1、温馨提示: 此套题为Word版,请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴,调节合适的观看比例,答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。八交变电流的产生(25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.(多选)下列说法中正确的是()A.交流发电机是把其他形式的能转变为电能的装置B.交流发电机是把电能转变为其他形式能的装置C.交流发电机中电枢和磁极中不动的叫定子,转动的叫转子D.交流发电机利用的是电磁感应原理【解析】选A、C、D。发电机显然是利用了磁场和导体相对运动产生感应电流的原理,即应用了电磁感应原理,把其他形式的能转化为电能,电枢和磁极中转动部分叫转子,固定不动的部分叫定子,A、C
2、、D对,B错。2.如图所示,面积均为S的单匝线圈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e=BSsin t的图像是()【解析】选A。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e=BSsin t,由这一原理可判断,A图中感应电动势为e=BSsin t;B图中的转动轴不在线圈所在平面内;C、D图转动轴与磁场方向平行,而不是垂直。【补偿训练】如图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动,不能产生正弦式交变电流的是()【解析】选C。线圈绕垂直于匀强磁场方向的轴匀速转动,就能产生正弦式交变电流,与线圈的形状和转轴位
3、置无关,故选C。3.(多选)关于中性面,下列说法正确的是()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.线圈经过中性面时,电流方向必改变D.线圈经过中性面时,感应电动势为零【解析】选B、C、D。中性面是与磁场垂直的平面,故磁通量最大,磁通量变化率为零,故A错,B对;因为磁通量变化率为零,故e为零,i为零,电流方向改变,C、D对。4.一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。在转动过程中,线框中的最大磁通量为m,最大感应电动势为Em,下列说法中正确的是()A.当磁通量为零时,感应电动势也为零B.当磁通量减小时,感应电动势也减小C.当磁通量等于
4、0.5m时,感应电动势等于0.5EmD.角速度等于【解析】选D。根据正弦式交变电流的产生及其变化规律,当磁通量最大时,感应电动势为零;当磁通量减小时,感应电动势在增大,磁通量减为零时,感应电动势最大,由此可知A、B错误;设从线框位于中性面开始计时,则有e=Emsin t,式中Em=BS,因m=BS,故角速度=,D正确;设e=0.5Em,则解出t=,此时=BScos=BS=m,C错误。5.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示。则下列说法正确的是()A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直B.t=0.01 s时刻,的变化率最大C.t=0.02 s
5、时刻,交流电动势达到最大D.该线圈相应产生的交流电动势的图像如图乙所示【解析】选B。由题图甲可知,t=0时,通过线圈的磁通量最大,线圈处于中性面位置。t=0.01 s时刻,磁通量为零,但磁通量变化率最大,所以A错误,B正确。t=0.02 s时,交流电动势应为0,C、D均错误。6.如图所示为一矩形线圈abcd,已知ab边长为l1,bc边长为l2,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度从图示位置开始匀速转动,则t时刻线圈中的感应电动势为()A.Bl1l2sintB.Bl1l2costC.Bl1l2sintD.Bl1l2cost【解析】选D。公式e=Emsint只适用于线圈平面从中性面开始计时
6、的情况,若t=0时线圈不在中性面,上述式子就不适用了,题中所给的初始时刻线圈平面与磁感线平行,即与中性面垂直,此时e=Emsin(t+)=Emcost=Bl1l2cost,故选项D正确。【补偿训练】交流发电机在工作时产生的电动势为e=Emsint,若将发电机的角速度提高一倍。同时将线框所围面积减小一半,其他条件不变,则其电动势变为()A.e=EmsinB.e=2EmsinC.e=Emsin2tD.e=sin2t【解析】选C。由题知=2,S=,又由Em=nBS知Em=Em,故e=Em sin t=Emsin 2t,C对。二、非选择题(本题共2小题,共24分)7.(12分)如图所示,矩形线圈abc
