交流電的產(chǎn)生教師用卷 公開(kāi)課教學(xué)設(shè)計(jì)

交流電的產(chǎn)生一、單選題（本大題共9小題，共54.0分）如圖所示為一交變電流的圖象，則該交變電流的有效值為多大(????)

A.I0 B.I02+I0【答案】C【解析】【分析】

根據(jù)交流電有效值的定義可知，讓交流電與直流電通過(guò)相同的電阻，在相同時(shí)間內(nèi)交流電產(chǎn)生的熱量與直流電產(chǎn)生的熱量相同，則直流電的數(shù)值即為交流電的有效值．根據(jù)有效值的定義列式求解。

本題考查的是根據(jù)交變電流有效值的定義計(jì)算有關(guān)交變電流的有效值．要注意求交流電產(chǎn)生的熱量時(shí)要用有效值。

【解答】

交變電流一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)電阻R上產(chǎn)生的熱量為：Q=(I02)2R?T2+I02R?T2；

設(shè)交流電的有效值為匝數(shù)為100匝的線(xiàn)圈通有如圖3所示的交變電流(圖中曲線(xiàn)為余弦曲線(xiàn)的一部分)，單匝線(xiàn)圈電阻r=0.02Ω，則在0～10s內(nèi)線(xiàn)圈產(chǎn)生的焦耳熱為A.80

J B.85

J C.90

J D.125

J【答案】B【解析】解：根據(jù)有效值的定義方法可知：

322R×T2+22×R×T2=I2RT

解得：I=172A

總電阻為：r=A、B是兩個(gè)完全相同的電熱器，A通以圖甲的方波交變電流，B通以圖乙所示的正弦交變電流，則兩電熱器的電功率之比PA：PB等于(A.5：4 B.3：2 C.2：1 D.2：【答案】A【解析】解：根據(jù)有效值的定義，則有：方波，I02RT2+(I0?2)2RT2=I02RT，

解得：有效值I甲=58I0，

正弦交流電的電流有效值I乙=I如圖所示，矩形線(xiàn)框置于磁場(chǎng)中，該磁場(chǎng)可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)．線(xiàn)框通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與電阻構(gòu)成閉合電路，線(xiàn)框在磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(???A.線(xiàn)框通過(guò)圖中位置瞬間，線(xiàn)框中的電流方向由A到B

B.線(xiàn)框通過(guò)圖中位置瞬間，穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量最大

C.線(xiàn)框通過(guò)圖中位置瞬間，通過(guò)電阻的電流瞬時(shí)值最大

D.若使線(xiàn)框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大一倍，那么通過(guò)電阻電流的有效值變?yōu)樵瓉?lái)的22倍【答案】C【解析】解：邊AB和CD切割磁場(chǎng)產(chǎn)生電流，根據(jù)右手定則可知電流有B指向A，故A錯(cuò)誤；

B、線(xiàn)框通過(guò)圖中位置瞬間，穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，所以感應(yīng)電流也最大，通過(guò)電流表的電流瞬時(shí)值最大，故B錯(cuò)誤，C正確；

D、根據(jù)E=NBSω可知，ω增大一倍，E也增大一倍，根據(jù)I=Er可知，通過(guò)電流表電流的有效值也增大一倍，故D錯(cuò)誤．

故選：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形單匝線(xiàn)圈的周期為T(mén)，轉(zhuǎn)軸OO′垂直于磁場(chǎng)方向，線(xiàn)圈電阻為2Ω.從線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的感應(yīng)電流為1A，那么(A.任意時(shí)刻線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=4cos2πTt

B.任意時(shí)刻穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為Φ=【答案】A【解析】解：C、D、從垂直中性面開(kāi)始其瞬時(shí)表達(dá)式為i=Imcosθ，

則Im=icosθ=1cos60°=2A

故電流的有效值為2A；

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=Imr=2×2=4V

電功率為P=I2r=(Im2)2r=(22)2×2W=線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交流電的圖象如圖所示，由圖可知(??A.在A(yíng)和C時(shí)刻線(xiàn)圈處于中性面位置

