(练习)14 课时分层训练(八) 交变电流的产生-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册(鲁科版2019)

课时分层训练(八)　交变电流的产生 知识点1　交流发电机及交变电流的产生原理 1．如图所示，面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，能产生正弦式交变电动势 e＝BSωsin ωt的图是(　　) A　　　 　　　　　　　B C　　　 　　　　　　　D A　解析：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦式交变电动势为e＝BSωsin ωt，由这一原则判断，A图符合要求；B图中的转轴不在线圈所在平面内；C图和D图的转轴与磁场方向平行，而不是垂直。故A正确，B、C、D错误。 2．一线圈在匀强磁场中匀速转动，在如图所示位置时(　　) A．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大 C．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大 D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小 C　解析：当线圈平面平行于磁感线时，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大，即最大，故正确选项为C。 知识点2　交变电流的变化规律 3．某交流发电机给灯泡供电，产生的正弦式交变电流的图像如图所示，下列说法正确的是(　　) A．交变电流的频率为0.02 Hz B．交变电流的瞬时值表达式为i＝5cos (50πt) A C．在t＝0.01 s时，穿过交流发电机线圈的磁通量为零 D．1 s末线圈平面与磁感线垂直，感应电流最大 C　解析：从题图中可得该交变电流的周期为0.02 s，频率为50 Hz。交变电流的瞬时值表达式为i＝5cos (100πt) A。在t＝0.01 s时，感应电流最大，穿过交流发电机线圈的磁通量为零。1 s末线圈平面与磁感线平行，感应电流最大。故正确选项为C。 4．(多选)如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦式交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦式交流电的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦式交流电的说法正确的是(　　) A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B．线圈先后两次转速之比为3∶2 C．交流电a的电动势瞬时值表达式为e＝10sin (5πt) V D．交流电b的电动势最大值为5 V BC　解析：t＝0时刻电压为零，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故A项错误。由题图可知，先后两次周期之比为2∶3，由转速n＝得na∶nb＝∶＝3∶2，故B项正确；由题图可知，交流电a的电动势最大值为 10 V，ω＝5π rad/s，由交流电的电动势瞬时值表达式 e＝Emsin ωt(从中性面开始计时)得，e＝10sin (5πt) V，故C项正确；交流电的电动势最大值Em＝nBSω，角速度ω＝2πn，由两次转速的比值可得，交流电b的电动势最大值为×10 V＝ V，故D项错误。 5．(多选)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°角时的感应电流为1 A。那么(　　) A．线圈消耗的电功率为4 W B．线圈中感应电流的有效值为2 A C．任意时刻线圈中的感应电动势为e＝4cos t D．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝sin t AC　解析：线圈转动角速度ω＝，线圈平面从与磁场方向平行开始计时，当转过60°角时，电流的瞬时值表达式为i＝Imcos 60°＝1 A，得Im＝2 A，正弦交变电流有效值I＝＝ A，B项错误；线圈消耗的电功率P＝I2R＝4 W，A项正确；由欧姆定律可知，感应电动势最大值Em＝ImR＝4 V，所以瞬时值表达式为e＝4cos V，C项正确；通过线圈的磁通量Φ＝Φmsin ωt＝Φmsint，而Em＝BSω＝Φm，故Φm＝，代入上式得Φ＝sint＝sint，D项错误。 6．如图所示，在匀强磁场中有一个内阻r＝3 Ω、面积S＝0.02 m2的半圆形导线框可绕OO′轴旋转。已知匀强磁场的磁感应强度B＝ T。若线框以ω＝100π rad/s 的角速度匀速转动，且通过电刷给“6 V　12 W”的小灯泡供电，忽略小灯泡电阻的变化。则： (1)若从图示位置开始计时，求线框中感应电动势的瞬时值表达式。 (2)从图示位置开始，线框转过90°的过程中，流过线框横截面的电荷量是多少？该电荷量与线框转动的快慢是否有关？ (3)由题所给已知条件，外电路所接小灯泡能否正常发光？如不能，则小灯泡实际功率为多大？ 解析： (1)线框转动时产生感应电动势的最大值 Em＝BSω＝10 V 则感应电动势的瞬时值表达式 e＝Emcos ωt＝10cos (100πt) V。 (2)线框转过90°的过程中，产生的平均电动势 ＝＝＝ 小灯泡电阻R＝＝3 Ω 故流过线框横截面的电荷量 q＝·T＝＝ C 与线框转动的