2019高中物理第二章交变电流与发电机2.1怎样产生交变电流练习（含解析） 7页

怎样产生交变电流课时演练·促提升A组1.(多选)关于中性面,以下说法正确的是(　　)A.中性面就是穿过线圈的磁通量为零的面B.中性面就是线圈中磁通量变化率为零的面C.线圈过中性面时,电流方向必改变D.中性面就是线圈内感应电动势为零的面解析:线圈转至中性面时,线圈平面与磁感线垂直,所以此时穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率为零,感应电动势为零,电流方向改变。答案:BCD2.(多选)如图所示的各图线中表示交变电流的是(　　)解析:A图表示的电流大小发生了周期性变化,而方向没有变化。C、D图中的电流大小和方向均发生了周期性变化。B图中电流大小不变而方向周期性变化。答案:BCD3.一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动,线圈中的感应电动势E随时间t的变化如图所示。则下列说法中正确的是(　　)A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D.每当电动势E变换方向时,通过线圈的磁通量的绝对值都为最大解析:t1、t3时刻感应电动势为零,线圈位于中性面位置,所以穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,选项A、C错误;t2时刻感应电动势最大,线圈位于中性面的垂面位置,穿过线圈的磁通量为零,选项B错误;由于线圈每过一次中性面时,穿过线圈的磁通量的绝对值最大,电动势E变换方向,所以选项D正确。答案:Dn4.某交流发电机正常工作时的电动势为e=Emaxsinωt,如果发电机转子转速提高一倍,线圈匝数也同时增加一倍,其他条件不变,则发电机的电动势为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　A.e=4Emaxsin2ωtB.e=4EmaxsinωtC.e=2Emaxsin2ωtD.e=2Emaxsinωt解析:由公式e=NBSωsinωt=NBS2πnsin2πnt可知,当转速n、线圈匝数N同时增加一倍,则e=4Emaxsin2ωt,故选项A正确。答案:A5.面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,从中性面起以角速度ω匀速转动,在t时刻线圈磁通量的瞬时值为(　　)A.BSB.BScosωtC.BSsinωtD.BS/sinωt解析:中性面指的是和磁感线垂直的平面,此位置通过线圈的磁通量最大为BS,而当线圈转到与磁感线平行的位置时通过线圈的磁通量最小,为0,故磁通量变化规律为BScosωt,选项B正确。答案:B6.如图甲所示,单匝矩形线圈的一半放在有界匀强磁场中,中心轴线OO'与磁场边界重合,线圈绕中心轴线按图示方向(从上向下看逆时针方向)匀速转动,t=0时刻线圈平面与磁场方向垂直,规定电流方向沿abcd为正方向,则图乙中能表示线圈内感应电流随时间变化规律的是(　　)图甲图乙解析:在0~T4内,ab一侧的线框在磁场中绕OO'转动产生正弦交变电流,电流方向由楞次定律判断为dcba且越来越大。T4~T2内,ab一侧线框在磁场外,而dc一侧线框又进入磁场产生交变电流,电流方向为dcba且越来越小,以此类推,可知i-t图像正确的为B。答案:Bn7.(多选)(2014·福建宁德检测)如图所示,一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,转动过程线框中产生的感应电动势的瞬时值为e=0.5sin20t(V),由该表达式可推知以下哪些物理量(　　)A.匀强磁场的磁感应强度B.线框的面积C.穿过线框的磁通量的最大值D.线框转动的角速度解析:由e=nBS及e=0.5sin20t可知ω=20rad/s,em=0.5V。由Φm=BS=emω=0.520Wb=0.025Wb,选项C、D正确。答案:CD8.如图所示,匀强磁场B=0.1T,所用矩形线圈的匝数N=100,边长ab=0.2m,bc=0.5m,以角速度ω=100πrad/s绕OO'轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时,试求:(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式。(2)由t=0至t=T4过程中的平均电动势值。点拨:正弦式电流的瞬时值表达式,从中性面开始计时为e=NBSωsinωt,将相关量代入即可求解,平均电动势可以由前面学习过的法拉第电磁感应定律E=NΔΦΔt求解。解析:(1)感应电动势的瞬时值e=NBSωsinωt,由题可知S=ab·bc=0.2×0.5m2=0.1m2Emax=NBSω=100×0.1×0.1×100πV=314V所以e=314sin100πtV。(2)用E=NΔΦΔt计算t=0至t=T4过程中的平均电动势E=N|Φπ2-Φ0|T4-0=N|0-BS|T4=4NBS2πω即E=2πNBSω,代入数值得E=200V。答案:(1)e=314sin100πtV　(2)200V9.n如图所示,一小型发电机内有n=100匝的矩形线圈,线圈面积S=0.10m2,线圈电阻可忽略不计。在外力作用下矩形线圈在B=0.10T的匀强磁场中,以恒定的角速度ω=100πrad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO'匀速转动,发电机线圈两端与R=100Ω的电阻构成闭合回路。