B.在B和D時(shí)刻穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零

C.從A時(shí)刻起到D時(shí)刻，線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為π弧度

D.在A(yíng)和C時(shí)刻磁通量變化率的絕對(duì)值最大【答案】D【解析】解：AD、在A(yíng)和C時(shí)刻感應(yīng)電流最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，而磁通量為零，磁通量的變化率最大，線(xiàn)圈處于與中性面垂直的位置。故A錯(cuò)誤，D正確。

B、在B和D時(shí)刻感應(yīng)電流為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，線(xiàn)圈位于中性面，磁通量最大。故B錯(cuò)誤。

C、從A時(shí)刻到D時(shí)刻經(jīng)過(guò)時(shí)間為34周期，線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為1.5π弧度。故C錯(cuò)誤。

故選：D。

小型交流發(fā)電機(jī)的原理圖如圖所示：?jiǎn)卧丫匦尉€(xiàn)圈ABCD置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞過(guò)BC、AD中點(diǎn)的軸以恒定角速度旋轉(zhuǎn)，軸與磁場(chǎng)垂直，矩形線(xiàn)圈通過(guò)滑環(huán)與理想交流電流表A，定值電阻R串聯(lián)，下列說(shuō)法中不正確的是(????)

A.線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)垂直時(shí)，交流電流表A的示數(shù)最小

B.線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)，流經(jīng)定值電阻R的電流最大

C.線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，感應(yīng)電流方向改變2次

D.線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)，通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化率最大【答案】A【解析】解：A、交流電流表顯示的是交流電的有效值，不隨線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化；故A錯(cuò)誤；

B、線(xiàn)圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，磁通量最小，磁通量的變化率最大，此時(shí)電動(dòng)勢(shì)最大，電流最大；故BD正確；

C、線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，經(jīng)過(guò)兩次中性面，感應(yīng)電流方向改變2次，故C正確

因選錯(cuò)誤的，故選：A．

從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，交變電流的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為：e=NBSωco如圖所示，矩形線(xiàn)圈面積為S，匝數(shù)為N，線(xiàn)圈電阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R，當(dāng)線(xiàn)圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60°的過(guò)程中，下列判斷正確的是(A.電壓表的讀數(shù)為NBSω2

B.通過(guò)電阻R的電荷量為q=NBS2(R+r【答案】B【解析】【解答】

A、線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=NBSω，電動(dòng)勢(shì)的有效值為E=NBSω2，電壓表測(cè)量電路的外電壓，所以電壓表的讀數(shù)為U=ER+r?R=NBSω2(R+r)R，所以A錯(cuò)誤；

B、由E=ΔΦΔt，I=ER+r，q=IΔt得到，電量q=如圖1所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線(xiàn)圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線(xiàn)垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)圖象如圖2中曲線(xiàn)a、b所示，則(??A.兩次t=0時(shí)刻線(xiàn)圈平面與中性面垂直

B.曲線(xiàn)a、b對(duì)應(yīng)的線(xiàn)圈轉(zhuǎn)速之比為2：3

C.曲線(xiàn)a表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為50Hz

D.曲線(xiàn)b表示的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為【答案】D【解析】【分析】

根據(jù)圖象可分別求出兩個(gè)交流電的最大值以及周期等物理量，然后進(jìn)一步可求出其瞬時(shí)值的表達(dá)式以及有效值等

本題考查了有關(guān)交流電描述的基礎(chǔ)知識(shí)，要根據(jù)交流電圖象正確求解最大值、有效值、周期、頻率、角速度等物理量。

【解答】

A.在t=0時(shí)刻，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，線(xiàn)圈一定處在中性面上；故A錯(cuò)誤；

B.由圖可知，a的周期為4×10?2s；b的周期為6×10?2s，則由n=1T可知，轉(zhuǎn)速與周期成反比，故轉(zhuǎn)速之比為3：2；故B錯(cuò)誤；

