选修3-2物理第3章第2节交变电流是怎样产生的课堂练习(鲁科版有答案和解释)

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选修3-2物理第3章第2节交变电流是怎样产生的课堂练习(鲁科版有答案和解释)

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一、必做题
1.下列说法正确的是(  )
A.交流发电机是把其他形式的能转化为电能的装置
B.交流发电机是把电能转变成其他形式能的装置
C.交流发电机中电枢和磁极不管谁转动,只要转动,就称为转子,只要不动,就称为定子
D.交流发电机利用的是电磁感应原理
解析:选ACD.交流发电机是利用线圈在磁场中转动,引起电磁感应现象形成电流,将其他形式的能转化为电能.交流发电机的内部是由转子和定子组成的,转动的为转子,不动的为定子.故选项A、C、D正确,B错误.
2.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电压为u=2202sin 100πt V,则(  )
A.当t=1100 s时,电压为零
B.当t=0时,线圈平面与中性面垂直
C.电压的平均值是220 V
D.当t=1200 s时,电压达到最大值
解析:选AD.当t=1100 s时,sin100π×1100=sin π=0,u=0,故A对;当t=0时,电压为零,则线圈平面与中性面重合,故B错;电压的有效值是220 V,故C错;当t=1200 s时,sin100π×1200=sinπ2=1,u=2202 V,所以电压达到最大值,故D对.
3.图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表,线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示.以下判断正确的是(  )
 
A.电流表的示数为10 A
B.线圈转动的角速度为50π rad/s
C.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左
解析:选AC.根据i­t图象可知,电流最大值Im=102 A,有效值I=Im2=10 A,A选项正确;交变电流的周期T=2×10-2 s,角速度ω=2πT=100π rad/s.从图示位置开始转动时,经0.01 s线圈回到水平状态,线圈平面与磁场方向平行.根据右手定则,在0.02 s时,线圈经过一个周期,即在图示位置,电阻R中的电流方向自左向右,因此选项A、C正确.
4.实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型,正方形线圈在水平匀强磁场中绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动.今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表,并让线圈每秒转25圈,读出电压表的示数为10 V.已知R=10 Ω,线圈电阻忽略不计,下列说法正确的是(  )
 
A.线圈位于图中位置时,线圈中的瞬时电流为零
B.从中性面开始计时,线圈中电流瞬时值表达式为i=2sin 25t(A)
C.流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次
D.电阻R上的热功率等于20 W
解析:选C.如题图所示位置,磁通量变化最快,感应电动势最大,感应电流最大,A错误.电压有效值为10 V,最大值为102 V,电流的最大值Im=UmR=2 A,从中性面开始计时应该为:i=2sin 50πt(A),B错误.频率为25 Hz,每秒钟电流方向改变50次,C正确.电压有效值为10 V,R的功率为P=U2R=10 W,D错误.
二、选做题
5.在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图甲所示,产生的交变电动势的图象如图乙所示,则(  )
 
A.t=0.005 s时线框的磁通量变化率为零
B.t=0.01 s时线框平面与中性面重合
C.线框产生的交变电动势有效值为311 V
D.线框产生的交变电动势频率为100 Hz
解析:选B.由题图乙可知该正弦交变电动势的电压最大值为311 V,周期等于0.02 s,因此,根据正弦交变电动势的最大值与有效值之间的关系式U=Um2得知选项C错误;又f=1T,则频率f=50 Hz,选项D错误;当t=0.005 s时,e=nΔΦΔt=311 V,取得最大值,穿过线圈的磁通量变化率最大,选项A错误;当t=0.01 s时,交变电压及电流方向发生改变,电压值最小等于零,线框平面与中性面重合,选项B正确.
6.如图所示,匀强磁场B=0.1 T,所用矩形线圈的匝数N=100,边长ab=0.2 m,bc=0.5 m,以角速度ω=100π rad/s绕OO′轴匀速转动.当线圈平面通过中性面时开始计时,求:
 
(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式.
(2)由t=0至t=T4过程中的平均电动势值.
解析:(1)感应电动势的瞬时值e=NBSωsin ωt,
由题可知S=ab•bc=0.2×0.5 m2=0.1 m2,
Em=NBSω=100×0.1×0.1×100π V=314 V,
所以e=314sin 100πt V.
(2)用E=NΔΦΔt计算t=0至t=T4过程中的平均电动势为:
E=N|Φπ2-Φ0|T4-0=NBS-0T4=4NBS2πω,
即E=2πNBSω,代入数值得E=200 V.
答案:(1)e=314sin 100πt V (2)200 V 文 章来源
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