2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练专题5.16 发电问题(基础篇)(原卷版)

2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-2）

第五部分 交变电流 专题5.16 发电问题（基础篇）

一．选择题

1．（2018山西吕梁市孝义市一模）图甲所示为一发电机的原理图，发电机产生的交变电流接图乙中理想变压器的原线圈。已知变压器原、副线圈的匝数之比为22：1，发电机输出电压u随时间t变化的规律如图丙所示，发电机线圈电阻忽略不计，则（ ）

A．电阻两端电压的瞬时值表达式为u=10sin 50πt（V） B．电压表示数为10V

C．若仅使发电机线圈的转速增大一倍，则变压器副线圈输出电压的频率增大一倍，而电压表示数不变 D．若仅使电阻R增加，则电流表示数不变

2．(2016·山东济南高三月考)某小型旋转电枢式发电机所产生的交变电动势为110 V、频率为60 Hz，要使它产生的电动势变为220 V、频率变为50 Hz，需要调整线圈的转速n、匝数N或磁感应强度的大小B。下列调整合适的是( )

A．使n变为原来的1.2倍，B变为原来的2倍，N变为原来的1.2倍 55

B．使n变为原来的，B变为原来的，N变为原来的2倍

665

C．使n变为原来的，N变为原来的2倍，B不变

65

D．使n变为原来的，N变为原来的2.4倍，B不变

6

3.小型交流发电机的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间的关系是正弦函数．将发电机与一个标有“6 V、6 W”的小灯泡连接形成闭合回路，不计电路的其他电阻．当线圈的转速为n＝5 r/s时，小灯泡恰好正常发光，则电路中电流的瞬时值表达式为( ) A．i＝sin 5t(A)

B．i＝sin 10πt(A)

C．i＝1.41sin 5t(A) D．i＝1.41sin 10πt(A)

4．（2016河南开封一模）如右图所示，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如图乙所示。发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为9 Ω恒定不变，则下列说法中正确的为 ( )

乙

甲

A．电压表的示数为6V B．发电机的输出功率为4W

C．在l.0×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量最大 D．在1.0×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大

5. ( 2016湖北七市(州)联考)一交流发电机和理想变压器按如图电路连接。已知该发电机线圈匝数为N，电阻为r，当线圈以转速n匀速转动时，电压表示数为U，灯泡（额定电压为U0，电阻恒为R）恰能正常发光，则（电表均为理想电表）

A．变压器的匝数比为U∶U0

U02B．电流表的示数为

URC．在图示位置时，发电机线圈的磁通量为

2U 2NnD．从图示位置开始计时，变压器输入电压的瞬时值表达式为u= Usin(2nπt)

6.（2019雄安新区高三模拟）图甲为风力发电的简易模型。在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁铁转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时，传感器显示如图乙所示，则( )

A．磁铁的转速为10 r/s

B．线圈两端电压的有效值为6 V

C．交变电流的电压表达式为u＝12sin 5πt V

D．该交变电流可以直接加在击穿电压为9 V的电容器上

7．（2019昆明质检）如图甲所示，一定值电阻R与一理想交流电流表串联，且通过电刷与匝数为N、面积为S、阻值为r的正方形线框相连接，正方形线框处在水平向右的磁感应强度大小为B的匀强磁场中，现使线框绕中心轴线OO′以恒定的角速度ω转动。从某时刻开始计时，线框中产生的感应电动势随时间的变化规律如图乙所示。则( )

A．0～t1时间内，穿过线框的磁通量的变化量大小为NBS B．t1～t2时间内流过定值电阻的电荷量为

NBS RC．t5时刻穿过线框的磁通量的变化率为NBSω D．t5时刻理想交流电流表的读数为二、计算题

1.（2019山西吕梁期末）如图所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道宽为d，上、下两面是绝缘板，前后两侧M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B、方向沿z轴正方向。管道内始终充满导电液体（有大量带电离子），开关S闭合前后，液体均以恒定速率v0沿x轴正方向流动。

NBS2(Rr)

（1）开关S断开时，求M、N两导体板间电压U0；

（2）开关S闭合后，设M、N两导体板间液体的电阻为r，导电液体中全部为正离子，且管道中所有正离子的总电荷量为Q。求：

a．通过电阻R的电流I及M、N两导体板间电压U；

b．所有正离子定向移动时沿y轴方向所受平均阻力的大小Ff。

2.(15分)(2018·江苏省南京市、盐城市高三模拟)旋转磁极式发电机通过磁极的旋转使不动的线圈切割磁感线而产生感应电流，其原理示意图可简化为：如图7所示，固定不动的单匝矩形线圈abcd的电阻为r，外电阻为R，磁场绕转轴OO′匀速转动，角速度为ω。图中的电压表为理想电表，示数为U。求：

(1)发电机线圈内阻消耗的功率；

(2)从图示位置开始计时，t＝0时，通过外电阻R的电流及方向； 1

(3)从图示位置开始计时，t＝T时，穿过矩形线圈abcd的磁通量。

4

3.（2019东城区联考）如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r＝0.10 m、匝数n＝20匝的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图乙所示）。在线圈所在位置磁感应强度的大小均为B0.20T，线圈的电阻为R1＝0.50 Ω，它的引出线接π有R2＝9.50 Ω的小电珠L。外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过小电珠。当线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示时（摩擦等损耗不计）。求：

(1)小电珠中电流的峰值； (2)电压表的示数；

(3)t＝0.01 s时外力F的大小；

(4)在不改变发电装置结构的条件下，要使小灯泡的功率提高，可采取什么办法?（至少说出两种方法） 4.(2017·开封模拟)如图所示，一个半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B。M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：

(1)感应电动势的最大值。

1

(2)从图示位置起转过转的时间内负载电阻R上产生的热量。

41

(3)从图示位置起转过转的时间内通过负载电阻R的电荷量。

4(4)求出电流表的示数。

5.（2004天津理综）磁流体发电是一种新型发电方式，题13-5图1和图2是其工作原理示意图。图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻R1相连。整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示。发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为v0，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差p维持恒定，求：

题13-5

（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大； （2）磁流体发电机的电动势E的大小； （3）磁流体发电机发电导管的输入功率P。

6.（2012·安徽理综）图14-3-甲是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线图abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO’转动，由线圈引起的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO’转动的金属圈环相连接，金属圈环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电话电阻R形成闭合电路。图14-3-乙是线圈的住视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示。已知ab长度为L1, bc长度为L2,线圈以恒定角速度ω逆时针转动。（只考虑单匝线圈）

（1） 线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1 的表达式； （2） 线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图14-3-丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；

（3） 若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。（其它电阻均不计）