2019-2020學年高中物理 第五章 交變電流 第1節(jié) 交變電流練習（含解析）新人教版選修3-2

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1、第五章　第1節(jié)　交變電流 「基礎達標練」 1．關于交變電流與直流電的說法中，不正確的是(　　) A．如果電流大小做周期性變化，則不一定是交變電流 B．直流電的大小可以變化，但方向一定不變 C．交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的 D．交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性變化 解析：選C　交變電流與直流電的區(qū)別是電流方向是否發(fā)生變化，如果電流大小做周期性變化而電流方向不變，則為直流電，A選項正確；直流電的大小可以變化，但方向一定不變，B選項正確；交流電的衡量標準是電流方向是否發(fā)生變化，如果電流的方向發(fā)生變化，就是交流電，交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性變化，不一定是

2、按正弦或余弦規(guī)律變化的，C選項錯誤，D選項正確． 2.(多選)如圖所示，矩形線框置于豎直向下的磁場中，通過導線與靈敏電流表相連，線框在磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸勻速轉動，圖中線框處于豎直面內，下述說法正確的是　　(　　) A．因為線框中產生的是交變電流，所以電流表示數(shù)始終為零 B．線框通過圖中位置瞬間，穿過線框的磁通量最大 C．線框通過圖中位置瞬間，通過電流表的電流瞬時值最大 D．若使線框轉動的角速度增大一倍，那么通過電流表電流的峰值也增大一倍 解析：選CD　線框在勻強磁場中勻速轉動時，在中性面即線框與磁感線垂直時，磁通量最大，感應電動勢最小，而在題中圖示位置線框與磁感線平行時，

3、磁通量最小，感應電動勢最大，A、B錯誤，C正確；由交變電流的峰值表達式Im＝可知，角速度增大一倍后，電流的峰值增大一倍，D正確． 3.矩形線圈在磁場中勻速轉動時，產生的感應電動勢最大值為50 V，那么該線圈由圖所示位置轉過30°，線圈中的感應電動勢大小為(　　) A．50 V　　　　　　　　 　B．25 V C．25 V D．10 V 解析：選B　由題中條件可知交變電流瞬時值的表達式為e＝50cos ωt V＝50cos θ V，當θ＝30°時，e＝25 V，B正確． 4．(多選)如圖甲所示，“”形金屬導軌水平放置，導軌上跨接一金屬棒ab，與導軌構成閉合回路，并能在導軌上自由

4、滑動．在導軌左側與ab平行放置的導線cd中通以如圖乙所示的交變電流，規(guī)定電流方向自c向d為正，則ab棒受到向左的安培力的時間是(　　) A．0～t1 B．t1～t2 C．t2～t3 D．t3～t4 解析：選AC　0～t1時間內，電流逐漸增大，線框中磁場變大，由楞次定律可知，B變大，S有變小趨勢，ab棒受力向左；t1～t2時間內，電流逐漸變小，線框中磁場變小，由楞次定律可知，B變小，S有變大趨勢、ab棒受力向右；同理，t2～t3、受力向左；t3～t4，受力向右，選項A、C正確． 5.如圖所示，在水平方向的勻強磁場中，有一單匝矩形導線框可繞垂直于磁場方向的水平軸轉動．在線框由水

5、平位置以角速度ω勻速轉過90°的過程中，穿過線框面的最大磁通量為Φ，已知導線框的電阻為R，則下列說法中正確的是(　　) A．導線框轉到如圖所示的位置時電流的方向將發(fā)生改變 B．導線框轉到如圖所示的位置時電流的方向為badc C．以圖中位置作為計時起點，該導線框產生的交流電瞬時值表達式為e＝Φωsin ωt D．以圖中位置作為計時起點，該導線框產生的交流電瞬時值表達式為e＝Φωcos ωt 解析：選D　圖中位置為電流最大值位置，A錯誤；根據(jù)右手定則，B錯誤；以圖中位置開始計時，瞬時值表達式為e＝Φωcos ωt，C錯誤，D正確． 6．矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，從中性面開始轉動

