下列说法中正确的是(　　)
A．交流发电机是把其他形式的能转变为电能的装置
B．交流发电机是把电能转变为其他形式能的装置
C．交流发电机中电枢和磁极中不动的叫定子，转动的叫转子
D．交流发电机利用的是电磁感应原理
解析：选ACD.发电机显然是利用了磁场和导体相对运动产生感应电流的原理，即应用了电磁感应原理，把其他形式的能转化为电能，电枢和磁极中转动部分叫转子，固定不动的部分叫定子，A、C、D对，B错．
如图所示能产生交流电的是(　　)


解析：选BCD.紧扣交流电产生的条件可知，轴线须垂直于磁感线，但对线圈的形状没有特别要求．
(2012·宝鸡高二检测)一矩形线圈在匀强磁场中绕一固定转轴做匀速转动，当线圈刚好处于如图所示的位置时，则它的(　　)
A．磁通量最大，磁通量的变化率最小，感应电动势最小
B．磁通量最大，磁通量的变化率最大，感应电动势最大
C．磁通量最小，磁通量的变化率最大，感应电动势最大
D．磁通量最小，磁通量的变化率最小，感应电动势最小
解析：选C.线圈转到与中性面垂直时，磁场方向与线圈平面平行，线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，线圈产生的感应电动势最大，C对．
(2012·西安高二检测)如图所示为一矩形线圈abcd，已知ab边长为l1，bc边长为l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图示位置开始匀速转动，则t时刻线圈中的感应电动势为(　　)
A.Bl1l2ωsinωt
B.Bl1l2ωcosωt
C．Bl1l2ωsinωt
D．Bl1l2ωcosωt
解析：选D.公式e＝Emaxsinωt只适用于线圈平面从中性面开始计时的情况，若t＝0时线圈不在中性面，上述式子就不适用了，题中所给的初始时刻线圈平面与磁感线平行，即与中性面垂直，此时e＝Emaxsin＝Emaxcosωt＝Bl1l2ωcosωt，故应选D.


一、选择题
如图所示，各图线中表示交变电流的是(　　)


解析：选BCD.要充分理解交变电流的定义，A图表示的电流大小发生了周期性变化，但方向没有变化，B、C、D图中电流的大小和方向均发生了周期性变化，故选B、C、D.
关于两种不同形式的发电机，下列说法正确的是(　　)
A．两种发电机是按转子的不同而分类的
B．两种发电机都是线圈切割磁感线发电的
C．旋转电枢式发电机能提供的电压较高
D．旋转磁极式发电机能提供更大的电压
解析：选ABD.发电机有两种类型：一种是旋转电枢式发电机，这类发电机的电枢线圈是转子；另一种是旋转磁极式发电机，这类发电机的磁极是转子，故A正确．这两种发电机都是靠转子和定子间的相对运动，线圈切割磁感线而产生感应电动势的，故B正确．旋转电枢式发电机因线圈是转子，而线圈产生的电流要经滑环和电刷引到外电路，当产生较高电压时，更容易产生火花放电，可能会烧坏发电机，这样制约了其提供高电压；另外电枢大小、线圈匝数都受到限制．而旋转磁极式发电机的转子是磁极，定子是线圈且在外部，定子可以做得很大，能提供几千伏到几万伏的高电压，故C错，D正确．
从能量转化的角度看，下列关于发电机的能量转化情况描述，最能切中能量转化核心的是(　　)
A．把机械能转化为电能　　　    B．把热能转化为电能
C．把化学能转化为电能      D．把核能转化为电能
解析：选A.各种不同的发电机，最初利用的可能是不同形式的能量，如核电站是利用核反应堆产生的能量，但它最终是要转化为高温高压蒸汽的能量来驱动蒸汽轮机转动；水力发电站是利用水的机械能驱动水轮机转动；火力发电站是利用燃烧煤或其他燃料产生的高温高压蒸汽来驱动蒸汽轮机转动．可见无论什么类型的发电机，都是先将其他各种不同形式的能量转化为机械能，再最终转化为电能．
线圈在匀强磁场中匀速转动而产生交变电流，则(　　)
A．当线圈位于中性面时，感应电动势为零
B．当线圈通过中性面时，感应电流方向将改变
C．当穿过线圈的磁通量为零时，线圈中感应电流也为零
D．当线圈转过一周时，感应电动势方向改变一次
解析：选AB.当线圈位于中性面时，线圈不切割磁感线，所以感应电动势为零，且感应电流方向将改变，故当线圈转过一周时，感应电动势方向改变两次．当穿过线圈的磁通量为零时，线圈中感应电流最大．故选项A、B正确．
关于直流发电机和交流发电机，下列说法正确的是(　　)
A．交流发电机是利用电磁感应原理工作的，而直流发电机不是
B．交、直流发电机都是利用电磁感应原理工作的
C．直流发电机的结构中需要换向器用以保持电流方向形成直流
D．交流发电机的结构中需要换向器用以改变电流方向形成交流
解析：选BC.交、直流发电机都是利用电磁感应原理产生电流的，只是直流发电机在输出电流的滑环结构上与交流发电机不一致，直流发电机的滑环又叫换向器，用以保持电流的方向不变，形成直流．
如图所示，一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，则下列说法中正确的是(　　)


