北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 物理
综合检测（十三） 交变电流
时间:90分钟 满分100分
一、单项选择题（本题共13个小题，每个小题3分，共39分。在每个小题给出的四个选项中，只
有一个选项是符合题目要求的）
1．随着国家“双碳”计划的推进，单相发电机得到更为广泛的应用。如图甲为单相电交流发电机内
部结构图，匝数为N的矩形线圈位置不变，磁铁绕轴转动后，线圈中生成正弦波形交变电流如图乙
所示，其电动势峰值为 ，周期为T，回路总电阻为R，则在 时间内通过线框截面的电荷量为
（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】在 时间内磁通量的变化量 ，根据 ，A正确。
故选A。
2．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为 10:1，原线圈接有正弦交流电源 u＝220
sin314t(V)，副线圈接电阻R，同时接有理想交流电压表和理想交流电流表。则下列说法中正确的是
（ ）
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A．电压表读数为22 V
B．若仅将原线圈的匝数减小到原来的一半，则电流表的读数会增加到原来的2倍
C．若仅将R的阻值增加到原来的2倍，则变压器输入功率增加到原来的4倍
D．若R的阻值和副线圈的匝数同时增加到原来的2倍，则变压器输入功率不变
【答案】B
【解析】根据u=220 sin314t（V）可知，原线圈的电压有效值为U1=220V，电压表的读数为变压
器的输出电压的有效值，由 得电压表读数为：U2=22V，故A错误；若仅将原线圈的匝数减
小到原来的一半，根据 可知，U2增大到原来的2倍，由 可知，电流表的读数增大到原
来的2倍，故B正确；若仅将R的阻值增加到原来的2倍，则变压器的输出电压不变，根据
可知次级功率变为原来的一半，则变压器输入功率变为原来的一半，选项C错误；若副线圈匝数增
加到原来的2倍，则U2增加到原来的2倍，同时R的阻值也增加到原来的2倍，故输出功率
变为原来的2倍，故D错误。
3．如图所示.理想变压器原线圈M、N端接一电压有效值恒定不变的交变电流，副线圈 、 端接
一灯泡L恰好正常发光，初始时滑动变阻器的滑片 P位于图中所示位置，导线电阻不计.现将滑片P
下移，则以下说法中正确的是
A．灯仍能正常发光，原线圈输入功率不变
B．灯仍能正常发光，原线圈输入电流变小
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C．灯变亮，原线圈输入功率变大
D．灯变暗，原线圈输入电流变小
【答案】B
【解析】变压器原副线圈两端电压等于原副线圈匝数之比，正弦交流电压有效值保持不变，所以副
线圈按两端的电压不变，即灯泡两端电压保持不变，灯泡仍能正常发光；滑片下移，滑动变阻器接
入电路中的电阻增大，副线圈总电流减小，副线圈电功率减小，由于变压器的输入功率等于输出功
率，则原线圈输入功率减小，正弦交流电压不变，所以输入电流变小，故选B.
4．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
随时间按正弦规律变化(如图),则 ( )
A.t=0.5 s时,线圈平面平行于磁感线
B.t=1 s时,线圈中的感应电流最大
C.t=1.5 s时,线圈中的感应电动势最大
D.t=2 s时,线圈中的感应电流方向将改变
答案 B t=0.5 s时,磁通量最大,线圈处在中性面上,线圈平面垂直于磁感线,A错误;t=1 s时,磁通量为零,
线圈平面与磁感线平行,则线圈中的感应电流最大,B正确;t=1.5 s时,磁通量最大,磁通量变化率为零,则此时
线圈中的感应电动势为零,C错误;t=2 s时,磁通量为零,感应电动势最大,此时线圈中的感应电流方向不改
变,D错误。故选B。
5．如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为 10：1，原线圈串联一理想电流表，并接入内阻不计、
的交流电。定值电阻 ，C为电容器，电流表示数为0.28A，则电
容器两端的电压为（ ）
A．0 B．2V C．8V D．10V
【答案】B
【解析】根据题意可知，原线圈两端的电压为100V，根据变压比，即
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可知，副线圈两端的电压为 10V，根据变流比，即 可知，副线圈中的电流为2.8A，由
欧姆定律，即 可知， 、 中的电流均为1A，则流过 的电流为0.8A，则 两端的电压为
8V，因此电容器两端的电压为2V，ACD错误，B正确。
故选B。
6．图示为高铁的供电流程图,牵引变电所(视为理想变压器,原、副线圈匝数比为n∶n)将高压220 kV或110
1 2
kV降至27.5 kV,再通过接触网上的电线与车顶上的受电器使机车获得25 kV的工作电压,则 ( )
A.若电网的电压为220 kV,则n∶n=1∶8
1 2
B.若电网的电压为110 kV,则n∶n=22∶5
1 2
C.若高铁机车运行功率增大,机车工作电压将会高于25 kV