6、180°角過程中，平均感應電動勢和最大感應電動勢之比為(　　) A. B. C．2π D．π 解析：選B　線圈從中性面轉過180°角過程中，磁通量的變化為ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BS－(－BS)＝2BS，平均感應電動勢＝＝＝，最大感應電動勢Em＝NBSω，則平均感應電動勢和最大感應電動勢之比為，B正確． 7.一臺發(fā)電機的結構示意圖如圖所示，其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極，它們的表面呈半圓柱面形狀．M是圓柱形鐵芯，鐵芯外套有一矩形線圈，線圈繞鐵芯M中心的固定轉軸勻速轉動．磁極與鐵芯之間的縫隙中形成沿半徑方向的輻向磁場．從如圖所示位置開始計時，規(guī)定此時電動勢為正值，選項圖中能正確反映線圈中的

7、感應電動勢e隨時間t的變化規(guī)律的是(　　) 解析：選D　由于磁場為沿半徑的輻向磁場，可以認為磁感應強度的大小不變，線圈始終垂直切割磁感線，所以產生的感應電動勢大小不變，由于每個周期磁場方向要改變兩次，所以產生的感應電動勢的方向也要改變兩次，選項D正確． 8.如圖所示，勻強磁場的磁感應強度B＝ T，邊長L＝10 cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻r＝1 Ω，線圈繞垂直于磁感線的軸OO1勻速轉動，角速度ω＝2π rad/s，外電路電阻R＝4 Ω.求： (1)轉動過程中線圈中感應電動勢的最大值； (2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉過30°角的過程中產生的平均感應電動

8、勢． 解析：(1)設轉動過程中感應電動勢的最大值為Em，則Em＝NBL2ω＝100××0.01×2π V＝2 V. (2)設由圖示位置轉過30°角的過程中產生的平均感應電動勢為，則＝N，Δt＝，ΔΦ＝BL2sin 30°，代入數(shù)據(jù)解得E＝ V. 答案：(1)2 V　(2) V 「能力提升練」 1．長為a、寬為b的矩形線圈，在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁場的OO′軸以恒定的角速度ω旋轉．設t＝0時，線圈平面與磁場方向平行，則此時的磁通量和磁通量的變化率分別是(　　) A．0,0　　　　　　　　　 　B．0，Babω C.，0 D．Bab，Babω 解析：選B　實際上

9、，線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸轉動時，產生交變電動勢e＝Emcos ωt＝Babωcos ωt.當t＝0時，cos ωt＝1，雖然磁通量Φ＝0，但是電動勢有最大值，即Em＝Babω，根據(jù)法拉第電磁感應定律E＝n，可知當電動勢為最大值時，對應的磁通量的變化率也最大，即Em＝max＝Babω.綜上所述，正確選項為B. 2.(多選)(2018·貴陽月考)如圖所示，邊長為l的正方形單匝金屬線圈PQMN，左半部分處在方向垂直于線圈平面向里的勻強磁場中，磁感應強度的大小為B、線圈的PN邊從圖中位置按俯視的逆時針方向，以線速度v繞固定對稱軸沿OO′勻速轉動90°，則此過程線圈中　　(　　)

10、A．感應電流方向沿P→N→M→Q→P B．磁通量的最大值為Bl2 C．最大感應電動勢為Blv D．平均感應電動勢為 解析：選CD　根據(jù)楞次定律可知，線圈轉動的過程中向里的磁通量減小，感應電流方向沿P→Q→M→N→P，A選項錯誤；根據(jù)磁通量的定義可知，線圈平面垂直于磁場方向時，穿過線圈平面的磁通量最大，最大值為Bl2，B選項錯誤；線圈切割磁感線，當線圈平面平行于磁場方向時，切割速度最大，線圈中的感應電動勢最大，根據(jù)法拉第電磁感應定律可知，最大值為Em＝Blv，C選項正確；線圈轉動90°的過程中穿過線圈的磁通量的變化量為Bl2，運動時間Δt＝＝，根據(jù)法拉第的電磁感應定律可知，平均感應電動勢

