3.2 交变电流的产生基础巩固 2021—2022 学年高中物理鲁科版 （2019）选择性必修第二册 一、选择题（共 15 题） 1．如图所示是我国民用交流电的电压的图象．根据图象可知，下列有关家庭用交变电压参数的说法中， 错误的是（ ） A．电压的最大值是 311V B．用电压表测出的值是 220V C．交流电的频率是 50Hz D．某一时刻的交流电压为 U  311sin 50 t V 2．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知（　　） A．该交流电的电压瞬时值的表达式为 u＝100sin（25t） V B．该交流电的频率为 25Hz C．该交流电的电压的有效值为 100 2 V D．若将该交流电压加在阻值为 R＝100 Ω 的电阻两端，则电阻消耗的功率是 100 W 3．如图所示，一矩形线圈 abcd 放置在匀强磁场中，并绕过 ab、cd 中点的轴 OO� 以角速度 ω 逆时针匀速转 动．已知磁感应强度 B=0.50T,线圈匝数 N=100 匝,边长 Lab=0.20m,Lbc=0.10m,转速 n=3000r/min．若以线圈 平面与磁场夹角 θ=30°时为计时起点，电动势的瞬时值的表达式为  A． e  314sin(100 t  )V 3  B． e  314sin(100 t  )V 3  C． e  314 2 sin(100 t  )V 3  D． e  314 2 sin(100 t  )V 3 4．某交变电流的方向在 1 s 内改变 100 次，则其周期 T 和频率 f 分别为(　　) A．T＝0.01s、f＝100 Hz B．T＝0.02 s、f＝50 Hz C．T＝0.02s、f＝100 Hz D．T＝0.01 s、f＝50 Hz 5．矩形线框绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交变电流，电动势瞬时值表达式为 e=220 2 sin100πt（V）， 下列说法正确的是（　　） A．t=0 时刻穿过线框的磁通量为零 B．电动势的有效值为 220 V C．交变电流的周期为 0.01 s D．若其他条件不变仅转速增大 1 倍，则电动势瞬时值表达式为 e=220 2 sin200πt（V） 6．如图所示的交流电路中，灯 L1、L2 和 L3 均发光，如果保持交变电源两端电压的有效值不变，当频率减 小时，各灯的亮、暗变化情况为（　　） A．灯 L1 不变，灯 L2 变亮，灯 L3 变暗 B．灯 L1、L2、L3 均变暗 C．打 L1、L2 均变亮，红 L3 变暗 D．灯 L1 不变，灯 L2 变暗，灯 L3 变亮 7．如图甲所示，一圆形金属线圈放置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度为 B0 ，现让 线圈绕其一条直径以 50Hz 的频率匀速转动，较长时间 t 内产生的热量为 Q；若线圈不动，让磁场以图乙所 示规律周期性变化，要在 t 时间内产生的热量也为 Q，乙图中磁场变化的周期 T 以 s 为单位，数值应为（　 ） 1 A． 50π 2 B． 50π 2 C． 25π 1 D． 25π 8．在如图甲所示的电路中，小灯泡电阻为 5Ω，电流表为理想交流电表，电源电流随时间的变化如图乙所 示，则（　　） A．电流表示数为 2 2A B．电流的频率为 0.5Hz C．小灯泡的功率为 40W D．电源电压的瞬时值表达式为 e  10 2 sin100 t (V) 9．如图，是一台旋转电枢式交流发动机的原理图，设线圈的角速度为  ，感应电动势和感应电流的最大 值分别为 Em 和 Im ，由图可以判断下列说法正确的是（　　） A．电流计的左端为表的正极 B．交流电的方向在图乙的位置要改变一次 C．如果从图甲开始计时，线圈产生的感应电动势表示为 D．如果从图乙开始计时，线圈产生的感应电流表示为 e  Em sin t i  I m sin t 10．一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，内阻不计。转轴位于线圈平面内，并与磁场方向垂直。 产生的电动势随时间变化的规律如图所示，则（　　） A．该交变电流频率是 0.4Hz B．计时起点，线圈恰好与中性面重合 C．t＝0.1s 时，穿过线圈平面的磁通量最大 D．该交变电动势瞬时值表达式是 e＝ 10 2 cos5πt（V） 11．图甲所示电压按正弦规律变化，图乙所示电压是正弦交流电的一部分，则下列说法正确的是（　　） A．图乙所示的电压也是正弦式交流电压 B．图甲所示电压的瞬时值表达式为 u＝10sin50πt（V） C．图乙所示电压的周期与图甲所示电压周期相同 D．图甲所示电压的有效值比图乙所示电压的有效值小 12．一个 10 的电阻，它两端的电压 u 随时间 t 的变化规律如图所示，则（　　） A．流过电阻的最大电流是 22A B．用交流电压表测量电阻两端的电压，其示数为 311V C．电阻消耗的功率为 9680W D．在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是 48.4J u  220 2 sin100 t V a b 13．如图，在 、 两端加上 的交流电压，经过一个二极管（正向电阻为 0，反向电 阻为无穷大）与“ 220V ，100W ”的灯泡连接，则伏特表（内阻无穷大）的读数为（　　） A． 220V B． 220 2V C． 110V 14．某一交变电流的电流变化如图所示，该交变电流的有效值为( D． ) 110 2V A． 17 A B．3.5 2 A C．