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- 2021-05-23 发布
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交变电流的产生和描述
[A组·基础题]
1. 一边长为L的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动,线框中产生的感应电动势e随时间t的变化情况如图所示.已知匀强磁场的磁感应强度为B,则结合图中所给信息可判定( D )
A.t1时刻穿过线框的磁通量为BL2
B.t2时刻穿过线框的磁通量为零
C.t3时刻穿过线框的磁通量变化率为零
D.线框转动的角速度为
2.如图所示为某一交流电的电流—时间关系图象(前半个周期为正弦波形的),则该电流的有效值为( B )
A.I0 B.I0
C.I0 D.I0
3.如图所示,一交流发电机的矩形线圈共有10匝,其电阻r=2 Ω,面积是0.2 m2,在磁感应强度B= T的匀强磁场中,若线圈从中性面位置开始绕垂直于磁场方向的对称轴OO′以ω=10π rad/s的角速度匀速转动,向R=18 Ω的电阻供电.则以下说法中正确的是( D )
A.该线圈产生的是余弦式交变电流
B.线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为40 V
C.线圈开始转动 s时流过电阻R的瞬时电流大小为 A
D.电阻R上消耗的电功率为9 W
4. (2015·四川卷)小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO′,线圈绕OO′匀速转动,如图所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压( D )
A.峰值是e0 B.峰值是2e0
C.有效值是Ne0 D.有效值是Ne0
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°时的感应电流为1 A.那么( AC )
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 V
D.任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=sint
6.(多选) 如图所示,一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动,转动周期为T0.线圈产生的电动势的最大值为Em,则( BC )
A.线圈产生的电动势的有效值为Em
B.线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为
C.线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为Em
D.经过2T0的时间,通过线圈电流的方向改变2次
7.如图甲所示,一单匝圆形闭合导线框半径为r,线框电阻为R,连接一交流电流表(内阻不计).线框内充满匀强磁场,已知该磁场磁感应强度B随时间按正弦规律变化,如图乙所示(规定向下为B的正方向),则下列说法正确的是( BD )
A.t=0.005 s时线框中的感应电流最大
B.t=0.01 s时线框中感应电流方向从上往下看为顺时针方向
C.t=0.015 s时电流表的示数为零
D.0~0.02 s内闭合导线框上产生的热量为
[B组·能力题]
8.电阻为1 Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的固定轴在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势随时间变化的图象如图所示.现把该交流电加在电阻为9 Ω的电热丝上,则下列说法中正确的是( D )
A.线圈转动的角速度为31.4 rad/s
B.如果线圈转速提高1倍,电流不会改变
C.电热丝两端的电压U=100 V
D.电热丝的发热功率P=1 800 W
9.(多选)(2017·天津卷)在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化.设线圈总电阻为2 Ω,则( AD )
A.t=0时,线圈平面平行于磁感线
B.t=1 s时,线圈中的电流改变方向
C.t=1.5 s时,线圈中的感应电动势最大
D.一个周期内,线圈产生的热量为8π2 J
10.如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压图象,正弦式交变电流的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去,则现在电灯上电压的有效值为( D )
A.Um B.
C. D.
11.
如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界),则线框内产生的感应电流的有效值为( D )
A. B.
C. D.
12.(多选)海洋中蕴藏着巨大的能量,利用海洋的波浪可以发电.在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔,其原理示意图如图甲所示.浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上,浮桶内置线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动,且始终处于磁场中,该线圈与阻值R=15 Ω的灯泡相连.浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图中斜线阴影部分),如图乙所示,其内为产生磁场的磁体,与浮桶内侧面的缝隙忽略不计;匝数N=200的线圈所在处辐射磁场的磁感应强度B=0.2 T,线圈直径D=0.4 m,电阻r=1 Ω.取重力加速度g=10 m/s2,π2≈10.若浮桶随波浪上下运动的速度可表示为v=0.4πsin πt m/s.则下列说法正确的是( BC )
A.波浪发电产生电动势e的瞬时表达式为e=16sin πt V
B.灯泡中电流i的瞬时表达式为i=4sin πt A
C.灯泡的电功率为120 W
D.灯泡两端电压的有效值为 V
解析:波浪发电产生电动势e的瞬时表达式为:e=NB·πD·v=200×0.2×π×0.4×0.4πsin πt V=64·sin πt V,选项A错误;灯泡中电流i的瞬时表达式为i==4sin πt A,选项B正确;灯泡的电功率为P=I2R=2R=2×15 W=120 W,选项C正确;灯泡两端电压的有效值为UR=·R=×15 V=30 V,选项D错误.
13.(2018·安徽江南联考)如图甲所示,在一对平行光滑的金属导轨的上端连接一阻值为R=4 Ω的定值电阻,两导轨在同一平面内,与水平面的夹角θ=30°,质量m=0.2 kg、长L=1 m的导体棒ab垂直于导轨放置,使其从靠近定值电阻处由静止开始下滑.已知靠近定值电阻处到底端距离s=7.5 m,导体棒电阻r=1 Ω,整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,导体棒从开始滑动一直运动到底端的v-t图象如图乙所示.g取10 m/s2,求:
(1)磁感应强度的大小;
(2)ab棒在整个运动过程中产生的感应电流的有效值.
解析:(1)由v-t图象知导体棒运动的最大速度
v=5 m/s,此时mgsin θ-BIL=0,I=,
解得B=1 T.
(2)ab棒下滑到底端的整个过程中,由能量守恒有mgs·sin θ-mv2=Q总
,设感应电流的有效值为I0,根据焦耳定律可得Q总=I(R+r)t,联立上式解得I0= A.
答案:(1)1 T (2) A