为

D．从t＝0到t＝过程中线框的平均感应电动势为

解析：选BC　中性面的特点是与磁场垂直，穿过线框的磁通量最大，磁通量变化率最小，由题图可知时刻线框在中性面上，A错误。电动势最大值为Em＝Φmω＝Фm ，对正弦交流电，E有＝＝，故B正确。由功能关系知，线框转一周外力做的功等于产生的电能，W＝W电＝·T＝，C正确。由法拉第电磁感应定律知，＝＝＝，D错误。

6. (多选)如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，下列判断正确的是(　　)

A．电压表的读数为

B．当线圈由图示位置转过30°的过程中，通过电阻R的电荷量为

C．在线圈转过一周的过程中，电阻R上产生的焦耳热为

D．当线圈由图示位置转过30°时通过电阻R的电流为

解析：选AD　电动势的最大值Em＝NBSω，有效值E＝＝，电压表的示数为路端电压的有效值U＝E＝，A正确；线圈转过30°的过程中，通过电阻R的电荷量q＝＝＝，B错误；在线圈转过一周的时间内电阻R上产生的热量Q＝·＝，C错误；电流的最大值为Im＝＝，电流的瞬时值表达式为i＝Imsin ωt，线圈从图示位置转过30°时，ωt＝，此时的电流为i＝＝，D正确。

7. (多选)如图所示，N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO′匀速转动，线框面积为S，线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想交流电流表和二极管D。二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是(　　)

A．图示位置电流表的示数为NBS

B．一个周期内通过R的电荷量为

C．R两端电压的有效值为NBS

D．图示位置电流表的示数为0

解析：选AB　设回路中电流的有效值为I，由电流的热效应可知，2RT＝I2RT，解得I＝，理想交流电流表测的是电流的有效值，A正确，D错误；在一个周期内，

只有半个周期的时间有电流通过R，故一个周期内通过R的电荷量q＝＝，B正确；R两端电压有效值U＝IR＝，C错误。

8．(多选)如图，足够长的两平行光滑金属导轨MN、PQ水平放置，间距l＝1 m，导轨中间分布有磁感应强度为1 T的匀强磁场，磁场边界为正弦曲线。一粗细均匀的导体棒以10 m/s的速度向右匀速滑动，定值电阻R的阻值为1 Ω，导体棒接入电路的电阻也为1 Ω，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，导轨电阻不计，下列说法正确的是(　　)

A．电压表示数为2.5 V

B．导体棒运动到图示位置时，有电流流过电阻R

C．流经电阻R的最大电流为5 A

D．导体棒上热功率为6.25 W

解析：选ACD　导体棒切割磁感线产生的感应电动势的最大值Em＝Blv＝10 V，产生的是正弦式交流电，则电动势的有效值E＝＝5 V，由电流的热效应可得：T＝×，解得：E′＝5 V，由闭合电路欧姆定律得，电压表的示数为2.5 V，故A正确；导体棒运动到图示位置时，由右手定则可知，产生的电流方向由a→b，由于二极管具有单向导通特性，所以此时无电流流过电阻R，故B错误；导体棒切割磁感线产生的感应电动势的最大值Em＝Blv＝10 V，所以最大电流Im＝ A＝5 A，故C正确；导体棒上的电流为：I＝ A＝2.5 A，所以热功率为：P＝I2R＝2.52×1 W＝6.25 W，故D正确。