C.曲線(xiàn)a的交變電流的頻率f=1T=25Hz；故C錯(cuò)誤；

D.曲線(xiàn)a、b對(duì)應(yīng)的線(xiàn)圈轉(zhuǎn)速之比為3：2二、多選題（本大題共5小題，共30.0分）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線(xiàn)圈，繞與磁感線(xiàn)垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)該線(xiàn)圈的磁通量隨時(shí)間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線(xiàn)圈總電阻為2Ω，則(????)A.t=0時(shí)，線(xiàn)圈平面平行于磁感線(xiàn)

B.t=1s時(shí)，線(xiàn)圈中的電流改變方向

C.t=1.5【答案】AD【解析】【分析】

根據(jù)圖象得到t=0時(shí)穿過(guò)線(xiàn)圈平面的磁通量大小，由此確定線(xiàn)圈的位置；根據(jù)圖象斜率確定第感應(yīng)電流方向和t=1.5

s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大??；計(jì)算此交流電的最大值和有效值，根據(jù)焦耳定律計(jì)算一個(gè)周期產(chǎn)生的熱。

本題考查交變電流產(chǎn)生過(guò)程中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量、磁通量變化率的關(guān)系，關(guān)鍵抓住兩個(gè)特殊位置：一是線(xiàn)圈與磁場(chǎng)垂直位置是磁通量最大的位置，該位置是電流方向改變的轉(zhuǎn)換點(diǎn)；二是線(xiàn)圈與磁場(chǎng)平行位置，該位置磁通量為零，是電流強(qiáng)度增大與減小的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。

【解答】

A.根據(jù)圖象可知，在t=0時(shí)穿過(guò)線(xiàn)圈平面的磁通量為零，所以線(xiàn)圈平面平行于磁感線(xiàn)，故A正確；

B.Φ?t圖象的斜率為△Φ△t，即表示磁通量的變化率，在0.5s～1.5s之間，斜率一直為負(fù)，表示的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向不變，則電流強(qiáng)度方向不變，故B錯(cuò)誤；

C.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得E=N△Φ△t，所以在t=1.5

s時(shí)，斜率為零，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，故如圖，M為半圓形導(dǎo)線(xiàn)框，圓心為OM；N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線(xiàn)框，圓心為ON；兩導(dǎo)線(xiàn)框在同一豎直面(紙面)內(nèi)；兩圓弧半徑相等；過(guò)直線(xiàn)OMON的水平面上方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面?，F(xiàn)使線(xiàn)框M、N在t=0時(shí)從圖示位置開(kāi)始，分別繞垂直于紙面、且過(guò)OMA.兩導(dǎo)線(xiàn)框中均會(huì)產(chǎn)生正弦交流電

B.兩導(dǎo)線(xiàn)框中感應(yīng)電流的周期都等于T

C.在t=T8時(shí)，兩導(dǎo)線(xiàn)框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等

【答案】BC【解析】【分析】

正確利用法拉第電磁感應(yīng)定律，在本題中由于導(dǎo)線(xiàn)框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定的，計(jì)算有效值根據(jù)有效值的定義。

本題考查了法拉第電磁感應(yīng)定律E=BLv=12BL2ω在轉(zhuǎn)動(dòng)切割類(lèi)型中的應(yīng)用，掌握楞次定律，會(huì)判斷感應(yīng)電流的方向。理解有效值的定義，掌握好有效值的定義就可以計(jì)算非正弦交變電流的有效值。

【解答】

A.半徑切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E=BLv?=BL0+v2=12BL?ωL=12BL2ω，因?yàn)榫€(xiàn)框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定，線(xiàn)框中電流大小恒定，故A錯(cuò)誤；

B.M、N兩線(xiàn)框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，M線(xiàn)框第一個(gè)12T電流方向逆時(shí)針，第二個(gè)12T電流順時(shí)針?lè)较?；N線(xiàn)框，相框轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，只有12T的時(shí)間有感應(yīng)電流，第一個(gè)14T電流逆時(shí)針，第二個(gè)14T電流為如圖所示是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，線(xiàn)圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的水平軸OO′沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，線(xiàn)圈的匝數(shù)為n、電阻為r，外接電阻為R，交流電流表A.線(xiàn)圈從圖示位置(線(xiàn)圈平面平行于電場(chǎng)方向)開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)π3時(shí)的感應(yīng)電流為I，下列說(shuō)法中正確的是A.電流表的讀數(shù)為2I

