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

3.2交变电流的产生同步练习2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共14题）

1．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．在线圈由图示位置转过90°的过程中，下列说法正确的是（        ）

A．磁通量的变化量

B．通过电阻R的电量

C．电阻R产生的焦耳热Q= (NBSω)2/2R

D．电阻R产生的焦耳热Q= (NBS)2ωRπ/4(R+r)2

2．一发电机产生的正弦式交流电电动势随时间变化规律如图甲所示，已知发电机线圈内阻为，外接一只电阻为的灯泡，如图乙所示，下列说法不正确的是（       ）

A．灯泡消耗的功率

B．每秒钟灯泡中电流方向变化100次

C．灯泡中的最大电流值为

D．发电机线圈内阻产生的焦耳热

3．在交流电路中，交流电源电动势的有效值不变，频率可以改变，在图示电路的电键闭合时，使交流电源的频率减小，可以观察到下列论述的哪种情况 (               )

A．A1、A2、A3的读数均不变

B．A1的读数不变，A2的读数增大，A3的读数减小

C．A1的读数增大，A2的读数不变，A3的读数减小

D．A1的读数减小，A2的读数不变，A3的读数增大

4．一正弦交流电压随时间变化的规律如图所示，由图可知(        )

A．该交流电的电压瞬时值的表达式为

B．在0.01s和0.03s时刻穿过线圈的磁通量最大

C．该交流电的电压的有效值为

D．若将该交流电压加在阻值为100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50W

5．关于家庭照明电路所用的交流电，下列说法正确的是（       ）

A．电流方向每秒钟改变50次

B．电压最大值是220V

C．电压表达式为u=220sin100πt（V）

D．耐压为220V的电容器可以直接接入使用

6．一个矩形线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生交变电动势的瞬时表达式为，则

A．该交变电动势的频率为4Hz

B．零时刻线圈平面与磁场垂直

C．t=0.25s时，e达到最大值

D．在1s时间内，线圈中电流方向改变100次

7．如图所示，在频率为f的交流电路中，当开关S依次接通R、C、L支路时，交流电流表的读数均相同，如果该交流电电压不变，而将频率加大，则下列判断中错误的是（　　）

A．接通R支路时，交流电流表的读数与原来相同

B．接通C支路时，交流电流表的读数最大

C．接通L支路时，交流电流表的读数最小

D．接通R支路时，交流电流表的读数增大

8．图甲为一台小型发电机构造示意图，单匝线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示．发电机线圈内阻为 0.5 Ω，外接灯泡的电阻为 9.5 Ω，则

A．电压表的示数为 6 V

B．电流方向每秒改变 50 次

C．若线圈从图甲所示位置开始计时，电动势的表达式为e=6sin100πt（V）

D．在t＝0.01 s 的时刻，穿过线圈的磁通量为（Wb）

9．如图甲所示，为某品牌电热毯的简易电路，电热丝的电阻为，现将其接在的正弦交流电源上，电热毯被加热到一定温度后，温控装置P使输入电压变为图乙所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝的电阻保持不变，则保温状态下，理想交流电压表V的读数和电热毯消耗的电功率最接近下列哪一组数据　　

A．220V、100W

B．156V、50W

C．110V、25W

D．311V、200W

10．如图所示是一台发电机的模型图，面积为0.01m2的正方形线圈从中性面开始以角速度绕轴匀速转动，线圈共100匝，总电阻为2Ω。线圈所在匀强磁场的磁感应强度大小B=T，外电路中理想二极管与电阻R串联，，电流表为理想电表。则下列说法正确的是（　　）

A．电流表的示数为

B．在一个周期内，电阻R上产生的热量为0.4J

C．单匝线圈的AB边受到的安培力最大值为

D．在一个周期内，外力对发电机做的功为1J

11．如图所示，匝数为N，内阻为r的矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边以角速度ω匀速转动。该线圈中感应电动势的峰值为Em，闭合回路中两只完全相同的灯泡均能正常发光，此时它们的电阻均为R。下列说法中正确的是（　　）

A．从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e=Emcosωt

B．穿过线圈的最大磁通量为

C．从图中位置开始计时，四分之一周期内通过灯泡A1的电荷量为

D．增大角速度ω时，灯泡A1变暗，A2变亮

12．如图表示一交流电的电流随时间而变化的图像,此交流电流的有效值是(       )

A．A B．10A C．A D．5A

13．手摇式发电机是实验室中常用的演示工具，如图甲所示，它可以简化为图乙。一个小型旋转电枢式交流发电机的矩形线圈面积为S，匝数为n，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中以矩形线圈中轴线为轴以角速度ω匀速转动，产生的交流电通过E、F与外电路连接，外电路电灯电阻为R，电压表为理想交流电压表。在线圈由平行于磁场方向位置转过90°的过程中，下面说法正确的是（　　）

