人教版 (2019)第三章 交变电流综合与测试练习

第三章　交变电流

专题强化练8　交变电流的产生、描述的综合应用

一、选择题

1.(2020福建泉州高二上月考,)一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电流的图像如图所示,由图可以知道(　　)

A.0.01 s时刻线圈处于中性面

B.0.01 s时刻穿过线圈的磁通量最大

C.该交变电流的有效值为2 A

D.一个周期内该交变电流的平均值为零

2.(2020重庆巴蜀中学高三月考,)一个矩形线圈在匀强磁场中转动,产生交流电动势的瞬时值表达式为e=220 sin 100πt(V),则下列说法中正确的是(　　)

A.当t=0时,线圈平面与中性面垂直

B.当t= s时,穿过线圈的磁通量等于零

C.该交变电流能让标识为“300 V,5 μF”的电容器正常工作

D.若线圈转速n提高1倍,其他条件不变,则感应电动势的变化规律将变为e=440 sin 100πt(V)

3.(2020吉林吉化第一高级中学高二上期中,)如图甲所示为一台小型发电机构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示。发电机线圈内阻为1 Ω,外接灯泡的电阻为9 Ω恒定不变,则下列说法中正确的是(　　)

甲

乙

A.电压表的示数为6 V

B.发电机的输出功率为4 W

C.在1.0×10-2 s时刻,穿过线圈的磁通量最大

D.在1.0×10-2 s时刻,穿过线圈的磁通量变化率最大

4.(2020山东潍坊高二上期中,)如图所示,电阻R1与R2阻值相等,D为理想二极管(正向电阻为零,反向电阻无穷大),在A、B间加一正弦式交变电流u=10 sin 100πt(V),则理想电压表V的示数为(　　)

A.3.5 V B.2.5 V C.5 V  D.7.1 V

5.(2019黑龙江哈尔滨三中高三模拟,)如图所示,边长为L、电阻为R的等边三角形单匝金属线圈abc从图示位置开始绕轴EF以角速度ω匀速转动,EF的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,右侧没有磁场,下列说法正确的是(　　)

A.图示位置线圈的磁通量最大,磁通量的变化率也最大

B.从图示位置转出磁场的过程中,线圈中产生逆时针方向的感应电流

C.线圈中产生的感应电动势的最大值为

D.转动一周,外力做功的功率为

二、非选择题

6.(2020重庆高三月考,)一台小型发电机产生的感应电动势随时间变化的图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0 Ω,若外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡,如图乙所示。求:

甲

乙

(1)电压表的示数;

(2)发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热;

(3)若发电机线圈是单匝线圈,穿过线圈的最大磁通量。

答案全解全析

1.D　由题图可知,在0.01 s时产生的感应电流最大,此时线圈与中性面垂直,穿过线圈的磁通量为零,选项A、B错误;该交变电流的有效值为I== A=2 A,选项C错误;在一个周期内,穿过线圈的总磁通量的变化量为0,由法拉第电磁感应定律可知,一个周期内的平均感应电动势为0,则平均电流也等于0,选项D正确。

2.B　t=0时,感应电动势为零,线圈平面与磁场方向垂直,故线圈处于中性面,选项A错误;当t= s时,e=220 sin 100π× V=220 V,感应电动势最大,线圈平面与中性面垂直,穿过线圈的磁通量等于零,选项B正确;300 V是电容器的击穿电压,而该交流的电压最大值是220 V=311 V,所以此交变电流不可以使“300 V,5 μF”的电容器正常工作,选项C错误;感应电动势的瞬时值表达式为e=220 sin 100πt(V),当线圈的转速提高一倍时,由ω=2πn,Em=NBSω,可知Em和ω都增加一倍,表达式为e=440 sin 200πt(V),选项D错误。

3.C　由题图乙可知感应电动势最大值Em=6 V,则有效值E=6 V,电压表示数U=R=×9 V=5.4 V,选项A错误;灯泡消耗的功率即发电机的输出功率,故由功率公式可知P== W=3.24 W,故发电机输出功率为3.24 W,选项B错误;在1.0×10-2 s时刻,感应电动势为零,说明穿过线圈的磁通量最大,此时穿过线圈的磁通量变化率为零,选项C正确,D错误。

4.B　将交变电流分两段分析:(1)当电压在正半轴时,A点电势高于B点电势,二极管导通,R1被短路,R1两端电压为U1=0;(2)电压在负半轴时,B点电势高于A点电势,二极管截止,R1、R2串联分压,R1两端电压的有效值为U2=×= V。利用焦耳定律求有效值,有0+×=T,得U=2.5 V,故A、C、D错误,B正确。

5.C　在图示位置线圈的磁通量最大,磁通量的变化率最小,选项A错误。从图示位置转出磁场的过程中,穿过线圈的磁通量减少,根据楞次定律结合安培定则可知,线圈中产生顺时针方向的感应电流,选项B错误。线圈中产生的感应电动势的最大值为Em=NBSω=B·L2·ω=,选项C正确。外力做的功转化为线圈的焦耳热,由于线圈匀速转动,所以外力的功率等于线圈的热功率,故P=I2R=;又EF右侧没有磁场,可知线圈在转动一周的时间内有一半时间没有感应电流,线圈产生的交变电流的有效值等于峰值的一半,所以P=,选项D错误。

6.答案　(1)147.8 V　(2)12.17 J　(3)0.70 Wb

解析　(1)电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由题图甲知感应电动势的最大值Em=220 V,则有效值E=110 V,灯泡两端的电压U==147.8 V。

(2)电路中的电流I==1.56 A

发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q=I2rt=1.562×5×1 J=12.17 J

(3)Em=NBSω=Φmω=220 V

由题图知T=0.02 s,则ω==100π rad/s

穿过线圈的最大磁通量Φm==0.70 Wb