11、為＝＝，D選項正確． 3．如圖甲所示，一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO′以角速度ω逆時針勻速轉動．若以線圈平面與磁場夾角θ＝45°時(如圖乙所示)為計時起點，并規(guī)定當電流自a流向b時電流方向為正．下列選項中正確的是(　　) 解析：選D　由楞次定律知，t＝0時，電流方向為負，線圈平面與中性面的夾角為，線圈再轉過到達中性面，所以線圈中感應電流為i＝Imsin，D項正確． 4．(多選)如圖所示是小型交流發(fā)電機的示意圖，線圈繞垂直于磁場方向的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉動，線圈的匝數(shù)為n、電阻為r，外接電阻為R，交流電流表A.線圈從圖示位置(線圈平面平行

12、于磁場方向)開始轉過時的感應電流為I.下列說法中正確的有(　　) A．流過電阻的最大電流為2I B．轉動過程中穿過線圈的磁通量的最大值為 C．從圖示位置開始轉過的過程中，通過電阻R的電荷量為 D．線圈轉動一周的過程中，通過電阻R的電荷量為 解析：選ABC　線圈繞軸勻速轉動，產生感應電動勢的最大值為Em＝NBSω，從圖示位置(線圈平面平行于磁場方向)開始計時感應電流的瞬時值為i＝Imcos ωt，ωt＝時，i＝I，則Im＝2I，A選項正確；轉動過程中穿過線圈的磁通量的最大值Φm＝BS＝＝＝，B選項正確；根據(jù)法拉第電磁感應定律可知，從圖示位置開始轉過的過程中，通過電阻R的電荷量q＝t

13、＝n·Δt＝n＝n＝，C選項正確；線圈轉動一周的過程中，磁通量的變化量為零，通過電阻R的電荷量為零，D選項錯誤． 5．一個100匝的矩形線圈，其面積為200 cm2、電阻為10 Ω，與外電阻R＝90 Ω相接后，它在勻強磁場中轉動所產生的感應電流隨時間變化的圖象如圖所示，求線圈所在處勻強磁場的磁感應強度的大?。? 解析：設勻強磁場的磁感應強度大小為B，感應電動勢的峰值Em＝NBSω＝NBS，由閉合電路歐姆定律得：Im＝，由此可得B＝ 由圖知：Im＝π×10－2 A，T＝0.10 s， 由題可得S＝200 cm2＝0.02 m2，R＋r＝90 Ω＋10 Ω＝ 100 Ω，N＝100，

14、把上述條件代入后B＝得B＝0.025 T. 答案：0.025 T 6．如圖甲是一種自行車上照明用的車頭燈，圖乙是這種車頭燈發(fā)電機的結構原理圖，轉軸的一端裝有一對隨軸轉動的磁極，另一端裝有摩擦小輪．電樞線圈繞在固定的U形鐵芯上，自行車車輪轉動時，通過摩擦小輪帶動磁極轉動，使線圈中產生正弦交變電流，給車頭燈供電． 已知自行車車輪半徑r＝35 cm，摩擦小輪半徑r0＝1.00 cm.線圈有N＝800匝，線圈框橫截面積S＝20 cm2，總電阻R1＝40 Ω.旋轉磁極的磁感應強度B＝0.010 T，車頭燈電阻R2＝10 Ω.當車輪轉動的角速度ω＝8 rad/s時，求： (1)發(fā)電機磁極轉動的角速度； (2)車頭燈中電流的最大值. 解析：(1)磁極與摩擦小輪轉動的角速度相等，由于自行車車輪與摩擦小輪之間無相對滑動，故有 ω0r0＝ωr，ω0＝＝8× rad/s＝280 rad/s. (2)摩擦小輪帶動磁極轉動，線圈產生的感應電動勢最大值為 Em＝NBSω0＝800×0.010×280×20×10－4 V＝4.48 V. 所以通過車頭燈電流的最大值為 Im＝＝ A＝89.6 mA. 答案：(1)280 rad/s　(2)89.6 mA - 9 -