課時(shí)跟蹤檢測(cè)（十） 交變電流的產(chǎn)生

課時(shí)跟蹤檢測(cè)（十）交變電流的產(chǎn)生A組—重基礎(chǔ)·體現(xiàn)綜合1．關(guān)于交流發(fā)電機(jī)的下列敘述正確的是()A．交流發(fā)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B．交流發(fā)電機(jī)由兩部分組成，即定子和轉(zhuǎn)子，線圈必須旋轉(zhuǎn)，成為轉(zhuǎn)子，才能在線圈中產(chǎn)生交變電流C．交流發(fā)電機(jī)線圈中產(chǎn)生交變電流，輸送到外電路的也是交變電流D．在交流發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，線圈中的每一條邊都切割磁感線解析：選C交流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故A錯(cuò)誤；交流發(fā)電機(jī)由兩部分組成，即定子和轉(zhuǎn)子，線圈既可以做定子，也可以做轉(zhuǎn)子，只要定子和轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)就可以產(chǎn)生交流電，故B錯(cuò)誤；交流發(fā)電機(jī)線圈中產(chǎn)生交流電，輸送到外電路的也是交流電，故C正確；在交流發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，并不是線圈的每一條邊都切割磁感線，故D錯(cuò)誤。2．(多選)某小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)為e＝50sin100πtV。對(duì)此電動(dòng)勢(shì)，下列表述正確的有()A．最大值是50eq\r(2)V B．頻率是100HzC．有效值是25eq\r(2)V D．周期是0.02s解析：選CD由交變電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式可知，電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝50V，則有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝25eq\r(2)V，周期T＝eq\f(2π,ω)＝0.02s，頻率f＝eq\f(1,T)＝50Hz，所以選項(xiàng)C、D正確。3.如圖所示，在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若要使線圈中的電流峰值減半，不可行的方法是()A．只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B．只將線圈的匝數(shù)減半C．只將勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半D．只將線圈的邊長(zhǎng)減半解析：選B由Im＝eq\f(Em,R)，Em＝NBSω，ω＝2πn，得Im＝eq\f(NBS·2πn,R)，故A、C可行；又電阻R與匝數(shù)有關(guān)，當(dāng)匝數(shù)減半時(shí)電阻R也隨之減半，則Im不變，故B不可行；當(dāng)邊長(zhǎng)減半時(shí)，面積S減為原來(lái)的eq\f(1,4)，而電阻減為原來(lái)的eq\f(1,2)，故D可行。4．如圖所示，形狀或轉(zhuǎn)軸位置不同，但面積均為S的單匝線圈處在同一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以相同的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示的位置開始計(jì)時(shí)，則下列說(shuō)法正確的是()A．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值不同B．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值不同C．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值、瞬時(shí)值都不同D．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值、瞬時(shí)值都相同解析：選D感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為Em＝BSω，A錯(cuò)誤；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e＝Emsinωt，與轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān)，圖中都從中性面位置開始計(jì)時(shí)，故瞬時(shí)值相同，D正確，B、C錯(cuò)誤。5.如圖所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線圈平面與磁場(chǎng)夾角為零時(shí)(圖示位置)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎t選項(xiàng)圖中正確的是()解析：選D從題圖可看出線圈從垂直于中性面的位置開始旋轉(zhuǎn)，由右手定則可判斷，初始時(shí)刻(t＝0)電流方向?yàn)閎→a，為負(fù)方向，故電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝－Imcosωt，可知D項(xiàng)正確。6．(多選)某小型旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的交流電電動(dòng)勢(shì)為110V，頻率為60Hz，要使它產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)變?yōu)?20V、頻率變?yōu)?0Hz，需要調(diào)整線圈的轉(zhuǎn)速n、匝數(shù)N或磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。下列調(diào)整合適的是()A．使n變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(6,5)，B變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，N不變B．使n變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(5,6)，B變?yōu)樵瓉?lái)的2.4倍，N不變C．