1、10-1交流电的产生及描述 一、选择题1下列四幅图是交流电的图象，其中能正确反映我国居民日常生活所用交流电的是()答案C解析我国居民日常生活所用的是正弦式交流电，其电压的有效值是220V，最大值为311V，周期为0.02s，所以只有C正确2如下图中各图面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度匀速转动，能产生正弦交变电动势eBSsint的图是()答案AC解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为eBSsint，由这一原则判断，A图和C图中感应电动势均为eBSsint；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；D图转动轴与磁场方向平行，
2、而不是垂直3(2011盐城模拟)阻值为1的电阻上通一交变电流，其it关系如上图，则在01s内电阻上产生的热量为()A1J B1.5JC2J D2.8J答案D解析01s内产生的热量为Q(1210.42210.6)J2.8J，故选D.4(2011南昌模拟)如上图所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，边ad在轴OO上，若线圈绕轴匀速转动，产生的交流电动势eEmsint，如果将其转速增加一倍，其他条件保持不变，则电动势的表达式为()Ae2EmsintBe2Emsin2tCeEmsint DeEmsin2t答案B解析设原来转速为n，则角速度2n，感应电动势的峰值EmNBS当转速增加一倍，即为2n时，其角
3、速度22n2此时，感应电动势的峰值EmNBS22Em，可见，此时电动势eEmsint2Emsin2t，故选项B正确5(2011深圳模拟)如上图所示的交流电u311sin(314t/6)V，接在阻值220的电阻两端，则()A电压表的读数为311VB电流表的读数为1.41AC该交流电的频率为50HzD2s内电阻产生的热量是440J答案CD解析本题考查交流电的瞬时表达式、最大值、有效值由uUmsin(t)可知：最大值是311V，频率是50Hz，故有效值是220V，电压表、电流表的读数、计算电功率，用的都是有效值，电压表的读数为220V，电流表的读数为1A，故AB错误6(2011南京模拟)电阻为1的矩
4、形线圈绕垂直于磁场方向的轴，在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如上图所示现把交流电加在电阻为9电热丝上，下列判断正确的是()A线圈转动的角速度100rad/sB在t0.01s时刻，穿过线圈的磁通量为零C电热丝两端的电压UR100VD电热丝的发热功率P1800W答案BD解析由图可以看出该交变电流的周期T0.02s，则角速度100 rad/s，A错t0.01s时刻，电压达到最大，则此时磁通量变化率最大，磁通量为零，B正确电热丝两端电压为路端电压URUV90V，则C错电热丝的发热功率PW1800W，则D正确7.(2011合肥模拟)实验室里的交流发电机可简化为如上图所示的模型，正方
5、形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO轴匀速转动，今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，读出电压表的示数为10V.已知R10，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是()A线圈位于图中位置时，线圈中的瞬时电流为零B从中性面开始计时，线圈中电流瞬时值表达式为isin50t(A)C流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次D电阻R上的热功率等于20W答案BC解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的是交流电线圈位于图中位置时，穿过线圈的磁通量虽然为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的瞬时电流最大，选项A错误；线圈转一圈，两次经过中性面，线圈每经过一次中性面，电流方
6、向改变一次，每秒转25圈，电流方向改变50次，选项C正确；由题意可知，f25Hz，50 rad/s，电压表的示数是有效值，交流电最大值Em10V，ImA，故选项B正确；电阻R上消耗的热功率PR10W，选项D错误8.(2011汕头模拟)如上图所示，电阻为r的矩形线圈面积为S，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动匀强磁场的磁感应强度为B，t0时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则()A滑片P下滑时，电压表的读数不变B图示位置线圈中的感应电动势最大C线圈从图示位置转过180的过程中，流过电阻R的电荷量为D1s内流过R的电流方向改变次答案D解析滑片P下滑时，外电阻增大，电压表的读数
7、变大，选项A错误；图示位置穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零，选项B错误；线圈从图示位置转过180的过程中，流过电阻R的电荷量为，选项C错误；一个周期内两次通过中性面，电流方向改变两次，交流电的频率为，1s内流过R的电流方向改变次，选项D正确二、非选择题9我国南方山区的小水库有丰富的水力资源，有一个水力交流发电机在正常工作时，电动势e310sin50tV，由于洪涝，水库水位暴涨，为加快泄洪，水轮带动发电机的转速增加0.4倍，若其他条件不变，则电动势e_.答案434sin70tV解析据EmaxNBS，2n当n增加0.4倍时，1.4所以Emax1.4Emax1.4310V434V故e434sin