B.轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量的最大值為2I(R+r)nω

C.從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)π2的過(guò)程中，通過(guò)電阻【答案】BC【解析】【分析】

根據(jù)瞬時(shí)值表達(dá)式求出電動(dòng)勢(shì)最大值，再求電流表的讀數(shù)；根據(jù)電動(dòng)勢(shì)最大值Em=nBSω求出轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量的最大值；根據(jù)公式q=n△φR+r求通過(guò)電阻R的電荷量；

根據(jù)焦耳定律求線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中電阻R產(chǎn)生的熱量．

解答此題的關(guān)鍵是知道：題干線(xiàn)圈從圖示位置(線(xiàn)圈平面平行于電場(chǎng)方向)開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)π3時(shí)的感應(yīng)電流為I，電流指的是瞬時(shí)值；從圖示位置開(kāi)始計(jì)算，電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間呈余弦變化；根據(jù)公式q=n△φR+r求通過(guò)電阻R的電荷量時(shí)與時(shí)間無(wú)關(guān)，電阻指的是總電阻；求電阻R產(chǎn)生的熱量要用有效值計(jì)算。

【解答】

A.線(xiàn)圈從圖示位置(線(xiàn)圈平面平行于電場(chǎng)方向)，電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為：e=Emcosωt，電流瞬時(shí)值表達(dá)式為：i=Emr+Rcosωt，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)π3時(shí)的感應(yīng)電流為I，即I=Em勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，矩形金屬線(xiàn)框繞與磁感線(xiàn)垂直轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖2所示，則(??A.t=0.005s時(shí)線(xiàn)框的磁通量為零

B.t=0.01s時(shí)線(xiàn)框的感生電動(dòng)勢(shì)最大

C.線(xiàn)框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311V【答案】AD【解析】解：A、由圖可知t=0.005s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，此時(shí)線(xiàn)圈所在平面與中性面垂直，所以穿過(guò)線(xiàn)框回路的磁通量為零，故A正確

B、t=0.01s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零，故B錯(cuò)誤；

C、產(chǎn)生的有效值為：E=Em2=3112V=220V，故如圖所示，線(xiàn)圈ABCD匝數(shù)n=10，面積S=0.4m2，邊界MN(與線(xiàn)圈的AB邊重合)右側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2πA.線(xiàn)圈產(chǎn)生的是正弦交流電

B.線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為80V

C.線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)160s時(shí)瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為403V

D.【答案】BD【解析】【分析】

線(xiàn)框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生余弦式交變電流；根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律可求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值的公式，并列出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式，求出不同時(shí)刻的瞬時(shí)值；再利用最大值與有效值關(guān)系求解出電動(dòng)勢(shì)的有效值。

解答本題的關(guān)鍵是：掌握好在不同位置計(jì)時(shí)，交流電的瞬時(shí)表達(dá)式不同，會(huì)正確寫(xiě)出交流電的瞬時(shí)表達(dá)式；要牢記交流電最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式，會(huì)利用最大值和有效值的關(guān)系求解有效值。

【解答】

A.線(xiàn)框轉(zhuǎn)過(guò)90°～270°時(shí)不在磁場(chǎng)中，此時(shí)無(wú)電流，因此不能產(chǎn)生正弦交流電，故A錯(cuò)誤；

B.根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值公式E=nBSω可解得：最大電動(dòng)勢(shì)為E=80V，故B正確；

C.線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)160s、轉(zhuǎn)過(guò)角度π6，瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=Em三、計(jì)算題（本大題共1小題，共16.0分）如圖所示，線(xiàn)圈abcd的面積是0.05m2，共100匝，線(xiàn)圈的總電阻為1Ω，外接電阻R=9Ω，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1πT，當(dāng)線(xiàn)圈以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)．問(wèn)：

(1)若從線(xiàn)圈處