1、专题79交变电流的产生和描述1交变电流的产生往往与交变电流图象结合出题，要能将交变电流的图象与线圈的转动过程一一对应起来，分析电流、电动势、磁通量的变化规律.2.交流电气设备上所标的电压和电流值、交流电压表和电流表的测量值都是交变电流的有效值，只有正弦式交变电流的峰值才是有效值的倍1.(2020百师联盟模拟四)某发电机的原理简图如图1所示，线圈按图示方向匀速转动以下说法正确的是()图1A线圈经过图示位置时穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率为零B线圈从图示位置转过90后，小灯泡中的电流方向发生变化，电流逐渐变大C线圈转动两周，电流的方向改变2次D从线圈经过图示位置开始计时，则电动势e随时间变化
2、的规律为eEsin t答案B解析线圈位于题图位置时，与中性面垂直，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，A错误；线圈垂直于题图位置时，处于中性面，电流的方向要发生改变，电流的大小从零开始逐渐变大，B正确；线圈转动两圈，电流的方向改变4次，故C错误；线圈从题图位置开始计时，即从垂直中性面位置开始计时，电动势e随时间变化的规律为eEcos t，D错误2(多选)(2020广东广州市阶段检测)在同一匀强磁场中，两个相同的矩形金属线圈a、b分别绕线圈平面内且与磁场垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的图象如图2所示，则()图2A线圈a的转速是b的3倍B线圈b产生的电动势最大值为10 VCt0.0
3、1 s时，线圈a恰好经过中性面Dt0.03 s时，线圈b恰好经过中性面答案BD解析由题图可知，则线圈a、b的转速之比为32，故A错误；由于感应电动势最大值为EmNBSNBS2n，则，由题图可知，a线圈产生的感应电动势最大值为15 V，则b线圈产生的感应电动势最大值为10 V，故B正确；由题图可知，t0.01 s时，线圈a中感应电动势最大，则此时线圈a位于垂直中性面的位置，故C错误；t0.03 s时，线圈b中感应电动势为0，则此时线圈b恰好经过中性面，故D正确3(2020百师联盟模拟四)如图3所示为一个单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时产生的正弦式交变电流的波形图，若只将线圈
4、的转速变为原来的2倍，则()图3A峰值变为20 AB周期变为0.4 sC转速变为100 r/sD提高转速前，在t0.05 s到t0.1 s时间内，穿过线圈的磁通量逐渐增大答案A解析由题图可知电流的瞬时表达式可表示为icos t，则峰值为10 A，周期为0.2 s，转速n5 r/s，当转速变为原来的2倍时，则角速度变为原来的2倍，周期变为原来的一半，峰值变为原来的2倍，即峰值变为20 A，A正确；周期变为0.1 s，B错误；转速变为10 r/s，C错误；提高转速前，t0.05 s到t0.1 s时间内，电流逐渐增大，穿过线圈的磁通量逐渐减小，但变化率变大，D错误4.(2020甘肃威武市三诊)如图4
5、所示，矩形线圈处在磁感应强度大小为B、方向水平向右的匀强磁场中，线圈通过电刷与定值电阻R及理想电流表相连接，线圈绕中心轴线OO以恒定的角速度匀速转动，t0时刻线圈位于与磁场平行的位置已知线圈的匝数为n，面积为S，阻值为r.则下列说法正确的是()图4At0时刻流过电阻R的电流方向向左B线圈中感应电动势的瞬时表达式为enBSsin tC线圈转动的过程中，电阻R两端的电压为D从t0时刻起，线圈转过60时电阻R两端的电压为答案D解析t0时刻线圈与磁场方向平行，即线框的速度与磁场方向垂直，由右手定则可知，流过电阻R的电流方向向右，故A错误；从线圈与中性面垂直的位置开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化
6、，且最大感应电动势EmnBS，所以感应电动势的瞬时值表达式为enBScos t，故B错误；线圈转动的过程中，最大感应电动势EmnBS，则产生的感应电动势的有效值为EnBS，因此电阻R两端的电压为U，故C错误；线圈从t0开始转过60时，电阻R两端的电压为UR，故D正确5(多选)(2020安徽十校联盟检测)如图5甲所示，小型交流发电机的单匝矩形金属线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，线圈与一个阻值为R9 的电阻构成闭合电路，线圈的电阻r1 .从中性面开始计时，线圈中产生的感应电动势随时间按正弦规律变化(如图乙所示)，则下列说法正确的是()图5A线圈的转速为2.5 r/minB电压表的示数为9
