2022版高中物理 課時(shí)作業(yè)(九)交變電流 新人教版選修3-2

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1、2022版高中物理 課時(shí)作業(yè)(九)交變電流 新人教版選修3-2 一、單項(xiàng)選擇題 1.關(guān)于線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電流,以下說(shuō)法中正確的是(  ) A.線圈平面每經(jīng)過中性面一次,感應(yīng)電流方向就改變一次,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向不變 B.線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電流方向就改變一次 C.線圈平面每經(jīng)過中性面一次,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的方向都要改變一次 D.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流方向都要改變一次 解析:根據(jù)交流電的變化規(guī)律可得,如果從中性面開始計(jì)時(shí)有e=Emsinωt和i=Imsinωt;如果從垂直于中性面的位置開始計(jì)時(shí)有e=Emcosωt和i=Imcosωt,不難看出:線圈平面每經(jīng)

2、過中性面一次,感應(yīng)電流方向就改變一次,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向也改變一次;線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向都改變兩次,C正確. 答案:C 2.線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生交變電流的圖象如圖所示,由圖可知(  ) A.在A和C時(shí)刻線圈處于中性面位置 B.在B和D時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零 C.從A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為π弧度 D.在A和C時(shí)刻磁通量變化率的絕對(duì)值最大 解析:當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中處于中性面位置時(shí),磁通量最大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,感應(yīng)電流為零,B、D兩時(shí)刻線圈位于中性面.當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí),磁通量為零,磁通量的變化率最大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,感應(yīng)電流最大,A、C時(shí)刻

3、線圈平面與磁感線平行,D正確.從A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為弧度.故選D. 答案:D 3.如圖所示,一線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)過圖示位置時(shí)(  ) A.穿過線圈的磁通量最小,磁通量的變化率最大 B.穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率最大 C.穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率最小 D.穿過線圈的磁通量最小,磁通量的變化率最小 解析:本題主要考查對(duì)交變電流的產(chǎn)生過程的理解.由圖可知線圈平面與磁感線平行,應(yīng)處于垂直于中性面的平面,此時(shí)穿過線圈的磁通量最小,磁通量的變化率最大,所以A選項(xiàng)正確. 答案:A 4.有一單匝閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在

4、轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,線圈中的最大磁通量為Φm,最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em,下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.當(dāng)磁通量為零時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零 B.當(dāng)磁通量減小時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也減小 C.當(dāng)磁通量等于0.5Φm時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.5Em D.角速度ω= 解析:由交變電流的產(chǎn)生原理可知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率有關(guān),與磁通量的大小無(wú)關(guān).磁通量最大時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零;而磁通量為零時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大且Em=BSω=Φmω,故選項(xiàng)D正確. 答案:D 5.交流發(fā)電機(jī)在工作時(shí)的電動(dòng)勢(shì)e=Emsinωt.若將線圈匝數(shù)、線圈面積都提高到原來(lái)的兩倍,其他條件不變,則電動(dòng)勢(shì)變?yōu)?  ) A.e=2Emsinωt B

5、.e=4Emsinωt C.e=Emsinωt D.e=Emsinωt 解析:由電動(dòng)勢(shì)最大值表達(dá)式Em=NBSω,N、S變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍,則最大值變?yōu)?Em,故B正確. 答案:B 6.如圖所示,一單匝矩形線圈abcd,已知ab邊長(zhǎng)為l1,bc邊長(zhǎng)為l2,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以角速度ω從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則t時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為(  ) A.0.5Bl1l2ωsinωt B.0.5Bl1l2ωcosωt C.Bl1l2ωsinωt D.Bl1l2ωcosωt 解析:線圈從題圖位置開始轉(zhuǎn)動(dòng),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emcosωt,由題意,Em=B

6、Sω=Bl1l2ω,所以e=Bl1l2ωcosωt. 答案:D 二、多項(xiàng)選擇題 7.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈從中性面開始勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過線圈平面的磁通量與時(shí)間t的關(guān)系圖象是圖中的(  ) 解析:矩形線圈在中性面時(shí),穿過線圈的磁通量最大,則Φ-t圖象是按余弦規(guī)律變化,C、D項(xiàng)正確. 答案:CD 8.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),所產(chǎn)生的交變電流的波形圖如圖所示,下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.在t1時(shí)刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值 B.在t2時(shí)刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值 C.在t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率達(dá)到峰值 D.在 t4時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率達(dá)到峰值 解析:

7、從題圖可知,t1、t3時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流達(dá)到峰值,磁通量變化率達(dá)到峰值,而磁通量最小,線圈平面與磁感線平行;t2、t4時(shí)刻感應(yīng)電流等于零,磁通量變化率為零,線圈處于中性面位置,磁通量達(dá)到峰值,正確答案為B、C. 答案:BC 9. 如圖所示,一單匝閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)過程中線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=0.5sin(20t) V,由該表達(dá)式可推知以下哪些物理量(  ) A.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.線框的面積 C.穿過線框的磁通量的最大值 D.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 解析:根據(jù)正弦式交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式:e=BSωsinω

8、t,可得ω=20 rad/s,而磁通量的最大值為Φm=BS,所以可以根據(jù)BSω=0.5 V求出磁通量的最大值. 答案:CD 10. 如圖所示,單匝矩形線圈abcd的邊長(zhǎng)分別是ab=L,ad=D,線圈與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)平行,線圈以ab邊為軸做角速度為ω的勻速轉(zhuǎn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是(從圖示位置開始計(jì)時(shí))(  ) A.t=0時(shí)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0 B.轉(zhuǎn)過90°時(shí)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0 C.轉(zhuǎn)過90°的過程中線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為ωBLD D.轉(zhuǎn)過90°的過程中線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 解析:由題意t=0時(shí),B∥S,此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過90°時(shí),線圈位于中性面

9、位置,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;線圈轉(zhuǎn)過90°的過程中ΔΦ=BS=BLD,所用時(shí)間Δt==.由法拉第電磁感應(yīng)定律知,==,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確. 答案:BD 三、非選擇題 11.一矩形線圈有100匝,面積為50 cm2,線圈內(nèi)阻r=2 Ω,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)開始計(jì)時(shí),已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T,線圈的轉(zhuǎn)速n=1 200 r/min,外接一用電器,電阻為R=18 Ω,試寫出R兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式. 解析:角速度ω=2πn=40π rad/s, 最大值Em=nBSω=100×0.5×50×10-4×40π V=10π

10、V, 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Emcosωt=10πcos(40πt) V, 由閉合電路歐姆定律i=, 故R兩端電壓u=Ri=9πcos(40πt) V. 答案:u=9πcos(40πt) V 12.如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)“π”形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動(dòng),已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T,線框的CD邊長(zhǎng)為20 cm,CE、DF長(zhǎng)均為10 cm,轉(zhuǎn)速為50 r/s.若從圖示位置開始計(jì)時(shí): (1)寫出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式; (2)在e-t坐標(biāo)系中作出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象. 解析:(1)線框轉(zhuǎn)動(dòng),開始計(jì)時(shí)的位置為線框平面與磁感線平行的位置,在t時(shí)刻線框轉(zhuǎn)過的角度為ωt,此時(shí)刻e=Bl1l2ωcosωt, 即e=BSωcosωt.其中B= T, S=0.1×0.2 m2=0.02 m2, ω=2πn=2π×50 rad/s=100π rad/s, 故e=×0.02×100πcos(100πt) V, 即:e=10cos(100πt) V. (2)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖所示: 答案:(1)e=10cos(100πt) V (2)見解析圖

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