1、第十章 交变电流传感器第一节 交变电流的产生及描述随堂演练巩固1.关于交变电流和直流电的说法中,正确的是( ) A.如果电流大小做周期性变化,则一定是交变电流 B.直流电的大小可以变化,但方向一定不变 C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化 【解析】 直流电和交流电的区别就是看电流方向是否改变,改变的才是交流电. 【答案】 BD 2.下列关于交变电流的说法中正确的是( ) A.用交流电压表测量电压时,指针来回摆动 B.一周期内交流电的方向改变两次 C.如果交流的最大值是5 A,则最小值为-5 A D.用电器上所标电压值是交流电的有效值 【解
2、析】 交流电压表测的是有效值,测交流指针不摆动;C项最小值是零. 【答案】 BD 3.(2012广东三校联考,4)如图所示为一正弦交流电通过一电子元件后的波形图,则下列说法正确的是( ) A.这也是一种交流电 B.电流的变化周期是0.02 s C.电流的变化周期是0.01 s D.电流通过100 的电阻时,1 s内产生的热量为200 J 【解析】 电流方向没变,不是交流电;电流通过100 的电阻时,1 s产生的热量是【答案】 B 4. 小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示，此线圈与一个R=10 的电阻构成闭合电路.不计电路的其他电阻
3、.下列说法正确的是A.交变电流的周期为0.125 s B.交变电流的频率为8 Hz C.交变电流的有效值为 A D.交变电流的最大值为4 A 【解析】 由图象可以看出,此交变电流的周期为0.250 s,电压的最大值m=20 V.所以交变电流的频率为4 Hz,A ,B项均错误；交变电流的最大有效值I= A，C项正确，D项错误【答案】 C 5.(2012山东平度一中月考,5)如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中沿逆时针方向匀速转动,可产生交流电,当线圈转到图示位置时,电流表指针向右偏转,当线圈由图示位置继续转动,下列说法中正确的是( ) A.线圈在转动的过程中,表针向右偏转 B.线圈在图示位置时
4、,线圈中电流改变方向 C.线圈在转动2的过程中,表针向左偏转 D.线圈在图示位置反方向转过2的过程中,表针向左偏转 【解析】 线圈在中性面开始改变电流方向,图示位置不是中性面,故B错;逆时针转时电流改为指针左偏,在都是指针左偏,A错;逆时针转时电流表改为指针右偏,在2的过程中,表针右偏,C错;线圈从图示位置反方向转过2的过程中,根据右手定则,可判断表针向左偏,故D对. 【答案】 D 6.( 选做题)将同一灯泡分别直接接到直流电源U和交流电源u两端,发光亮度相同.将该灯泡分别与电感线圈或电容器串联后,再接到电源两端,则灯泡最亮的是( ) 【解析】 根据题意,同一灯泡分别直接接到直流电源U和交流电
5、源u两端,发光亮度相同,说明交流电源电压的有效值和直流电压相等.电容器具有”通交流、隔直流”的作用,电感具有”通直流、阻交流”的作用,A、B两种情况中接直流电源时,A图中灯不亮,B图中电感相当于导线;C、D两种情况中接交流电源,由于电感和电容对交流电均有阻碍作用,所以B图中的灯泡最亮,B选项正确. 【答案】 B 7.( 选做题)(2011四川高考,20)如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T,转轴垂直于磁场方向,线圈电阻为2 .从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60时的感应电流为1 A.那么( ) A.线圈消耗的电功率为4 W B.线圈中感应电流的有效值为2 A C.任意
6、时刻线圈中的感应电动势为e=4cos D.任意时刻穿过线圈的磁通量为sin 【解析】 coscos.线圈转过60时 Am V,故e=4cos,C对.有效值 V,线圈中感应电流的有效值 A,线圈消耗的电功率为 W,A对B错;任意时刻穿过线圈的磁通量为sinsin,D项错. 【答案】 AC 课后作业夯基(时间:45分钟 必做题满分:100分 选做题:10分) 一 不定项选择题 (本题共8小题,每小题8分,共64分.选对但不全的得5分)1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,以下说法中正确的是( ) A.线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变 B.线圈每转动一周,感
7、应电流方向就改变一次 C.线圈平面每经过中性面一次,感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 D.线圈转动一周,感应电动势和感应电流方向都要改变一次 【解析】 线圈转动一周两次通过中性面,电流、电动势在线圈转动一周过程中改变方向两次. 【答案】 C 2.(2011广东惠州调研,19)交流电源输出的电压U随时间t变化的图线如图所示,则下列说法正确的是( ) A.交变电流的频率为50 Hz B.交变电流的周期为2 s C.交变电压的最大值为220 V D.交变电压的有效值为220 V 【解析】 据图知电压最大值是 V,经计算有效值是220 V,C错D对;据图知周期是 s,经计算频率是50 Hz,A对
8、B错. 【答案】 AD 3.如图a所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角时(如图b)为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正.则电流变化图中正确的是( ) 【解析】 由图a、b可知初始时刻交变电流方向为adcba,是负值,所以感应电流的表达式为i=mcos+/4) A,故选项D正确. 【答案】 D 4.一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电动势e=sin100t V,则以下说法正确的是( ) A.该交流电的周期是0.02 s B.该交流电的频率是 Hz C. s时,e有最大值 D. s时,线圈平面跟中性
