高二物理寒假作业同步练习题交变电流的产生描述及影响含解析

交变电流的产生、描述及影响

1、如图所示，在水平匀强磁场中一矩形闭合线圈绕OO′轴匀速转动，若要使线圈中的电流峰值减半，不可行的方法是(　　)

A．只将线圈的转速减半

B．只将线圈的匝数减半

C．只将匀强磁场的磁感应强度减半

D．只将线圈的边长减半

【答案】：B

【解析】：由Im＝，Em＝NBSω，ω＝2πn，得Im＝，故A、C可行；又电阻R与匝数有关，当匝数减半时电阻R也随之减半，则Im不变，故B不可行；当边长减半时，面积S减为原来的，而电阻减为原来的，故D可行．

2、一交流发电机的感应电动势e＝Emsin ωt，如将线圈的匝数增加一倍，电枢的转速也增加一倍，其他条件不变，感应电动势的表达式将变为(　　)

A．e′＝2Emsin 2ωt　　　 B．e′＝2Emsin 4ωt

C．e′＝4Emsin 2ωt  D．e′＝4Emsin 4ωt

【答案】：C

【解析】：e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt，现n′＝2n，ω′＝2ω，则Em′＝4Em，所以感应电动势的瞬时值表达式将变为e′＝4Emsin 2ωt.

3、一只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象如图所示．则下列说法中正确的是(　　)

A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直

B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率为0

C．t＝0.02 s时刻，感应电动势达到最大

D．从t＝0.01 s时刻至t＝0.04 s时刻线圈转过的角度是π

【答案】：D

【解析】：由图象可知t＝0、t＝0.02 s、t＝0.04 s时刻线圈平面位于中性面位置，Φ最大，＝0，故E＝0；t＝0.01 s、t＝0.03 s、t＝0.05 s时刻线圈平面与磁感线平行，Φ最小，最大，故E最大；从图象可知，从t＝0. 01 s时刻至t＝0.04 s时刻线圈旋转周，转过的角度为π.

4、如图所示，在电路两端加上正弦交流电，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：灯1变亮，灯2变暗，灯3不变，则M、N、L中所接元件可能是(　　)

A．M为电阻，N为电容器，L为电感线圈

B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻

C．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻

D．M为电阻，N为电感线圈，L为电容器

【答案】：C

【解析】：当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，由灯1变亮，灯2变暗可知M为电容器，N为电感线圈，而电阻与交变电流的频率无关，故L为电阻，C正确．

5、如甲图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如乙图所示．此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为(　　)

A．110 V   B．156 V

C．220 V  D．311 V

【答案】：B

【解析】：由图象可知该交变电流的周期T＝2×10－2 s，可分两段0～0.01 s和0.01～0.  02 s，根据有效值的定义可得·＋0＝T，U＝≈156 V，故选B.

6、（多选）如图所示，甲、乙两个并排放置的共轴线圈，甲中通有如图丙所示的电流，则(　　)

A．在t1到t2时间内，甲、乙相吸

B．在t2到t3时间内，甲、乙相斥

C．t1时刻两线圈间作用力为零

D．t2时刻两线圈间吸引力最大

【答案】：ABC

【解析】：甲回路电流减弱时，据楞次定律，乙回路将产生与甲同向环绕的感应电流，甲、乙电流之间通过磁场发生相互作用，甲、乙相吸，同理，当甲中电流增强时，甲、乙互相排斥，故选项A、B都正确．在t1时刻，甲中电流产生的磁场变化率为零，则乙线圈感生电流瞬时值为零，而t2时刻，虽然乙中感生电流最强，但此时甲中电流瞬时值为零，所以t1、t2时刻，甲、乙电流间相互作用都为零，故选项C正确，D错误．

7、一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5 Ω，外接一只电阻为95 Ω的灯泡，如图乙所示，则(　　)

A．电压表的示数为220 V

B．电路中的电流方向每秒钟改变50次

C．灯泡实际消耗的功率为484 W

D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J

【答案】：D

【解析】：由题图甲可知发电机的电动势的有效值E＝＝220 V，周期为2×10－2s，电流在一个周期内改变两次方向，所以电流在每秒内改变100次方向，B错；由I＝知I＝ A＝2.2 A，所以灯泡两端的电压U＝IR＝2.2×95 V＝209 V，故A错；灯泡的实际功率为P＝I2R＝2.22×95 W＝459.8 W，C错；发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q＝I2rt＝2.22×5×1 J＝24.2 J，所以D选项正确．