D.高铁机车运行功率增大,牵引变电所至机车间的热损耗功率也会随之增大
答案 D 若电网的电压为220 kV,则n∶n=220 kV∶27.5 kV=8∶1,若电网的电压为110 kV,则n∶n=110
1 2 1 2
kV∶27.5 kV=4∶1,故A、B错误;若高铁机车运行功率增大,即副线圈输入功率增大,由于副线圈电压不变,则
牵引变电所电流增大,热损耗功率增大,导线电阻引起的损耗电压增大,机车工作电压将会低于25 kV,C错误,D
正确。故选D。
7．如图,交流电源的输出电压为u,频率为f,A、B、C三灯亮度相同。下列说法正确的是 ( )
A.拔出电感线圈L中的铁芯后,B灯将变暗
B.在电容器C 中插入电介质之后,C灯将变暗
1
C.将交流电源的频率提高为2f时,A灯亮度不变,B灯变暗,C灯变亮
D.改接输出电压为u的直流电源时,A灯将变亮,B灯将变暗,C灯将熄灭
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答案 C 根据感抗X =2πfL可知拔出电感线圈中的铁芯后,L变小,感抗变小,B灯将变亮,故A错误;根据电容的决定
L
ε S 1
式C= r ,在电容器C 中插入电介质后,电容C变大,根据容抗X = 可知容抗变小,C灯将变亮,故B错误;将交
4πkd 1 C 2πfC
1
流电源的频率提高为2f时,电阻不变,故A灯亮度不变,根据感抗X =2πfL可知感抗变大,B灯变暗,根据容抗X =
L C
2πfC
可知容抗变小,C灯变亮,故C正确;改接输出电压为u的直流电源时,电阻不变,A灯亮度不变,感抗减小到零,B灯将变
亮,直流电流不能通过电容器,C灯将熄灭,故D错误。
8．如图所示，一理想变压器绕有三个线圈（原线圈1和副线圈2、3），理想电流表接在原线圈的输
入电路上，且原线圈 1中接入一电压稳定的正弦交流电；若将一定值电阻接在副线圈 2的输出端
ab，电流表的示数为I；若将该定值电阻接在副线圈3的输出端cd，电流表的示数为4I；则两副线圈
2、3的匝数比为（ ）
A．l：8B．1：4 C．1：3 D．l：2
【答案】D
【分析】利用副线圈中的功率决定原线圈的输入功率，和公式 解析
【解析】设电阻为R，原线圈两端电压为U，副线圈2两端电压为 ，副线圈3两端电压为 ，则
，
解得 ，所以 ，故选D。
9．如图所示，将a，b接入正弦交流电中，电路中所有电表和变压器是理想的。若交流电频率变成
原来的两倍，下列说法正确的是（ ）
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A．电压表示数不变
B．变压器输入功率变为原来的两倍
C．电流表A1的示数变为原来的两倍
D．电阻R的功率变为原来的两倍
【答案】C
【解析】频率变为原来两倍，根据公式 ，又 ，
可知，电压和电流最大值和有效值也变为原来两倍，A错误，C正确；
根据公式 可得变压器和输入功率和电阻的功率为原来的四倍，BD错误。
故选C。
10．手摇式发电机是我们教学中常用的演示工具，如图甲所示，可以简化为图乙。一个小型旋转电
枢式交流发电机的矩形线圈面积为S，匝数为n，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中
以矩形线圈中轴线为轴以角速度ω匀速转动，产生的交流电通过M、N与外电路连接，如图所示，
外电路电灯电阻为R，电压表为理想交流电表。在线圈由平行于磁场方向位置转过 90°的过程中，下
面说法正确的是（ ）
A．电压表V的示数为
B．通过灯泡的电荷量为
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C．电灯中产生的焦耳热为
D．当线圈由平行于磁场方向位置转过90°时，流过线圈的电流为
【答案】C
【解析】电动势
当线圈平行于磁场方向时电动势最大，其峰值
所以，有效电流
电压表示数
故A错误；
通过灯泡的电荷量为
故B错误；
电动势的有效值
电流的有效值
电灯中产生的焦耳热
故C正确；
流过线圈的电流为
故D错误。
故选C。
11．如图，理想变压器原线圈与定值电阻R0串联后接在电压U0＝36 V的交流电源上，副线圈接理
想电压表、电流表和滑动变阻器R，原、副线圈匝数比为1∶3，已知R0＝4 Ω，R的最大阻值为100
Ω。现将滑动变阻器R的滑片P向下滑动，下列说法错误的是（ ）
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A．电压表示数变小，电流表示数变大
B．电源的输出功率变小
C．当R＝4 Ω时，电压表示数为10.8 V
D．当R＝36 Ω时，R获得的功率最大
【答案】B
【解析】由理想变压器的特点可知 ,
可知
滑动变阻器R的滑片P向下滑动，R减小，所以I1变大，则I2变大，故电流表示数变大，电源的输
出功率为
则电源的输出功率变大，原线圈两端电压
因为I 变大，所以U 减小，得U 减小，电压表示数减小，故A正确，不符合题意；B错误，符合题
1 1 2
意；
原线圈与副线圈两端电压之比为
电流之比I ∶I ＝3∶1
1 2
联立可得
即
电压表示数为
故C正确，不符合题意；
R获得的功率
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当 ，R获得的功率最大，此时R＝9R0＝36 Ω