A．电压表的示数为nBSω

B．通过灯泡的电荷量为

C．电灯中产生的焦耳热为

D．流过线圈的电流的平均值为

14．电动车的电源电压基本是稳定的48V、60V、72V，电动车是怎么实现变功率运行的呢？一位电子爱好者查询资料后发现了其中的奥秘：转动电动车转把时，电源并不是一直给电机供电的，而是由一种控制芯片采用不同的间断方式给电机供电，这样电动车就实现了以不同的功率运行。如图所示是控制芯片给电机的两种不同供电方式，曲线部分视为正弦波的太周期，假设供电电压不变，图甲、图乙中电压的有效值之比为（ ）

A． B． C． D．

二、填空题（共4题）

15．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像，如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则

(1)电压表V的示数为___________

(2)电路中的电流方向每秒钟改变___________次

(3)灯泡实际消耗的功率为___________ W

(4)发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为___________ J

16．在线圈平面_____于磁感线时，线圈中没有电流，这样的位置叫____．线圈平面每经过这个面一次，感应电流的方向就要改变____次．线圈转动一周，感应电流的方向改变___________次．

17．如图，该电流的有效值为______A。

18.如图是某学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”的示意图．他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流计相连．摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场（可视为匀强磁场）垂直．摇动时，铜芯线所围成半圆周的面积S＝2 m2，转动角速度   rad/s，用电流计测得电路中电流I＝40 μA，电路总电阻R＝10 Ω，g取10 m/s2， ＝2.25，则该处地磁场的磁感应强度B=_______;从铜芯线所在平面与该处地磁场平行开始计时，求其转过四分之一周的过程中，通过电流计的电荷量q=______；求铜芯线转动一周的过程中，电路产生的焦耳热Q=________

三、综合题（共4题）

19．如图为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图，图示位置矩形线圈平行于磁感线，其矩形线圈的长度ab=0.25m，宽度bc=0.20m，共有m=100匝，总电阻r=5.0Ω，如图所示，可绕与磁场方向垂直的对称轴OO′逆时针转动．线圈处于磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，与线圈两端相连的金属滑环上接一个“3.0V，1.8W“的灯泡，当线圈以角速度ω匀速转动时，小灯泡恰好正常发光，求：

（1）线圈转动的角速度ω；

（2）从图示位置计时电动势瞬时值表达式及此时cd边电流方向；

（3）线圈从图示位置转过90°过程中流过灯泡的电量和线圈产生的电能．

20．如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r=0.10m、匝数n=20匝的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图乙所示）．在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为，线圈的电阻为，它的引出线接有的小电珠L．外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过小电珠．当线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示时（摩擦等损耗不计）．求：

(1)小电珠中电流的峰值；

(2)电压表的示数；

(3)t=0.01s时外力F的大小；

(4)在不改变发电装置结构的条件下，要使小灯泡的功率提高，可采取什么办法?（至少说出两种方法）

21．如图所示，一个边长L=10cm，匝数N=1000匝的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，磁感应强度B=0.50T，角速度ω=πrad/s，外电路电阻R=4.0Ω，线圈内阻r=1.0Ω．

（1）求线圈转动的周期和感应电动势的最大值；

（2）写出线圈由图中所示位置开始计时时，感应电动势的瞬时表达式；

（3）交流电压表的示数是多少？．

22．如图所示，为一交流发电机和外接负载的示意图，发电机电枢线圈为n=100匝的正方形形线圈，边长为 L=10cm ，绕OO′轴在磁感强度为B=0.5T的磁场中以角速度转动（不计一切摩擦），线圈电阻为r=1 ，外电路负载电阻为R =4．试求：

（1）转动过程中感应电动势的瞬时表达式；

（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过角时感应电动势；

（3）由图示位置转过角的过程中产生的平均感应电动势；

（4）由图示位置转过角的过程中电路中交流电压表的示数；

（5）由图示位置转过角的过程中电阻R中流过的电量

参考答案：

1．D

2．C

3．D

4．D

5．C

6．B

7．D

8．D

9．B

10．B

11．B

12．B

13．C

14．C

15．     209V     100     459.8     24.2

16．     垂直     中性面     1次     2次

17．

18．     2×10-5T     4×10-6C     7.2×10-9J

19．（1）rad/s（2），方向为从d到c；（3）0.2C；1.33J

20．(1) (2)   (3) (4)提高、用变压器

21．(1) 15.7V     (2) e=15.7cosπt（V）   (3)   8.88V

22.（1）3.14cos2πt；(2)1.57v ； (3)2.6V ； (4)1.78V； (5)0.0866C