8、如图所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表A的示数增加，可行的办法是(　　)

A．使发电机F的转速增加

B．使发电机F的转速减小

C．在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质

D．使电容器两极板间的距离增大

【答案】：A

【解析】：本题考查电容对交变电流的阻碍作用．本题的关键是理解容抗与交变电流的频率和电容器的电容都成反比．当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表A的示数增大，A项正确，B项错误；在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，使电容器两极板间距离增大时电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表A示数减小，C、D两项均错误．故正确答案为A.

9、如图所示，处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中的矩形线框MNPQ，以恒定的角速度ω绕对角线NQ转动．已知MN长为l1，NP长为l2，线框电阻为R0.在t＝0时刻线框平面与纸面重合，下列说法正确的是(　　)

A．矩形线框产生的感应电动势的有效值为Bl1l2ω

B．矩形线框转过半周时，通过线框的瞬时电流为零

C．矩形线框转动一周时，通过线框的电荷量为

D．矩形线框从图示位置转动半周过程中产生的热量为

【答案】：ABD

【解析】：矩形线框转动产生的正弦交流电的最大电动势Em＝Bl1l2ω，有效值E＝＝Bl1l2ω，故A正确；转过半周，此时线框平面与磁场垂直，磁通量最大，感应电动势为零，瞬时电流为零，B正确；转过一周，通过横截面的电荷量为零，C错误；线框从图示位置转过半周过程中产生的热量为Q＝t＝×＝，D正确．

10、一台发电机的结构示意图如图甲所示,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方向沿半径的辐向磁场。若从图甲所示位置开始计时,此时电动势为正值,图乙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(　　)

【答案】：D

【解析】：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,由于每个周期磁场方向要改变两次,所以产生的感应电动势的方向也要改变两次,选项D正确。

11、如图所示，一半径为r＝10 cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n＝600 r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时．

(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式；

(2)求线圈从图示位置开始在 s时的电动势的瞬时值．

【答案】：(1)e＝100sin 20πt V　(2)86.6 V

【解析】：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴线匀速转动时，线圈内产生正弦式交变电动势，当线圈平面在中性面时开始计时，其表达式为e＝Emsin ωt.

(1)e＝Emsin ωt，Em＝NBSω(与线圈形状无关)，

ω＝20π rad/s，故e＝100sin 20πt V.

(2)当t＝ s时，

e＝100sinV＝50 V＝86.6 V.

12、如图所示，边长分别为10 cm和20 cm的矩形线圈，匝数为100，阻值为5 Ω，在匀强磁场中绕垂直磁场方向的OO′轴匀速转动，已知匀强磁场的磁感应强度B＝ T，线圈转动的角速度为ω＝100π rad/s，线圈和阻值为R＝15 Ω的电阻相连接.

(1)开关S断开时，求理想电压表的示数；

(2)开关S闭合时，电阻正常工作，求电阻的额定功率；

(3)若将电阻换成激发电压和熄灭电压均为45 V的霓虹灯(阻值也为R＝15 Ω)，则在一个周期内，霓虹灯被点亮的时间是多少？

【答案】：(1)120 V　(2)540 W　(3) s

【解析】：若以线圈处于中性面位置开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBSωsin ωt

代入数据得e＝120sin 100πt V

(1)开关S断开时，理想电压表示数为UV＝Em＝120 V

(2)开关S闭合时，电阻正常工作，通过电阻的电流为I＝＝ A＝6 A

所以其额定功率是P＝I2R＝540 W

(3)由e＝120sin 100πt V

可得i＝＝6sin 100πt A

则uR＝iR＝90sin 100πt V，所以可作出uR随时间变化的图象，如图所示.

图中在正、负半周期内，各有一段时间电压大于45 V

由45 V＝90sin 100πt V得t1＝ s，t2＝ s

所以一个周期内霓虹灯被点亮的时间为t3＝2(t2－t1)＝ s.