8、70tV10(2011连云港模拟)交流发电机的原理如下图甲所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕OO轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如下图乙所示，已知线圈的电阻为R2.0，求：(1)通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少？(2)矩形线圈转动的周期是多少？(3)线圈电阻上产生的电热功率是多少？(4)保持线圈匀速运动，1min内外界对线圈做的功是多少？答案(1)2.0A(2) 4.0103s(3)4W(4)240J解析(1)由it图可知通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值Im2.0A.(2)矩形线圈转动的周期T4.0103s.(3)由有效值I，线圈电阻上产生的电热功率
9、为PI2RR4W.(4)外界对线圈做功转化成电能再转化成电热，1min内外界对线圈做的功WPt240J.11.如上图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为a，宽度为b，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO匀速转动，沿转轴OO方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t0时刻线圈平面与磁感线垂直(1)表示出线圈经过图示位置时，通过电阻R的感应电流的方向(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式(3)求线圈从t0位置开始到转过90的过程中的平均电动势(4)求线圈从t0位置开始到转
10、过60时的瞬时电流答案(1)自下而上(2)nBabsint (3)(4)解析(1)根据右手定则或楞次定律判断可知，线圈中电流方向是badcb.故流过R的电流是自下而上(2)从中性面开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势EmnBab，所以感应电动势的瞬时值表达式为enBabsint.(3)nn.(4)i12如下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r0.10m、匝数n20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BT，线圈的电阻为R10.50，它的引出线接有R29.
11、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，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)小电珠中电流的最大值；(2)电压表的示数；(3)t0.1s时外力F的大小；(4)在不改变发电装置结构的条件下，要使小电珠的功率提高两倍，可采取什么方法(至少说出两种方法)?答案(1)0.16A(2)1.07V(3)0.128N(4)提高vm用变压器解析(1)由题意及法拉第电磁感应定律知道，由于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最大值为：EmnBlvnB2rvm，电路总电阻为：R1R2，那么
12、小电珠中电流的最大值为ImA0.16A(2)电压表示数为有效值UImR20.169.5V0.76V1.07V(3)当t0.1s也就是T/4时，外力F的大小为FnB2Imvm0.128N.(4)提高vm用变压器13高频焊接是一种常用的焊接方法，如下图(a)所示是焊接的原理示意图将半径r0.10m的待焊接的环形金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以高频变化电流，线圈产生垂直于工件所在平面的匀强磁场，磁场方向垂直于线圈所在平面向里，磁感应强度B随时间t的变化规律如图(b)所示，工件非焊接部分单位长度上的电阻R01.0103m1，焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的9倍焊接的缝宽非常小，不计温度变化对
13、电阻的影响求：(1)02.0102s和2.0102s3.0102s时间内环形金属工件中感应电动势各是多大(2)02.0102s和2.0102s3.0102s时间内环形金属工件中感应电流的大小，并在图(c)中定量画出感应电流随时间变化的it图象(以逆时针方向电流为正)(3)在t0.10s内电流通过焊接处所产生的焦耳热答案(1)3.14V6.28V(2)见解析(3)2.8102J解析(1)根据法拉第电磁感应定律，在02.0102s内，线圈内的感应电动势为E1r2，得E13.14V在2.0102s3.0102s内，线圈内的感应电动势为E2r2解得E26.28V.(2)设环形金属工件总电阻为R，则R2rR092rR020rR06.28103由闭合电路欧姆定律，在02.0102s内的电流为I2500A(电流沿逆时针方向)在2.0102s3.0102s内的电流为I21000A(电流沿顺时针方向)所作it图象如上图所示(3)设焊缝处的接触电阻为R1，环形金属工件中电流的有效值为I，在一个周期内I2R1TIR1 IR1，得I500A设在t0.10s内电流通过焊接处所产生的焦耳热为Q，则QI2R1t而R192rR05.65103，代入解得Q2.8102J