7、d的匝数为n=50,线圈ab的边长为l1=0.2 m,bc的边长为l2=0.25 m,在磁感应强度为B=0.4 T的匀强磁场中,绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴匀速转动,转动的角速度=100 rad/s。试求:(1)穿过线圈平面的最大磁通量m。(2)线圈在图示位置(线圈平面与磁感线平行)时,感应电动势e的大小。【解析】(1)穿过线圈平面的最大磁通量 m=BS=Bl1l2=0.40.20.25 Wb=0.02 Wb。(2)线圈在图示位置时电动势达到最大值,此时感应电动势的值为e=Em=nBS=nBl1l2=500.40.20.25100 V=100 V。答案:(1)0.02 Wb(2)100
8、 V【补偿训练】如图所示,线圈abcd的面积是0.05 m2,共100匝;线圈电阻为1 ,外接电阻R=9 ,匀强磁场的磁感应强度为B= T,当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时,求:(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。(2)线圈转过 s时电动势的瞬时值多大?【解析】(1)e=Emsin t=NBS2nsin(2nt)=2sin(2t) V=50sin(10t) V。(2)当t= s时,电动势的瞬时值:e=50sin(10) V43.3 V。答案:(1)e=50sin(10t) V(2)43.3 V8.(12分)如图所示的矩形线圈,ab=40 cm,ad=
9、20 cm,共50匝,在B=0.6 T的匀强磁场中以300转每分的速度绕中心轴OO匀速转动,当t=0时线圈平面与磁场垂直。(1)写出感应电动势瞬时值的表达式;(2)求出当t=0.025 s时感应电动势的瞬时值。 【解析】(1)因为当t=0时线圈平面与磁场垂直,所以感应电动势的瞬时值表达式的形式为e=Emsin t,=10 rad/sEm=nBS=nBabad=24 V则感应电动势的瞬时值表达式是e=Emsin t=24sin (10t) V(2)t=0.025 s时感应电动势的瞬时值为e=12 V。答案:(1)e=24sin (10t) V(2)12 V【补偿训练】如图所示,矩形线圈边长为ab
10、=20 cm,ad=10 cm,匝数N=100匝,磁场的磁感应强度B=0.01 T。当线圈以50 r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动,求:(1)线圈中交变电动势瞬时值表达式;(2)从线圈开始转动起,经0.01 s时感应电动势的瞬时值。【解析】(1)欲写出交变电动势的瞬时值,先求出、Em、0三个要素。线圈旋转角速度为=2f=100 rad/s,感应电动势的最大值为Em=NSB=6.28 V,刚开始转动时线圈平面与中性面夹角0= rad。于是线圈中交变电动势的瞬时值表达式为e=6.28sin(100t+) (V)。(2)把t=0.01 s代入上式,可得,此时感应电动势的瞬时值e=6.28si
11、n(+) V=-3.14 V。答案:(1)e=6.28sin(100t+) (V)(2)-3.14 V(15分钟40分)9.(7分)一个U形金属线框在匀强磁场中绕OO轴以相同的角速度匀速转动,通过导线给同一电阻R供电,如图甲、乙所示。其中甲图中OO轴右侧有磁场,乙图中整个空间均有磁场,两磁场磁感应强度相同。则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为()A.1B.12 C.14D.11【解析】选A。题图甲中的磁场只在OO轴的右侧,所以线框只在半周期内有感应电流产生,如图(a),电流表测的是有效值,所以I=;题图乙中的磁场布满整个空间,线框中产生的感应电流如图(b),所以I=,则II=1,即A正确。【补
12、偿训练】如图所示,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,则图中能表示线圈内感应电流随时间变化规律的是()【解析】选B。在0内,ab一侧的线圈在磁场中绕OO轴转动产生正弦式交变电流,电流方向由楞次定律判断为dcba且越来越大。内,ab一侧线圈在磁场外,而dc一侧线圈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。【总结提升】判断交变电流图像的两个要点(1)要记住在两个特殊位置感应电动势的瞬时值,即中性面位置