A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻，磁通量的变化率最小
C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大
D．0.02 s到0.03 s的时间内，交流电的电动势在增大
解析：选D.对A项，t＝0时，Φ最大，线圈位于中性面，A错．对B项，t＝0.01 s时，Φ＝0，但最大，B错误．对C项，t＝0.02 s时，Φ最大，＝0，交流电动势为零，C错．对D项，从0.02 s到0.03 s时间内，Φ减小，但增大，因此，交流电动势在增大，D对．
矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间(　　)
A．线圈平面与磁感线平行
B．通过线圈的磁通量最大
C．线圈中的感应电动势最大
D．线圈中感应电动势的方向突变
解析：选BD.在线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做中性面．根据这一定义，线圈平面经过中性面瞬间，通过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势为零，此后，感应电动势方向(即感应电流方向)将与原方向相反．所以正确选项为B、D.
如图所示，矩形线圈ABDC放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈以相同的角速度，分别绕OO′、AC、EF、AB轴线匀速转动，线圈中产生的最大感应电动势分别为E1、E2、E3、E4，则下面判断正确的是(　　)
A．E1＝E2，E3＝E4      B．E1＝E2＝E3，E4＝0
C．E1＝E2＝E3＝E4      D．E2＝E3，E1＝E4
解析：选B.线圈以相同的角速度，分别绕OO′、AC、EF轴线匀速转动时，线圈中产生的最大感应电动势的大小为Em＝BSω，和转轴的位置没有关系，绕AB轴线匀速转动时，线圈的AB、CD边没有切割磁感线，AC、BD是同方向切割磁感线，所以整个电路中的感应电动势为零．



如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动．沿着OO′观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时(　　)
A．线圈中感应电流的方向为abcda
B．线圈中的感应电流为
C．穿过线圈磁通量为0
D．穿过线圈磁通量的变化率为0
解析：选BC.图示位置为垂直于中性面的位置，此时通过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电流也最大，I＝＝，由右手定则可判断出线圈中感应电流的方向为adcba.
交流发电机在工作时的电动势为e＝Emaxsinωt，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为(　　)
A．Emaxsin2ωt      B．2Emaxsin2ωt
C．Emaxsin      D．2Emaxsin
解析：选B.感应电动势e＝Emaxsinωt，其中Emax表示线圈在转动过程中产生的感应电动势的最大值，当线圈平面和磁场方向平行时感应电动势最大．Emax＝NBSω，ω＝2πn，n为转速，N为线圈匝数，S为线圈面积，当转速为2n时，角速度为2ω，感应电动势e＝NBS·2ωsin2ωt＝2Emaxsin2ωt.
二、非选择题
一矩形线圈，面积为S，匝数为N，在场强为B的匀强磁场中绕着中轴OO′做匀速转动，角速度为ω，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面时开始计时，求：
(1)线圈中感应电动势的最大值．
(2)线圈中感应电动势随时间变化的表达式．
(3)若线圈中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？
(4)线圈中的电流瞬时表达式．
解析：(1)感应电动势的最大值Em＝NBL1L2ω＝NBSω.
(2)因为电动势的最大值Em＝NBSω，角速度ω，线圈转到中性面开始计时，所以电动势的瞬时值表达式是e＝NBSωsinωt.
(3)根据欧姆定律，电路中电流最大值为
Im＝＝.
(4)因为电路中电流的最大值为Im＝＝，所以通过负载的电流的瞬时值表达式是i＝sinωt.
答案：(1)Em＝NBSω　(2)e＝NBSωsinωt
(3)Im＝　(4)i＝sinωt
一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s.
(1)写出感应电动势的瞬时值表达式．
(2)若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式．在t＝ s时电流的瞬时值为多少？
解析：(1)因为电动势的最大值Em＝311 V，角速度ω＝100π rad/s，所以电动势的瞬时值表达式是
e＝311sin(100πt)V.
(2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为Im＝＝ A＝3.11 A，所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是
i＝3.11sin(100πt)A.
当t＝ s时，电流的瞬时值为
i＝3.11sin＝3.11× A＝1.555 A.
答案：(1)e＝311sin(100πt)V
(2)i＝3.11sin(100πt)A；
当t＝ s时，电流的瞬时值为i＝1.555 A


交流发电机原理的定量分析
　

若线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经时间t：
线圈转过的角度为ωt
?
ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ωt
?

?
ab边产生的感应电动势：eab＝BLabvsinθ＝sinωt
?

?
Ｋ