9、面垂直 【解析】 由电动势瞬时值表达式得 rad/s,则周期.02 s,频率f=50 Hz,故选项A正确,选项B错误.当 s时m V,故选项C正确.当 s时,e=0时,故选项D不正确. 【答案】 AC 5.两个相同的电阻,分别通以如图所示的正弦交变电流和方波式交变电流,两种交变电流的最大值相等,周期相等.则在一个周期内,正弦式交流电在电阻上产生的焦耳热与方波式交流电在电阻上产生的焦耳热之比等于 ( ) A.31B.12C.21D.43 【解析】 正弦交变电流的有效值m,此方波式交变电流的有效值m,因此mm2,故答案选B. 【答案】 B 6.交流电源的电压是6 V,它跟两只二极管、及电阻、和电容
10、器、电压表一起连接组成如图所示的电路,图中电压表的读数为为了保证电容器C不被击穿,电容器C的耐压值应为则( ) A. V B. V C. V D. V 【解析】 电压表的示数应等于有效值,考虑到经二极管整流后是半波电压,利用求有效值的方法,可知有效值为 V,所以 V.而电容器的击穿电压应考虑交流电的最大值,即 V.故B、D选项正确. 【答案】 BD 7.(2011山东聊城抽检)如图表示一交变电流随时间变化的图象,此交变电流的有效值是( ) A. A B.5 A C.3. A D.3.5 A 【解析】 按照有效值的定义,交变电流的有效值的大小等于在热效应方面与之等效(在相同时间内通过相同的电阻所
11、产生的热量相等)的直流的电流值.可选择一个周期(0.02 s)时间,根据焦耳定律,有:.02=0.01,解得I=5 A. 【答案】 B 8.一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5.0 ,外接一只电阻为95.0 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 【解析】 电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由图象知电动势的最大值m V,有效值E=220 V,灯泡两端电压209 V,A错;由图象知T=0.02 s,一个
12、周期内电流方向变化两次,可知1 s内电流方向变化100次,B错;灯泡的实际功率 W=459.8 W,C错;电流的有效值.2 A,发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为=2. J=24.2 J,D对. 【答案】 D 二 论述计算题 (本题共2小题,共36分)9.(18分)图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动,线圈的匝数n=100,线圈的电阻r=10 ,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R=90 ,与R并联的交流电压表为理想电表.在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化.求: (1)该发电机
13、产生的电动势的最大值; (2)电压表的示数. 【解析】 (1)交流发电机产生的电动势的最大值 = (3分) 而 (3分) 所以由t图线可知=2. Wb,T=6.28s 所以=200 V. (2分) (2)电动势的有效值 V (2分) 由闭合电路的欧姆定律,电路中电流的有效值为 A (3分) 交流电压表的示数为 V=127 V. (3分) 【答案】 (1)200 V (2)127 V 10.(18分)如图所示,矩形裸导线框长边的长度为2l,短边的长度为l,在两个短边上均接有电阻R,其余部分电阻不计.导线框一长边与x轴重合,左边的坐标x=0,线框内有一垂直于线框平面的磁场,磁场的磁感应强度满足关系
14、sin.一光滑导体棒AB与短边平行且与长边接触良好,电阻也是R.开始时导体棒处于x=0处,从t=0时刻起,导体棒AB在沿x方向的力F作用下做速度为v的匀速运动,求: (1)导体棒AB从x=0到x=2l的过程中力F随时间t变化的规律; (2)导体棒AB从x=0到x=2l的过程中回路产生的热量; (3)导体棒AB从x=0到x=2l的过程中通过左端电阻R的电荷量. 【解析】 (1)在t时刻AB棒的坐标为x=vt (1分) 感应电动势sin (1分) 回路总电阻 (1分) 回路感应电流 (1分) 棒匀速运动 (1分) 解得:. (1分) (2)导体棒AB在切割磁感线过程中产生半个周期的正弦交流电 感应
15、电动势的有效值为 (1分) 回路产生的热量 (1分) 通电时间 (1分) 解得:. (1分) mm (2分) (1分) (1分) (3分) . (1分) 【答案】 三 选做题 (10分)11.如图所示,一个被x轴与曲线方程y=0.2sinm)所围的空间中存在着匀强磁场.磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度B=0.2 T.正方形金属线框的边长是L=0.40 m,电阻是R=0.1 ,它的一边与x轴重合,在拉力F的作用下,以v=10 m/s的速度水平向右匀速运动.求拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区? (1)【解析】 线框通过磁场区域的过程如图(1)所示的线框右边ab移到位置、移到位置(左边与ab位置
16、重合)、移到位置三个过程.在ab移到过程,线框切割磁感线的长度就是曲线方程y=0.2sinm)的纵坐标y,设线框右边刚进入磁场的时刻t=0,则线框在0 s时间内产生的电动势E=Byv=0.4sinV)=0.4sinV),逆时针方向的感应电流4sinV),电流为正弦交流电(3分);在右边从位置移到位置过程中,磁通量不变,没有感应电流,即在 s时间内,没有电流(1分); 在右边从移到过程中,即在 s时间内,线框的左边切割磁感线,产生瞬时针方向的电流(1分). (2)若选逆时针方向的电流为正方向,则电流it图象如图(2)所示. 线框通过磁场有正弦电流的时间t=0.06 s(1分), 电流有效值根据拉力做的功等于电路中产生的焦耳热,故W=Q=.06 J=0.048 J(3分). 【答案】 0.048 J