13、e=0;线圈平面与磁感线平行的位置e=Em=nBS。(2)确定线圈是从哪个位置开始计时的,从而确定电动势的瞬时值表达式是正弦形式还是余弦形式。10.(7分)图甲是小型交流发电机的示意图,在匀强磁场中,一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈内阻为10 ,外接一只电阻为90 的灯泡,不计电路的其他电阻,则()A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直B.每秒钟内电流方向改变100次C.灯泡两端的电压为22 VD.00.01 s时间内通过灯泡的电荷量为0【解析】选B。由题图乙电动势随时间变化的正弦规律图像可知:计时起点e=0,即从中性面开始计时
14、,A错误;由图像可知:电动势周期为0.02 s,所以频率为50 Hz,即每秒钟内电流方向改变100次,B正确;由图像可知:电动势的有效值为22 V,所以灯泡两端的电压为U=22 V=19.8 V,C错误;00.01 s时间内通过灯泡的电流均为正方向,所以电荷量不为0,D错误。【补偿训练】如图所示为发电机结构示意图,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,其表面呈半圆柱面状。M是圆柱形铁芯,它与磁极柱面共轴,铁芯上绕有矩形线框,可绕与铁芯共轴的固定轴转动。磁极与铁芯间的磁场均匀辐向分布,从图示位置开始计时,当线框匀速转动时,图中能正确反映线框产生的感应电动势e随时间t变化规律的是()【解析】选D。矩形线
15、框在均匀辐向磁场中转动,v始终与B垂直,由E=Blv知E大小不变,方向周期变化,故D正确。11.(7分)(多选)有一种自行车,它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机,其原理示意图如图甲所示;图中N、S是一对固定的磁极,磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈,转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮。如图乙所示,当车轮转动时,因摩擦而带动摩擦轮转动,从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电。关于此装置,下列说法正确的是()A.自行车匀速行驶时线圈中产生的是交流电B.小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关C.知道摩擦轮和后轮的半径,就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数D.线圈匝数越多,穿
16、过线圈的磁通量的变化率越大【解析】选A、C。摩擦轮带动线圈在磁场中绕垂直于磁感线的轴转动,产生交流电,故A正确;行驶速度会影响感应电动势的大小,所以影响灯泡的亮度,故B错误;摩擦轮和后轮属于皮带传动,具有相同的线速度,如果知道了半径关系,就能知道角速度关系,也就能知道转速关系,故C正确;线圈匝数不影响穿过线圈的磁通量的变化率的大小,故D错误。12.(19分)如图甲所示,长、宽分别为L1、L2的矩形金属线框位于竖直平面内,其匝数为n,总电阻为r,可绕其竖直中心轴O1O2转动。线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起,并通过电刷和定值电阻R相连。线框所在空间有水平向右均匀分
17、布的磁场,磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示,其中B0、B1和t1均为已知量。在0t1的时间内,线框保持静止,且线框平面和磁场垂直;t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度匀速转动。求:(1)0t1时间内通过电阻R的电流大小;(2)线框匀速转动后,在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量;(3)线框匀速转动后,从图甲所示位置转过90的过程中,通过电阻R的电荷量。【解析】(1)0t1时间内,线框中的感应电动势E=n=根据闭合电路欧姆定律可知,通过电阻R的电流I=。(2)线框产生感应电动势的最大值:Em=nB1L1L2感应电动势的有效值E=nB1L1L2通过电阻R的电流的有效值I=线框转动一周所需的时间t=此过程中,电阻R产生的热量Q=I2Rt=R()2。(3)线框从图甲所示位置转过90的过程中,平均感应电动势=n=平均感应电流=通过电阻R的电荷量q=t=答案:(1)(2)R()2(3)关闭Word文档返回原板块