求:(1)线圈转动时产生感应电动势的最大值;(2)从线圈平面通过中性面时开始,线圈转过90°角的过程中通过电阻R横截面的电荷量。解析:(1)线圈中感应电动势的最大值Emax=nBSω=3.14×102V。(2)设从线圈平面通过中性面时开始,线圈转过90°角所用时间为Δt,线圈中的平均感应电动势E=nBSΔt通过电阻R的平均电流I=ER=nBSRΔt在Δt时间内通过电阻横截面的电荷量Q=IΔt=nBSR=1.0×10-2C。答案:(1)3.14×102V　(2)1.0×10-2CB组1.(2014·福建泉州检测)如图所示,面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动,能产生正弦交变电动势e=BSωsinωt的图是(　　)解析:正弦交变电流是线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴转动,从中性面开始计时,只有选项A合适。答案:A2.(2014·安徽黄山期末检测)某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流。现在该发电机出现了故障,转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半,则它产生的交变电动势随时间变化的图像是(　　)n解析:线圈转速为正常时的一半,据ω=2πn=2πT知,周期变为正常时的2倍,又据Em=NBSω知,最大值变为正常时的一半,结合我国电网交变电流实际情况,选项B正确。答案:B3.(2014·辽宁丹东期末检测)单匝闭合金属线框abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动,设穿过线框的最大磁通量为Φm,线框中的最大感应电动势是Em,从线圈平面与磁场平行时刻开始计时,下面说法不正确的是(　　)A.当穿过线框的磁通量为Φm2时,线框中的感应电动势是Em2B.线框中的电流强度随时间按余弦规律变化C.线框转动的角速度为EmΦmD.线框在垂直于磁场方向平面内的投影面积随时间按正弦规律变化解析:当穿过线框磁通量为Φm2时,即线框与磁场B的方向成45°,则线框中的感应电动势为E=Emcos45°=2Em2,选项A错误;由于从线圈平面与磁场平行时刻开始计时,因此线框中的电流强度随时间按余弦规律变化,选项B正确;由Φm=BS,Em=BSω知,线框转动的角速度ω=EmΦm,选项C正确;由于在垂直磁场B的方向上的投影面积S投=Ssinθ=Ssinωt,选项D正确。答案:A4.(多选)(2014·湖南长沙检测)如图所示,闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动,沿着OO'方向观察,线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,ab边的边长为l1,ad边的边长为l2,线圈电阻为R,转动的角速度为ω,则当线圈转至图示位置时(　　)A.线圈中感应电流的方向为abcdanB.线圈中的感应电动势为2nBl2ωC.穿过线圈磁通量随时间的变化率最大D.线圈ad边所受安培力的大小为n2B2l1l22ωR解析:当线圈转到图示的位置时,线圈的磁通量即将向右增加,由楞次定律结合右手螺旋定则可知,线圈中感应电流的方向为adcba,故选项A错误;当转到图示的位置时产生的电动势最大,由法拉第电磁感应定律可得,穿过线圈的磁通量的变化率最大。此时电动势的大小为E=2nBl2ωl12=nBl1l2ω,选项B错误,选项C正确;线圈此时的感应电流大小为:I=ER=nBl1l2ωR,所以ad边所受的安培力的大小为:F=nBIl2,代入I可得:F=n2B2l1l22ωR,选项D正确。答案:CD5.如图所示,单匝线圈在匀强磁场中绕OO'轴从图示位置开始匀速转动,已知从图示位置转动π6时,线圈中感应电动势的大小为10V,求:(1)交变电动势的峰值;(2)线圈从图示位置转动π2的过程中,交变电动势的平均值。解析:(1)图示位置为中性面,从图示位置开始计时,交变电动势的瞬时值为e=Emsinωt将ωt=π6,e=10V代入上式,有10=Emsinπ6解得Em=20V(2)线圈从图示位置转过π2的过程中,磁通量的变化量为ΔΦ=BS,经历的时间Δt=π2ω,所以此过程中交变电动势的平均值为E=ΔΦΔt=2BωSπ=2πEm=2π×20V=12.7V答案:(1)20V　(2)12.7V6.一矩形线圈,面积为S,匝数为N,在场强为B的匀强磁场中绕着中轴OO'做匀速转动,角速度为ω,磁场方向与转轴垂直,当线圈转到中性面时开始计时,求:(1)线圈中感应电动势的最大值。(2)线圈中感应电动势随时间变化的表达式。(3)若线圈中的电阻为R,则线圈中的电流的最大值为多少?(4)线圈中的电流瞬时表达式。点拨:应用交变电流的变化规律解题。注意区分好最大值和瞬时值。解析:(1)感应电动势的最大值Emax=NBL1L2ω=NBSω。(2)因为电动势的最大值nEmax=NBSω,角速度ω,线圈转到中性面开始计时,所以电动势的瞬时值表达式是e=NBSωsinωt。(3)根据欧姆定律,电路中电流最大值为Imax=EmaxR=NBSωR。(4)因为电路中电流的最大值为Imax=EmaxR=NBSωR,所以通过负载的电流的瞬时值表达式是i=NBSωRsinωt。答案:(1)NBSω　(2)e=NBSωsinωt(3)NBSωR　(4)i=NBSωRsinωt