課時(shí)作業(yè)29交變電流的產(chǎn)生及描述 時(shí)間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(8×864)1下圖中不屬于交變電流的是( )解析：根據(jù)交變電流的定義，大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流是交變電流，A、B、C圖中電流的大小、方向均隨時(shí)間做周期性變化，是交變電流，D圖中電流的方向不變，為直流電答案：D圖12小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖1所示此線圈與一個(gè)R10 的電阻構(gòu)成閉合電路，不計(jì)電路的其他電阻下列說(shuō)法正確的是()A交變電流的周期為0.125 sB交變電流的頻率為8 HzC交變電流的有效值為 AD交變電流的最大值為4 A解析：由圖可知交變電流的周期T0.250 s，頻率f4 Hz，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；交變電流的有效值IA A，故選項(xiàng)C正確；交變電流的最大值Im A2 A，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案：C3如下圖中各圖面積均為S的線圈均繞其對(duì)稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢(shì)eBSsint的圖是()解析：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸(軸在線圈所在平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的正弦交變電動(dòng)勢(shì)為eBSsint，由這一原則判斷，A圖和C圖中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為eBSsint；B圖中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不在線圈所在平面內(nèi)；D圖轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁場(chǎng)方向平行，而不是垂直答案：AC4一單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，線框中的最大磁通量為m，最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em，下列說(shuō)法中正確的是()A當(dāng)磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零B當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也減小C當(dāng)磁通量等于0.5m時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于0.5EmD角速度等于Em/m解析：根據(jù)正弦式電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律：當(dāng)磁通量最大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在增大；磁通量減為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大由此可知A、B項(xiàng)錯(cuò)誤設(shè)從線框位于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，則有eEmsint，式中EmBS.因mBS，故角速度，D項(xiàng)正確設(shè)e0.5Em，則解出t/6.此時(shí)B·ScosBSm，所以C項(xiàng)錯(cuò)答案：D圖25.如圖2所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形線圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場(chǎng)方向，線圈電阻為2.從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的感應(yīng)電流為1 A那么()A線圈消耗的電功率為4 WB線圈中感應(yīng)電流的有效值為2 AC任意時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e4costD任意時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為sint解析：從線圈平面平行于磁感線開(kāi)始計(jì)時(shí)，正弦交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一般表達(dá)式為eEmcos，且該式的成立與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān)(轉(zhuǎn)軸平行于磁感線的情況除外)，則感應(yīng)電流icos，由題給條件有：1×，Em4V，則Im2A，I有效A，電功率PI有效2R4W，所以A正確，B錯(cuò)誤e4cost4cost，即C正確由EmBSm.得m，故sint，即D錯(cuò)誤答案：AC6一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖3甲所示已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0 ，現(xiàn)外接一只電阻為95.0 的燈泡，如圖乙所示，則()圖3A電壓表V 的示數(shù)為220 VB電路中的電流方向每秒鐘改變50次C燈泡實(shí)際消耗的功率為484 WD發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2 J解析：電動(dòng)勢(shì)的有效值為E V220 V，所以電流的有效值IA2.2 A，所以電壓表的示數(shù)為UIR2.2×95.0 V209 V，選項(xiàng)A錯(cuò)；交流電的頻率為f50 Hz，每個(gè)周期內(nèi)電流方向改變2次，故每秒鐘內(nèi)電流方向改變100次，選項(xiàng)B錯(cuò)；燈泡實(shí)際消耗的功率為P燈I2R2.22×95.0 W459.8 W，故選項(xiàng)C錯(cuò)；發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為QI2rt2.22×5.0×1 J24.2 J，選項(xiàng)D對(duì)答案：D圖47(2020·杭州模擬)如圖4所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)0.2 m的正方形線圈abcd，其匝數(shù)為n10、總電阻為r2 ，外電路的電阻為R8 ，ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線OO恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線上，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T，若線圈從圖示位置開(kāi)始，以角速度2 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則以下判斷中正確的是()A在t時(shí)刻，磁場(chǎng)穿過(guò)線圈的磁通量為零，但此時(shí)磁通量隨時(shí)間變化最快B閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式e0.8 sin2t VC從t0時(shí)刻到t時(shí)刻，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q3.2×104 JD從t0時(shí)刻到t時(shí)刻，通過(guò)R的電荷量q0.02 C解析：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，EmnBS0.4 V，B錯(cuò)當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)磁通量變化最快，A正確QRI2Rt2Rt1.6×103 J，C錯(cuò)qn002 C，D正確答案：AD圖58如圖5所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說(shuō)法正確的是()A線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為32B兩種情況在0.3 s內(nèi)通過(guò)線圈的磁通量之比為11C兩種情況在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比QaQb32D兩種情況在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比QaQb94解析：兩種情況TaTb23，fafb32，線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為32，選項(xiàng)A正確兩種情況下在0.3 s內(nèi)磁通量的變化量不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤交流電的最大值EmNBS，電動(dòng)勢(shì)最大值之比為32.Qt，兩種情況在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱之比QaQb94，選項(xiàng)D正確答案：AD二、計(jì)算題(3×1236)9用均勻?qū)Ь€彎成正方形閉合線框abcd，線框每邊長(zhǎng)10 cm，每邊的電阻值為0.1 .