使n變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(6,5)，N變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，B不變D．使n變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(5,6)，N變?yōu)樵瓉?lái)的2.4倍，B不變解析：選BD根據(jù)題意，調(diào)整前有Em＝2πnNBS＝110eq\r(2)V，n＝60r/s；若使n變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(6,5)，則頻率變?yōu)?2Hz，所以選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；若使n變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(5,6)，則頻率變?yōu)?0Hz，再將B變?yōu)樵瓉?lái)的2.4倍，而N不變，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值變?yōu)閑q\f(5,6)×2.4×2πnNBS＝220eq\r(2)V，有效值為220V，選項(xiàng)B正確；同理，可知選項(xiàng)D正確。7.(多選)某線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交變電流的圖像如圖所示，由圖中信息可以判斷()A．在A和C時(shí)刻線圈處于中性面位置B．在B和D時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零C．從A→D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為eq\f(3,2)πD．若從O→D時(shí)刻歷時(shí)0.02s，則在1s內(nèi)交變電流的方向改變100次解析：選CD由題圖可知，在O、B、D時(shí)刻感應(yīng)電流為零，所以此時(shí)線圈恰好在中性面位置，且穿過線圈的磁通量最大；在A、C時(shí)刻感應(yīng)電流最大，線圈處于和中性面垂直的位置，此時(shí)穿過線圈的磁通量為0，故A、B錯(cuò)誤。從A到D時(shí)刻，線圈旋轉(zhuǎn)eq\f(3,4)周，轉(zhuǎn)過的角度為eq\f(3,2)π；如果從O到D時(shí)刻歷時(shí)0.02s，恰好為一個(gè)周期，所以1s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)50個(gè)周期，100次經(jīng)過中性面，交變電流的方向改變100次，故C、D正確。8．一氣體放電管，當(dāng)其兩電極間的電壓超過500eq\r(3)V時(shí)，就放電而發(fā)光。在它發(fā)光的情況下逐漸降低電壓，要降到500eq\r(2)V時(shí)才熄滅。放電管兩電極不分正負(fù)。現(xiàn)有一正弦交流電源，輸出電壓峰值為1000V，頻率為50Hz。若用它給上述放電管供電，則在一小時(shí)內(nèi)放電管實(shí)際發(fā)光的時(shí)間為()A．15min B．25minC．30min D．45min解析：選B根據(jù)題意，ω＝2πf＝100πrad/s，該交流電源輸出電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u＝1000sin100πt(V)，在前半個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)t＝eq\f(1,6)T時(shí)，放電管開始發(fā)光，t＝eq\f(3,8)T時(shí)，放電管停止發(fā)光，發(fā)光時(shí)間為Δt＝eq\f(3,8)T－eq\f(1,6)T＝eq\f(5,24)T，整個(gè)周期內(nèi)發(fā)光時(shí)間為2Δt＝eq\f(5,12)T，故一個(gè)小時(shí)內(nèi)的發(fā)光時(shí)間t＝eq\f(3600s,T)×eq\f(5,12)T＝1500s＝25min，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。9．某一交變電流的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示。(1)該圖像表示線圈在何處開始計(jì)時(shí)？(2)線圈在哪些時(shí)刻處于與磁場(chǎng)方向垂直的位置？(3)t1、t2時(shí)刻線圈分別處于的位置與中性面的夾角為多大？解析：(1)e-t圖像為正弦函數(shù)圖像，說(shuō)明是從線圈位于中性面位置開始計(jì)時(shí)的，此時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，而線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0。(2)當(dāng)線圈處于與磁場(chǎng)方向垂直的位置(中性面)時(shí)，e＝0，所以在0、t3、t6、t8時(shí)刻線圈與磁場(chǎng)方向垂直。(3)由圖像知，e＝Emsinωt中Em＝10V。當(dāng)t＝t1時(shí)，e1＝5eq\r(2)V，有θ1＝ωt1＝45°；當(dāng)t＝t2時(shí)，e2＝10V＝Em，有θ2＝ωt2＝90°。答案：(1)中性面位置(2)0、t3、t6、t8(3)45°90°B組—重應(yīng)用·體現(xiàn)創(chuàng)新10．(2022·廣東高考)如圖是簡(jiǎn)化的某種旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)原理圖。定子是僅匝數(shù)n不同的兩線圈，n1>n2，二者軸線在同一平面內(nèi)且相互垂直，兩線圈到其軸線交點(diǎn)O的距離相等，且均連接阻值為R的電阻，轉(zhuǎn)子是中心在O點(diǎn)的條形磁鐵，繞O點(diǎn)在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩線圈輸出正弦式交變電流。不計(jì)線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響，下列說(shuō)法正確的是()A．兩線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值相等B．兩線圈產(chǎn)生的交變電流頻率相等C．兩線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)同時(shí)達(dá)到最大值D．