7、VC通过线圈的最大磁通量为 WbD从中性面转过90通过电阻R的电荷量为 C答案BC解析线圈的转速n r/s2.5 r/s，故A错误；电动势的峰值Em20 V，其有效值E10 V，电压表的示数为U9 V，故B正确；电动势峰值表达式EmNmNm，解得m Wb Wb，故C正确；根据电磁感应电荷量的推论公式得q C，故D错误6.(2020山东日照市校际联考)电阻为R的单匝闭合金属线框，在匀强磁场中绕着与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图6所示下列判断正确的是()图6A.时刻线框平面与中性面平行B穿过线框的磁通量最大为C线框转一周外力做的功为D从t到t的过程中，线框的平均感应电动势为答案
8、B解析由题图知时e最大，磁通量为零，线框平面垂直于中性面，A错误；由，最大电动势E0nBS，故mBS，故B正确；转动一周外力做功WQT，而E，解得WT，故C错误；从到T，平均电动势，故D错误7.(多选)如图7所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R，线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动，从图示位置开始计时下列说法正确的是()图7A当转过60时，感应电动势的瞬时值为B当转过60时，感应电流的瞬时值为C在转过60的过程中，感应电动势的平均值为D在转过90的过程中，感应电流的有效值为答案ACD解析因为线框从中性面开始
9、计时，所以感应电动势的瞬时值表达式为eBSsin t，转过60时，感应电动势的瞬时值e0BSsin 60BS，感应电流的瞬时值为i0，故A正确，B错误；转过60的时间为t，磁通量变化量21BScos 60BSBS，感应电动势的平均值为|，故C正确；感应电流的最大值为Imax，感应电流的有效值I，故D正确8(2020百师联盟模拟四)利用半导体二极管的单向导电性，可以对交变电流进行整流，将交变电流变为直流，一种简单的整流电路如图8甲所示，ab为交变电流信号输入端，D为半导体二极管，R为定值电阻信号输入后，电阻R两端输出的电压信号如图乙所示，则关于该输出信号，下列说法正确的是()图8A频率为100
10、HzB电压有效值为50 VC一个标有“90 V30 F”的电容器并联在电阻R两端，可以正常工作D若电阻R10 ，则1 min内R产生的热量为1.5104 J答案D解析由图乙可知，该电压的周期为0.02 s，故频率为50 Hz，A错误；由电流的热效应知，一个周期内电阻产生的热量0.01 s0.02 s，故电压有效值为U有50 V，B错误；电容器两端的瞬时电压不应超过标称电压，C错误；电阻R产生的热量应使用电压的有效值进行计算，故产生的热量为Qt1.5104 J，D正确9(多选)(2020河北邯郸市期末)交流发电机的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴逆时针匀速转动，每秒转动10转，线圈从图9所示位置开始
11、计时，电流表的示数为1 A已知线圈匝数为500匝，线圈内阻r1.0 ，外接电阻R9.0 .以下判断正确的是()图9A图示时刻交变电流方向为ADCBAB通过线圈磁通量的最大值为103 WbCt s时线圈磁通量的变化率为 Wb/sDt s时外接电阻R所消耗的电功率为10 W答案AB解析由右手定则可知，图示时刻电流方向为ADCBA，故A正确电动势的有效值：EI(Rr)1(9.01.0) V10 V，电动势的峰值：EmE10 V，感应电动势峰值：EmNBS，通过线圈磁通量的最大值mBS，代入数据解得：m103 Wb，故B正确线圈做圆周运动的角速度2n20 rad/s，从图示位置开始计时，电动势的瞬时值
12、表达式eEmsin (t90)Emcos t10cos 20t(V)，t s时，感应电动势瞬时值：e10 V，此时磁通量的变化率 Wb/s，故C错误求电功率应用有效值，t s时外接电阻R所消耗的电功率PI2R()2R()29 W9 W，故D错误10(多选)(2020四川成都市第二次诊断)图10(a)为一交流发电机示意图，线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴OO沿顺时针方向匀速转动，图(b)是该发电机的电动势e随时间t按余弦规律变化的图象已知线圈电阻为2.5 ，定值电阻R10 ，电表均为理想交流电表由此可以判定()图10A电流表读数为0.8 AB电压表读数为10 VCt0.1 s时刻，穿过线圈的磁通
13、量为零D00.05 s内，通过电阻R的电荷量为0.08 C答案AC解析电动势有效值为E10 V，电流表的读数I A0.8 A，电压表读数UIR8 V，选项A正确，B错误；t0.1 s时刻，感应电动势最大，此时穿过线圈的磁通量为零，选项C正确；00.05 s内，通过电阻R的电荷量为qt，则q C C0.036 C，选项D错误11(多选)(2020湖北武汉市质量检测)如图11(a)所示，在匀强磁场中，一电阻均匀的正方形单匝导线框abcd绕与磁感线垂直的转轴ab匀速转动，线圈产生的交变电动势随时间变化的规律如图(b)所示，若线框总电阻为5 ，则()图11Acd边两端电压的有效值为16.5 VB当线框
