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1、第十三章 交流电 电磁场和电磁波第一单元 交变电流第1课时 交流电的产生及描述要点一 交变电流的产生及变化规律1.（2009通州模拟）某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动,产生交变电流的图象如图所示,由图中信息可以判断 （ ）A.在A和C时刻线圈处于中性面位置B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C.从AD时刻线圈转过的角度为2 D.若从OD时刻历时0.02 s,则在1 s内交变电流的方向改变100次答案 D要点二 描述交流电的物理量2.如图所示,交流发电机转子有n匝线圈,每匝线圈所围面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匀速转动的角速度为,线圈内阻为r,外电路电阻为R.当线圈由图中实
2、线位置匀速转动90到达虚线位置过程中,求:（1）通过R的电荷量q为多少？（2）R上产生的电热QR为多少？（3）外力做的功W为多少？答案 （1） （2） （3）题型1 求交流电的有效值【例1】如图所示表示交变电流的电流随时间变化的图象,此交变电流的有效值是 （ ）A.5 AB.5 AC.3.5 AD.3.5 A答案 B题型2 交流电图象的应用【例2】如图所示,为某交变电动势随时间变化的图象,从图象中可知交变电动势的峰值为 V,周期T是 s,交变电动势变化最快的时刻是 ,穿过产生此电动势的线圈的磁通量变化最快的时刻是 ,若此交流线圈共100匝,则穿过此线圈的最大磁通量是 Wb. 答案 310 21
3、0-2 （n=1,2,3） （n=0,1,2,3）110-2题型3 生活物理【例3】曾经流行过一种自行车,它有能向车头灯供电的小型交流发电机,如图甲为其结构示意图.图中N、S是一对固定的磁极,abcd为固定转轴上的矩形线框,转轴过bc边中点,与ab边平行,它的一端有一半径r0=1.0 cm的摩擦小轮,小轮与自行车车轮的边缘相接触,如图乙所示.当车轮转动时,因摩擦而带动小轮转动,从而使线框在磁极间转动.设线框由N=800 匝导线圈组成,每匝线圈的面积S=20 cm2,磁极间的磁场可视作匀强磁场,磁感应强度B=0.010 T,自行车车轮的半径R1=35 cm,小齿轮的半径R2=4.0 cm,大齿轮
4、的半径R3=10.0 cm.现从静止开始使大齿轮加速转动,问大齿轮的角速度为多大时才能使发电机输出电压的有效值U=3.2 V?（假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动）答案 3.2 rad/s1.一个边长为6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,电阻为0.36.磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示,则线框中感应电流的有效值为 （ ）A.10-5 AB.10-5 AC.10-5 AD. 10-5 A答案 B2.如图所示,一个匝数为10的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,周期为T.若把万用电表的选择开关拨到交流电压挡,测得a、b两点间的电压为20.0 V,则可知:
5、从中性面开始计时,当t=T/8时,穿过线圈的磁通量的变化率约为 （ ）A.1.41 Wb/sB.2.0 Wb/sC.14.1 Wb/sD.20.0 Wb/s答案 B3.如图所示为演示用的手摇发电机模型,匀强磁场磁感应强度B=0.5 T,线圈匝数n=50,每匝线圈面积0.48 m2,转速150 r/min,在匀速转动过程中,从图示位置线圈转过90开始计时.（1）写出交变感应电动势瞬时值的表达式.（2）画出e-t图线.答案 （1）e=188sin 5t V （2）见下图4.如图所示,矩形线框匝数n=250匝,ab=12 cm,ad=10 cm,线框置于B= T的匀强磁场中,绕垂直于磁场的轴OO以1
6、20 r/min的转速匀速转动,线框通过滑环与外电路相连,外电路接有R=12的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为12 V的氖泡L.求:（1）当S接e时,电流表读数为多少?R的热功率为多大?10 min内外力对线框做功多少?（2）当S接f时,氖泡闪光频率为多大?通电10 min,氖泡发光总时间为多少?（线框电阻不计）答案 （1）1.41 A 24 W1.44104 J（2）4 Hz400 s第2课时 交变电流综合问题 电感和电容对交流电的作用要点一 交变电流综合问题1.如图所示,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,电容器两极板水平放置.在两极板间,不计重力的带正电粒子Q在t=0时由静止释放,
7、若两板间距足够宽,则下列运动可能的是 （ ）A.若t=0时,线圈平面与磁场垂直,粒子一定能到达极板B.若t=0时,线圈平面与磁场平行,粒子在两极间往复运动C.若t=0时,线圈平面与磁场垂直,粒子在两极间往复运动D.若t=0时,线圈平面与磁场平行,粒子一定能到达极板答案 AB要点二 电感和电容对交变电流的作用2.如图所示,三个灯泡是相同的,而且耐压足够,电源内阻忽略.当单刀双掷开关S接A时, 三个灯亮度相同,那S接B时 （ ）A.三个灯亮度相同B.甲灯最亮,丙灯不亮C.甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮D.只有丙灯不亮,乙灯最亮答案 D题型1 交变电流的电路问题【例1】如图所示线圈面积为0.05 m2
8、,共100匝,线圈总电阻为r=1,外电阻R=9,线圈处于B= T的匀强磁场中.当线圈绕OO以转速n=300 r/min匀速转动时,求:（1）若从线圈处于中性面开始计时,写出电动势的瞬时表达式.（2）两电表的示数.（3）线圈转过180的过程中,通过电阻的电荷量.（4）线圈匀速转一圈产生的总热量.答案 （1）e=100sin 10t V（2）5A45V（3） C（4）100 J题型2 带电粒子在交变电场中运动【例2】如图是示波管的示意图.竖直偏转电极的极板长l=4 cm,板间距离d=1 cm,板右端距荧光屏L=18 cm.（水平偏转电极上不加电压,没有画出）电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是1.