兩電阻消耗的電功率相等解析：選B轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，在兩線圈中產(chǎn)生正弦式交變電流，其最大值為Em＝nBSω，有效值為E＝eq\f(Em,\r(2))，由于n1>n2，則兩線圈中產(chǎn)生的交變電流的最大值不同，有效值也不同，故A錯(cuò)誤；兩線圈產(chǎn)生的交變電流的頻率由同一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，故頻率相等，B正確；當(dāng)n1線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大時(shí)，n2線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為零，故C錯(cuò)誤；由于兩線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值不同，根據(jù)P＝eq\f(E2,R)知，兩電阻消耗的電功率不相等，故D錯(cuò)誤。11．大型發(fā)電機(jī)幾乎都是旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)，如圖所示為其原理簡(jiǎn)圖。豎直平面內(nèi)閉合線圈abcd固定不動(dòng)，磁鐵繞圖中的虛線旋轉(zhuǎn)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。若條形磁鐵以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且圖示時(shí)刻N(yùn)極正在向里轉(zhuǎn)?，F(xiàn)以圖示時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則下列推斷正確的是()A．該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流頻率是10HzB．t＝0時(shí)線圈中的電流方向?yàn)閍bcdaC．t＝0.5s時(shí)線圈中的電流方向發(fā)生變化D．t＝5s時(shí)線圈中的電流最小解析：選B條形磁鐵以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則該交流電的頻率f＝eq\f(ω,2π)＝5Hz，A錯(cuò)誤；由題圖可知，在t＝0時(shí)刻，穿過線圈的磁通量為0，結(jié)合交流電產(chǎn)生的特點(diǎn)可知，t＝0時(shí)刻該交流電的電流瞬時(shí)值最大，由題圖可知下一時(shí)刻穿過線圈的磁通量的方向向里，由楞次定律可知，此時(shí)線圈中的電流方向?yàn)閍bcda，故B正確；該交流電的周期T＝eq\f(2π,ω)＝0.2s，當(dāng)t＝0.5s＝2.5T時(shí)，線圈內(nèi)的電流方向與開始時(shí)的方向相反，仍然為最大值，不會(huì)改變方向，故C錯(cuò)誤；當(dāng)t＝5s＝25T時(shí)，線圈內(nèi)的電流方向與開始時(shí)的方向相同，為最大值，故D錯(cuò)誤。12．(多選)如圖甲所示是一種振動(dòng)發(fā)電裝置的示意圖，半徑為r＝0.1m、匝數(shù)n＝20的線圈位于輻向分布的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感線沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示)，線圈所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B＝eq\f(0.20,π)T，線圈電阻為R1＝0.5Ω，它的引出線接有R2＝9.5Ω的小燈泡L，外力推動(dòng)線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，線圈運(yùn)動(dòng)速度v隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖丙所示(摩擦等損耗不計(jì))，則()A．小燈泡中電流的峰值為0.16AB．小燈泡中電流的有效值為0.16AC．電壓表的示數(shù)為1.5VD．t＝0.1s時(shí)外力的大小為0.128N解析：選AD由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律知道，線圈在磁場(chǎng)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小符合正弦規(guī)律，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em＝nBlvm＝nB·2πrvm，故小燈泡中電流的峰值為Im＝eq\f(Em,R1＋R2)＝eq\f(20×\f(0.20,π)×2π×0.1×2,9.5＋0.5)A＝0.16A，電流的有效值為I＝eq\f(Im,\r(2))＝0.113A，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；電壓表示數(shù)為U＝I·R2＝1.07V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)t＝0.1s也就是eq\f(T,4)時(shí)，線圈中的感應(yīng)電流最大，外力的大小為F＝nB·2πrIm＝0.128N，選項(xiàng)D正確。13．如圖甲所示，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場(chǎng)。已知線圈的匝數(shù)n＝100，電阻r＝1.0Ω，所圍成的矩形的面積S＝0.040m2，小燈泡的電阻R＝9.0Ω，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t，其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T為磁場(chǎng)變化的周期。不計(jì)燈泡電阻值隨溫度的變化，求：(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值；(2)小燈泡消耗的電功率；(3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的0～eq\f(T,4)時(shí)間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量。解析：(1)由線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式可知線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBmSeq\f(2π,T)＝8V。(2