故D正确，不符合题意。
故选B。
12．如图所示,一个面积为S的单匝金属线圈(电阻不计)在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定的角
速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴 OO'匀速转动,线圈两端通过电刷与图示的电路连接。其中电阻
R =R,光敏电阻R 在无光照时其阻值也为R(其电阻随光照强度增大而减小),理想变压器的原、副线圈
1 2
的匝数比为n,电表皆为理想电表,则( )
A.开关S处于闭合状态,当R 上端串联理想二极管(正向电阻为零,反向电阻无穷大)时,电流表的示数
2
不变
B.当开关S断开、R 用黑纸包裹时,R 两端电压的有效值为 √2BSω
2 2
2(1+n2
)
C.从图示位置开始计时,线圈转动时产生感应电动势的瞬时值表达式为e=BSω cos ωt
D.开关S处于闭合状态,当减小光照强度时,电压表的示数变大,电流表的示数变大
答案 C 由于理想二极管具有单向导电性,在一个周期内有U2 ·T+0=U '2 ·T,可知电阻R 消耗的
2 2 2
R 2 R
2 2
功率减小,原线圈输入功率减小,电流表示数将减小,A错误;开关S断开时,电阻R 和理想变压器原线
1
圈串联,根据串联电路规律和理想变压器变压规律有 U '=BSω-I 'R ,U' =n,I' =1,I' =U' ,联
1 1 1 1 1 2 2
√2 U' I' n R
2 2 2
立解得I '= √2BSω ,U '=√2nBSω,B错误;从题图示位置开始计时,线圈转动时产生感应电动势的
1 2
2R(1+n2
)
2(1+n2
)
瞬时值表达式为e=BSω cos ωt,C正确;减小光照强度时,R 电阻增大,副线圈的电压由原、副线圈
2
匝数比和原线圈电压决定,电压表的示数不变,通过R 的电流减小,电流表示数减小,D错误。
2
13．《浙江省能源发展“十四五”规划》指出，到2025年全省风电装机达到641万千瓦以上，其中在宁波、温州、
舟山、台州等海域打造3个以上百万千瓦级海上风电基地。风力发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片
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转速为每秒k转，通过转速比为1:n的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀
强磁场的磁感应强度为B，t=0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压
后；输出电压为U。忽略线圈电阻，下列说法正确的是（ ）
A．t=0时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大
B．发电机输出交变电流的频率为k
C．变压器原、副线圈的匝数比为
D．发电机产生的瞬时电动势e=2πknNSBsin（2πkn）t
【答案】D
【解析】t=0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，故 A错误；
由题意可得发电机线圈的转速为nk，则发电机输出的交变电流的频率为 ，故B错误；发电机产生的交变电
流的最大值为 ，交变电流的有效值为 ，根据变压器原副线圈匝数关系
可得原副线圈匝数比为 ，故C错误；发电机产生的瞬时电动势为
，故D正确。
二、多项选择题（本题共2小题，每小题3分，共6分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两
个以上选项符合题目要求。全部选对的得3分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
14．某燃气灶的点火装置原理如图甲所示，转换器将直流电转换为如图乙所示的正弦式交流电，通
过一台高压脉冲变压器进行升压，当放电针与钢板间电压的瞬时值达到 10kV时放电针开始放电，
放电火花点燃可燃气体，图甲中高压脉冲变压器的原、副线圈的匝数分别为 、 ，电压表为理想
交流电压表。下列说法正确的是（ ）
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A．放电针每秒点火50次
B．电压表的示数为7.07V
C．脉冲变压器匝数比应满足
D．所用直流电压的电动势不得低于10V
【答案】BC
【解析】由图像可知，通过脉冲高压变压器上的交流电频率为 ，每秒有40个峰值，点火40次，
A错误；电压表的示数为有效值为 ，B正确；点火电压（副线圈的峰值电压）需要峰
值达到 以上，根据变压规律 ，脉冲变压器匝数比需要满足 ，C正确；直流
电压不一定大于原线圈电压的最大值，D错误。
15．如图所示为远距离输电示意图，升压变压器的原、副线圈匝数为 ，一座小型发电站的输出
电压为 ，输出的电功率为 ，升压变压器原、副线圈两端的电压分别为 、 ，输电导线的总电
阻为 ，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A．输电线上的电流大小 B．输电线上损失的电压