5A D．7 2 A 15．单匝矩形线圈 abcd 边长分别为 l1 和 l2，在匀强磁场中可绕与磁场方向垂直的轴 OO′匀角速转动，转动 轴分别过 ad 边和 bc 边的中点，转动的角速度为 ω．磁场的磁感应强度为 B．图为沿转动轴 OO′观察的情况， 在该时刻线圈转动到 ab 边的速度方向与磁场方向夹角为 θ，此时线圈中产生的感应电动势的瞬时值为（　 ） A．2Bl1l2ωcosθ B．3Bl1l2ωsinθ C．Bl1l2ωcosθ D．Bl1l2ωsinθ 二、填空题（共 4 题） 16．交变电流的产生 交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直，用___________定则判断线圈切割磁感线产生 的感应电流方向。 17．如图所示，为日常生活中使用的交变电压随时间变化的图象，由图可知，交变电压的频率是_____ Hz，交变电压的有效值是_____V． 18．下图甲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正弦规律图象如 图乙所示．发电机线圈内阻为 5Ω，外接灯泡的电阻为 105Ω，电流的有效值为_____A，电压表的示数为__ ___V，灯泡实际消耗的功率为_____W，发电机线圈内阻每分钟产生的焦耳热为_____J． 19．如图是某学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”的示意图．他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇 动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流计相连．摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场（可 视为匀强磁场）垂直．摇动时，铜芯线所围成半圆周的面积 S＝2 m2，转动角速度 计测得电路中电流 I＝40 μA，电路总电阻 R＝10 Ω，g 取 10 m/s2，  =10 2 rad/s，用电流  ＝2.25，则该处地磁场的磁感应强 2 度 B=_______;从铜芯线所在平面与该处地磁场平行开始计时，求其转过四分之一周的过程中，通过电流计 的电荷量 q=______；求铜芯线转动一周的过程中，电路产生的焦耳热 Q=________ 三、综合题（共 4 题） 20．如图所示为一交流发电机的原理示意图，其中矩形线圈 abcd 的边长 ab＝cd＝50 cm，bc＝ad＝20 cm， 匝数 n＝100，线圈的总电阻 r＝0.20 Ω，线圈在磁感强度 B＝0.050 T 的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴 OO ′匀速转动，线圈两端通过电刷 E、F 与阻值 R＝4.8 Ω 的定值电阻连接，当线圈以角速度 ω 匀速转动时，发 电机的输出功率为 2.16×103W，计算中 π 取 3. (1)推导发电机线圈产生感应电动势的最大值的表达式 Em＝nBSω(其中 S 表示线圈的面积)； (2)求线圈转动的角速度 ω； (3)求线圈以 ω 角速度转动 100 圈过程中发电机产生的电能． 21．如下图，匀强磁场的磁感应强度 B，边长 L 的正方形线圈 abcd 共 N 匝，线圈电阻为 r，线圈绕垂直于 磁感线的轴 OO’以如图所示的角速度 ω 匀速转动，外电路电阻为 R． （1）在答卷图中标出此刻线圈感应电流的方向（请标在线段 ab 上）． （2）转动过程中感应电动势的最大值有多大? （3）线圈平面与磁感线成 60°时的感应电动势多大? （4）设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机要做多少功? 22．如图所示，有一单匝矩形线圈 abcd 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 OO� 以角速 度  匀速转动，边 ab 、 bc 的长度分别为 L1 和 L2 ，轴 OO� ad bc 分别通过 和 的中点，线圈的总电阻为 r ，线 圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环 e、f （集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值为 R 的定值电阻 连接： (1)线圈平面由如图所示位置开始计时，写出 t 时刻穿过线圈的磁通量  的表达式； (2)线圈每转动一周，电阻 R 上产生的焦耳热为多大？ � (3)由如图所示位置转过 90 的过程中，通过 R 的电荷量是多少？ � (4)由如图所示位置转过 30 时， ab 边所受安培力大小？ 23．如图所示，某小型发电机线圈的内阻 r  5.0Ω ，产生的电动势 R  95.0Ω 的台灯灯泡，设灯泡丝的电阻不随温度变化，求： （1）台灯灯泡上的电压； （2）灯泡实际消耗的功率； （3）发电机线圈的发热功率。 e  220 2 sin100 t (V) ，负载电阻 参考答案： 1．D 2．B 3．B 4．B 5．B 6．A 7．C 8．D 9．C 10．C 11．D 12．D 13．D 14．A 15．D 16．右手 17． 50 220 18． 2， 19． 2×10-5T 210， 420， 4×10-6C 1200 7.2×10-9J 20． (1)当线圈平面与磁场平行时，线圈产生的感应电动势最大． Lbc Em＝2nBLv＝2nB·Lab· 2 ω＝nBSω. Em (2)