9、6107 m/s.电子的电荷量e=1.6010-19 C,质量m=0.9110-30 kg.若在偏转电极上加u= 220sin 100t V的交变电压,在荧光屏的竖直坐标轴上能观测到多长的线段?答案 10 cm题型3 生活物理【例3】如图所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦交变电流,给车头灯供电.已知自行车车轮半径r=35 cm,摩擦小轮半径r0=1.00 cm,线圈有n=800匝,线圈框横截面积S=20 cm2,总电阻R1=40.旋转
10、磁极的磁感应强度B=0.010 T,车头灯电阻R2=10.当车轮转动的角速度=8 rad/s时求:（1）发电机磁极转动的角速度.（2）车头灯中电流的有效值.答案 （1）280 rad/s（2）64 mA1.两个相同的灯泡L1和L2,接到如图所示的电路中,灯L1与电容器串联,灯L2与电感线圈串联,当a、b处接电压最大值Um、频率为f的正弦交流电源时,两灯都发光,且亮度相同.更换一个新的正弦交流电源后,灯L1的亮度高于灯L2的亮度,新电源的电压最大值和频率可能是 （ ）A.最大值仍为Um,而频率大于fB.最大值仍为Um,而频率小于fC.最大值大于Um,而频率仍为fD.最大值小于Um,而频率仍为f答
11、案 A2.如图所示,“二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器,它们的固有频率分别处于高音、低音频段,分别称为高音扬声器和低音扬声器.音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来,送往相应的扬声器,以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动.图为音箱的电路简化图,高、低频混合电流由a、b端输入,L是线圈,C是电容器,则 （ ）A.甲扬声器是高音扬声器B.甲扬声器是低音扬声器C.乙扬声器是高音扬声器D.乙扬声器是低音扬声器答案 BC3.如图所示,一个被x轴与曲线方程y=0.2sinx m所围的空间中存在着匀强磁场.磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度B=0.2 T.
12、正方形金属线框的边长是0.40 m,电阻是0.1,它的一条边与x轴重合.在拉力F的作用下,线框以10 m/s的速度水平向右匀速运动.试求:（1）拉力F的最大功率是多少?（2）拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区?答案 （1）1.6 W（2）0.048 J4.如图所示,在真空中速度v0=6.4103 m/s的电子束连续射入两平行板之间,板长L=12 cm,板间距离d=0.5 cm,两板不带电时,电子束将沿两板之间的中线做直线运动.在两板之间加一交变电压u=91sin100t V,若不计电子间的相互作用,电子电荷量 e=1.610-19 C,电子质量m=9.110-31 kg,不计电子打在极板上对
13、两极电压的影响.（1）在图中画出电子束可能出现的区域.（画斜线表示,要求有推理和计算过程）（2）如果以两极板刚加上交变电压时开始计时（t=0）,则何时进入交变电场的电子打在极板上具有最大的动能?答案 （1）见右图（2）（0.005+0.01n）s（n=0,1,2,）1.如图所示的交变电流,最大值为Im,周期为T,则下列有关该交变电流的有效值I,判断正确的是 （ ）A.I=B.ID.以上均不正确答案 B2.如图所示,把电阻R、电感线圈L、电容器C并联接到一交流电源上,三个电流表的示数相同.若保持电源电压大小不变,而将频率减小,则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是 （ ）A.I1=I2=I3B.I1I2I3C.I2I1I3D.I3I1I2答案 C3.如图所示,交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.4 m,ad=bc=0.2 m,线圈匝数N=100,电阻r=1,线圈在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以=100rad/s的角速度匀速转动,外接电阻R=9,以图示时刻开始计时,则 （ ）A.电动势瞬时值为160sin100 VB.t=0时线圈中磁通量变化率最大C.t=