C．输电线上损失的功率 D．用户得到的功率
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【答案】BD
【解析】对于理想变压器有 ， ，联立解得 ，故A错误；输电线上损失
的电压为 ，故B正确；输电线上损失的功率 ，故C错误；用户得到
的功率 ，故D正确。
三、实验题（共14分）
16-Ⅰ．（6分）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中
（1）除变压器外，实验时需要的仪器为图中的 （填选项字母）
（2）一次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为 400匝和 200匝，测得的电压分别为 和
，发现电压比与匝数比并不相等，主要原因是
（至少写出两点）
（3）某同学在完成上述实验后，用多用电表测量变压器原线圈的电阻，测量时选择开关如图甲、指
针偏转如图乙所示，则线圈电阻为 。
试卷第12页，共16页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 物理
【答案】（1）BE （2）有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压 （3）20~22
【解析】（1）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，除变压器外，还需要低压学
生交流电源及多用电表，故选BE；
（2）实验中，发现电压比与匝数比并不相等，主要原因可能是：有漏磁、铁芯发热、导线发热等影
响电压，从而出现电压之与匝数之比不相符的情况；
（3）测量时选择开关如图甲，则可判断测电阻所用倍率为“ ”挡，指针偏转如图乙所示，读数
为20~22 ，故所测线圈电阻大约为20 1~22 1 。
16-Ⅱ．（8分）某同学利用如图甲所示器材做探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验。
(1)该同学按图乙连接电路，变压器的左侧线圈接线柱0、8与学生电源的“稳压6V”接线柱相连。闭
合开关，用多用电表测得右侧线圈0、4接线柱之间的电压为 。
A．0 B．3.0V C．6.0V D．12.0V
(2)正确连接电路后，变压器选用左侧 0、2接线柱和右侧0、4接线柱进行实验，用多用电表测得左
侧0、2之间的电压为 ，右侧0、4之间的电压为 ，数据如下表所示，可判断学生电源接在了接
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线柱 上（选填“左侧0、2”或“右侧0、4”）。
实 验 次
1 2 3 4 5
数
3.0
1.00 1.90 4.00 4.80
0
6.1
2.10 4.00 8.20 10.00
0
(3)实验室中还有一个变压器，如图丙所示。现要测量A、B线圈的匝数，实验步骤如下：
①取一段漆包线，一端与A线圈上端接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制 n
匝线圈，漆包线另一端与交流电源一端相连，A线圈下方接线柱与交流电源另一端相连接。
②用多用电表的交流电压挡先后测出交流电源两端的电压 和B线圈的输出电压U；
③用多用电表的交流电压挡测出A线圈两端的电压 。
如果把该变压器看作理想变压器，则A、B线圈的匝数 ， （用题中给出的字
母表示）。
【答案】(1)A (2)右侧0、4 (3)
【解析】（1）变压器是根据互感现象进行工作的，由题图可知，原线圈连接的电压为直流电压，因
此副线圈两端的电压为0。
故选A。
（2）由于有漏磁，副线圈测量电压小于理论值，所以 为副线圈，可判断连接交流电源的原线圈
是右侧0、4。
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（3）根据变压器电压比等于匝数比，有 ，
解得 ，
四、计算题（共41分，需要写出必要的文字说明和解题过程，只写出结果，没有过程不能得分）
17．（8分）如图所示，位于竖直平面内的矩形金属线圈 ，可绕过 和 边中点且垂直于磁场方向的轴
匀速转动。已知矩形线圈 边和 边的长度 ， 边和 边的长度 ，匝数 匝，线
圈的总电阻 。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D（集流环）焊接在一起，并通过电刷同
的定值电阻相连接。线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场，磁感应强度 。在外力驱动下线圈绕
轴 转动的角速度 。计算中取 。求：
（1）通过电阻R的电流最大值；
（2）在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热；
（3）线圈由图示位置（即线圈平面与磁场方向垂直的位置）转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量。
【答案】（1） ；（2） ；（3）
【解析】（1）由题意，根据法拉第电磁感应定律，可得线圈中产生感应电动势的最大值为 ，
其中 ，代入相关数据求得 ，根据闭合电路欧姆定律，得通过电阻R的电流