14、平面与中性面的夹角为45时，线框产生的电动势的大小为22 VC在00.01 s时间内，通过线框某一横截面的电荷量为4.4102 CD线框转动一周产生的焦耳热为3.87 J答案AB解析根据电动势随时间的变化曲线可得，该电动势的瞬时值e22sin t(V)22sin 100t(V)，则该电动势的有效值为E22 V，cd边两端电压的有效值为UcdE16.5 V，A正确；当线框平面与中性面的夹角为45，即t时，线框产生的电动势为e22 V，B正确；由题图(b)可得交流电的周期为T0.02 s，在00.01 s时间内，即半个周期内，通过线框某一横截面的电荷量为qt，EmBS22 V，则BS Tm2，q
15、C4.0102 C，C错误；该交变电流的有效值为I4.4 A，根据焦耳定律可得，线框转动一周产生的焦耳热为QI2RT1.936 J，D错误12(多选)(2020湖北黄冈中学模拟)如图12甲所示是一种振动发电装置的示意图，半径为r0.1 m、匝数n20的线圈位于辐向分布的磁场中，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)，线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B T，线圈电阻为R10.5 ，它的引出线接有R29.5 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，线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计)，则()图12A小电珠中电流的峰值为0.16 AB小电
16、珠中电流的有效值为0.16 AC电压表的示数约为1.5 VDt0.1 s时外力的大小为0.128 N答案AD解析由题意及法拉第电磁感应定律知道，线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势的大小符合正弦曲线变化规律，线圈中的感应电动势的峰值为EmnBlvnB2rvm，故小电珠中电流的峰值为Im A0.16 A，选项A正确，B错误；电压表示数为UR21.07 V，选项C错误；当t0.1 s也就是时，外力的大小为FnB2rIm0.128 N，选项D正确13(多选)(2020河南洛阳市一模)如图13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边以角速度匀速转动，其线圈中感应电
17、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.则()图13A. 从图中位置开始计时，感应电动势瞬时表达式为eEmsin tB. 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. 增大角速度时，灯泡A1变暗，A2变亮答案AB解析题图中位置，线圈处于中性面位置，磁通量最大，感应电动势为零，闭合电路中感应电动势的瞬时表达式eEmsin t，而EmNBS，则穿过线圈的最大磁通量BS，故A、B正确；从题图中位置开始计时，四分之一周期内，磁通量变化量BS，则通过干路的电荷量qN，本题中总电阻无法确定，故通过灯泡A1的电荷量无法确定
18、，故C错误；根据电动势最大值公式EmNBS，增大线圈转动角速度时，频率变大，感应电动势的峰值Em变大，同时由于电感线圈对交流电有阻碍作用，交流电的频率越大，阻碍作用越大，而电容器对交流有阻碍，交流电频率越大，阻碍越小，故灯泡A1变亮，但由于感应电动势变大，故灯泡A2明亮程度未知，故D错误14.(多选)(2020湖北荆门市1月调考)如图14所示，固定平行的长直导轨M、N放置于匀强磁场中，导轨间距L1 m，磁场磁感应强度B5 T，方向垂直于导轨平面向下，导体棒与导轨接触良好，驱动导体棒使其在磁场区域运动，速度随时间的变化规律为v2sin 10t(m/s)，导轨与阻值为R9 的外电阻相连，已知导体棒的电阻为r1 ，不计导轨与电流表的电阻，则下列说法正确的是()图14A导体棒做切割磁感线运动，产生频率为5 Hz的正弦交流电B导体棒产生的感应电动势的有效值为10 VC交流电流表的示数为0.5 AD0时间内R产生的热量为0.45 J答案AD解析据题意，速度变化规律为v2sin 10t(m/s)，则产生的电动势为EBLv10sin 10t(V)，即产生频率为f Hz5 Hz的正弦交流电，电动势峰值为Em10 V，则导体棒电动势的有效值E5 V，故A正确，B错误；电流表示数I A A，故C错误；交流电的周期T0.2 s，在0内电阻R上产生热量QI2R()290.1 J0.45 J，故D正确
