高中人教版 (2019)第三章 交变电流1 交变电流精品同步练习题

第三章 交变电流

3.1  交变电流

【学习目标】

1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面

2．掌握交变电流的变化规律及表示方法

3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义

【开启新探索】

      交流电对我们大家来说并不陌生，可以说，我们每天都在使用着交流电。那么怎样产生交流电？交流电又有怎样的特点？

【质疑提升1】交变电流

1.  在学习交变电流的相关规律之前，结合观察示波器中呈现的波形：什么是波形图？什么是交变电流？

（1）    波形图：在         上显示的        （或       ）随        变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫做波形图。

（2）    恒定电流：电源的         不随      变化 ，电路中的      、       也不随       变化。

（3）    交变电流：电源的           随         做         变化，接入的很多用电器中通过的电流、电压        和        也随        做周期性变化，这样的电流叫做交变电流。

（4）  下列几个电流变化图像中，属于交变电流的是      

（5）交流电通过电子电路的处理，也可以变成直流，如学生电源、手机充电器。

【质疑提升2】交变电流的产生

1.  教学用发电机（磁极、线圈、电刷）接入如图所示的电路，转动手柄，两个磁极之间的线圈随之转动。观察：观察两发光两极管的亮情况。实验现象说明什么？

2. 　下面我们结合交流发电机的示意图分析交流电的产生原理：匀强磁场，矩形单匝线圈，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。

 （1）线圈在磁场中转动产生电流。你可以从哪些角度说明线圈中会产生感应电流呢？

  （2）分析线圈转动过程中的是否有感应电流、若有，感应电流的方向？大小如何变化？

（3）电流方向在哪些位置发生变化？对应的磁通量又有怎样的特点？

　（4）电流最大对应哪些位置？对应的磁通量又有怎样的特点？

【质疑提升3】交变电流的变化规律

1. 在前面对交流电产生定性分析的基础上，下一步定量分析交变电流的产生。设水平匀强磁场的磁感应强度为B，单匝线圈AB和 CD的长度为l，AD和BC的长度为d，线圈从中性面开始，以垂直AD的中点的转轴、大小为ω的角速度匀速转动。则经过时间t，线圈的电动势大小？

2. 如果线圈匝数为n,则电动势又为多少？

3. 如果该线圈接入纯电阻电路，已知线圈的电阻为r、纯电阻为R，则线圈中通过的电流i、纯电阻的电压u如何变化？

4. 通过上述推理，说明什么是正弦式交变电流？

       正弦式交变电流：按      规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流。

【质疑提升4】交变发电机

1.   发电机基本都是两部分组成，一是产生感应电动势的线圈（通常也叫电枢）和产生磁场的磁体。阅读课本，了解电动机的分类，并说明为什么大多数的发电机是旋转磁极式？

（1）  电动机分旋转        式发电机、旋转       式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分叫定子。

（2）  旋转磁极式的优点：                                  。

2.   发电机实现怎样的能量转化？

【学以致用】

1． 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时(　 　)

A．线圈平面与磁感线方向平行           B．通过线圈的磁通量达到最大值

C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值   D．线圈中的电动势达到最大值

2．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200 rad/s。已知ab=0.1m，bc=0.2 m，线圈的总电阻R=40Ω，试求：

（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；

（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；

（3）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是多大？

1.2A    e=48sin200t(V)  

【核心素养提升】

1． 如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图所示位置时，（     ）

A.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小

B.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大

C.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大

D.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小

2． 关于中性面，下列说法正确的是(　　)

A．线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大

B．线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率为零

C．线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次

D．线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次

3． 一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e＝0.5sin 20t V，由该表达式可推知以下哪些物理量(　　)

①　匀强磁场的磁感应强度

②　线框的面积

③　穿过线框的磁通量的最大值

④　线框转动的角速度

　　A．①②　　　B．③④　　　C．①④　　D．②③

4． 一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～这段时间内(　　 )

A．线圈中的感应电流一直在增大

B．线圈中的感应电流先增大后减小

C．穿过线圈的磁通量一直在减小

D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小

5.　有人说，在交流发电机中，线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因而线圈中的感应电动势最大；线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，因而感应电动势为0。这种说法对不对？为什么？

    不对，瞬时电动势与磁通量大小无关，取决磁通量变化率。

6.　如图所示，设磁感应强度为0.01 T，单匝线圈边长AB为20 cm，宽BC为10 cm，转速n＝50 r/s，求线圈转动时感应电动势的最大值。

         0.02πV

7． 匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试写出现在的交变电动势的瞬时值表达式。

   e’=2Emsin2ωt

8.　一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值Em＝400 V，线圈匀速转动的角速度ω＝314 rad/s，则：

　　（1）写出电动势瞬时值的表达式（设0时刻电动势瞬时值为0）；

　　（2）如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2 kΩ，电路中电流的峰值为多少？写出电流　瞬时值的表达式。

   e=400sin314t V    0.2 A      i=0.2sin314t A  

9．如图，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。求：

（1）如果线圈从图示位置开始计时，试确定电动势的瞬时表达式；

（2）确定线圈在转动中产生电流的瞬时表达式；

（3）确定线圈在转动中产生的路端电压的瞬时值表达式。

   e=NBSωcosωt   

10. 如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平， 线框绕某一竖直固定轴以角速度ω匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角到达30°的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小是多少？标出线框此时的电流方向。已知线框按俯视的逆时针方向转动。

    e=NBSωcos30⸰K->N