最大值
（2）线圈中产生感应电流的有效值为
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得在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热 ，
联立代入相关数据求得
（3）线圈由图示位置（即线圈平面与磁场方向垂直的位置）转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量
， ，代入相关已知数据求得
18.（11分）如图甲所示为某一发电机的实物模型，其工作原理可简化为如图乙所示：强磁场的磁感
应强度大小为 矩形线圈的总电阻为0.3Ω、匝数为50匝、面积为 ，可绕垂直于匀强磁场的
轴匀速转动。现将该发电机接在理想变压器的原线圈上，副线圈接有规格均为“220V，110W”的灯
泡 、 ，如图丙所示，现在使发电机匀速转动，使两灯泡均正常发光，已知理想变压器的原副线
圈匝数之比为1：10，电压表为理想交流电表，其余电阻均不计。求：
（1）理想交流电压表的读数；
（2）手摇发电机匀速转动的角速度。
【答案】（1） ；（2）
【解析】（1）由题意可知副线圈两端电压为
根据理想变压器变压规律可得原线圈两端电压，即理想交流电压表的读数为
（2）副线圈中的电流为
根据理想变压器变流规律可得原线圈中的电流为
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设发电机匀速转动的角速度为ω，则产生的感应电动势的最大值为
有效值为
根据闭合电路欧姆定律可得
联立解得
19．（11分）有一台内阻为1 Ω的发电机，供给一学校照明用电，如图所示。升压变压器原、副线圈匝数比为
1∶4，降压变压器原、副线圈匝数比为4∶1，输电线的总电阻为4 Ω。全校共有22个班，每班有“220 V 40 W”灯6
盏，若保证全部电灯正常发光，则
（1）发电机的输出功率多大？
（2）发电机的电动势多大？
（3）输电效率为多少？
【答案】（1）5 424 W；（2）250 V；（3）97.3%
【解析】（1）降压变压器的输出功率为P=40×22×6 W=5 280 W
降压变压器副线圈的电流I= ×6×22 A=24 A
4
降压变压器原线圈的电流I= I= ×24 A=6 A
3 4
输电线损失的功率ΔP=I2R=144 W
3
所以输入功率P=5 280 W＋144 W=5 424 W
（2）降压变压器原线圈电压为U= U=4×220 V=880 V
3 4
输电线上损失的电压为ΔU=IR=24 V
3
升压变压器的输出电压为U=880 V＋24 V=904 V
2
所以发电机原线圈电压U= U= ×904 V=226 V
1 2
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发电机原线圈中电流为I= I=4×6 A=24 A
1 2
发电机内阻分压Ur=24×1 V=24 V
电动势为E=226 V＋24 V=250 V
（3）用户获得的实际功率P =22×40×6 W=5 280 W
用
则输电效率η= ×100%=97.3%
20．（11分）有一种为自行车自带车头灯供电的小型交流发电机，如图甲所示为其结构示意图，图
中 N、S 是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过 bc 边中点，与 ab 边平行，
它的一端有一半径 r ＝1.0cm 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
0
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＝20cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感应强度 B＝0.010T，自行车车轮的半
径R ＝35cm，小齿轮的半径R ＝4.0cm，大齿轮的半径R ＝10.0cm，现从静止开始使大齿轮加速转
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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＝3.2V？（假定摩擦小轮与自行
车轮之间无相对滑动）
【答案】
【解析】当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正
弦交流电，电动势最大值
式中 为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度，发电机两端电压的有效值
设自行车车轮转动的角速度为 ，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，有
小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同，也为 ，设大齿轮转的角速度为 ，有
试卷第18页，共16页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 物理
由以上各式解得
代入数据得
试卷第19页，共16页