把線框放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0.1 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并使它繞軸O1O2以100 rad/s的角速度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向如圖6所示(沿O2O1由O2向O1看為順時(shí)針?lè)较?已知O1、O2兩點(diǎn)分別在ad和bc上，軸O1O2在線框平面內(nèi)，并且垂直于B，O1d3O1a，O2c3O2b.圖6(1)當(dāng)線框平面轉(zhuǎn)至和B平行的瞬時(shí)(如圖6所示位置)每個(gè)邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小各是多少？線框內(nèi)感應(yīng)電流的大小是多少？方向如何？(2)求線框由圖所示位置旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)的大?。?3)線框旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)產(chǎn)生的熱量為多少？解析：(1)令L表示正方形線框的邊長(zhǎng)，R表示其每邊的電阻值，則L0.1 m，R0.1 ，設(shè)此時(shí)cd段感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E1，ab段感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E2，則E1BLv13BL2/40.075 VE2BLv2BL2/40.025 Vda段和bc段不切割磁感線，所以它們的電動(dòng)勢(shì)都是零線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EE1E20.1 V線框中的感應(yīng)電流為IE/(4R)0.25 A根據(jù)楞次定律或右手定則，可判斷電流方向沿dcbad(2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線框由圖所示位置旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)的大小，E V0.083 V(3)線框旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的熱量為Q()2R總T()24R2.5×104 J7.85×104 J答案：(1)Ecd0.075 VEab0.025 VEdaEbc0I0.25 A方向沿dcbad(2)0.083 V(3)7.85×104 J圖710如圖7所示，矩形線圈abcd在磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO以角速度10 rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈共10匝，每匝線圈的電阻值為0.5 ，ab0.3 m，bc0.6 m，負(fù)載電阻R45 .求(1)電阻R在0.05 s內(nèi)發(fā)出的熱量；(2)電阻R在0.05 s內(nèi)流過(guò)的電荷量(設(shè)線圈從垂直中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng))解析：(1)矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生正弦交變電流，電動(dòng)勢(shì)的峰值為EmnBS10×2×0.3×0.6×10113.04 V，電流的有效值I1.60 AQI2Rt5.76 J(2)矩形線圈旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值En72 V，電流的平均值I1.44 A；0.05 s內(nèi)電路流過(guò)的電荷量qIt0.072 C.答案：(1)5.76 J(2)0.072 C11曾經(jīng)流行過(guò)一種自行車車頭燈供電的小型交流發(fā)電機(jī)，圖8甲為其結(jié)構(gòu)示意圖圖中N、S是一對(duì)固定的磁極，abcd為固定轉(zhuǎn)軸上的矩形線框，轉(zhuǎn)軸過(guò)bc邊中點(diǎn)，與ab邊平行，它的一端有一半徑r01.0 cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊緣相接觸，如圖8乙所示當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因摩擦而帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使線框在磁極間轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)線框由N800匝導(dǎo)線圈組成，每匝線圈的面積S20 cm2，磁極間的磁場(chǎng)可視作勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.010 T，自行車車輪的半徑R135 cm，小齒輪的半徑R24.0 cm，大齒輪的半徑R310.0 cm.現(xiàn)從靜止開(kāi)始使大齒輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，問(wèn)大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值U3.2 V？(假設(shè)摩擦小輪與自行車車輪之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng))圖8解析：當(dāng)自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)摩擦小輪使發(fā)電機(jī)的線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中產(chǎn)生一正弦交流電動(dòng)勢(shì)，旋轉(zhuǎn)線框與摩擦小輪角速度相等，而摩擦小輪又與車輪線速度相等(自行車車輪與摩擦小輪之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng))，車輪又與小齒輪角速度相等，最終小齒輪與大齒輪邊緣的線速度相等，由此得解答案：旋轉(zhuǎn)線框產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值EmNBS0式中0為線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，即摩擦小輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度發(fā)電機(jī)兩端電壓的有效值UEm/2設(shè)自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為1，有R11r00小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同，均為1，設(shè)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，有R3R21由以上各式解得(UR2r0)/(NBSR3R1)代入數(shù)據(jù)得3.2 rad/s.