高中物理 第2章 交變電流與發(fā)電機(jī) 2_1怎樣產(chǎn)生交變電流學(xué)業(yè)分層測評 滬科版選修3-2

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2.1怎樣產(chǎn)生交變電流 (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電.穿過線圈的磁通量Φ與感應(yīng)電動(dòng)勢e的大小關(guān)系正確的是 (　　) ①Φ最大，e最大；②Φ最小，e最??；③Φ最大，e最??；④Φ最小，e最大. A.①②　　 B.③④ C.①④ D.②③ 【解析】　當(dāng)磁通量Φ最大時(shí)，線圈平面垂直于磁感線，線圈不切割磁感線，e最小為零；當(dāng)磁通量Φ最小時(shí)，線圈平面平行于磁感線，線圈垂直切割磁感線，e最大，故B正確. 【答案】　B 2.(多選)下列各圖中，哪些情況線圈中能產(chǎn)生交流電(　　) 【解析】　線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量發(fā)生改變時(shí)，才能產(chǎn)生交流電，A項(xiàng)中磁通量不變，故A項(xiàng)不符合題意. 【答案】　BCD 3.(多選)矩形線圈的匝數(shù)為50匝，在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示.下列結(jié)論正確的是 (　　) 【導(dǎo)學(xué)號：72000064】 圖219 A.在t＝0.1 s和t＝0.3 s時(shí)，電動(dòng)勢最大 B.在t＝0.2 s和t＝0.4 s時(shí)，電動(dòng)勢改變方向 C.電動(dòng)勢的最大值是157 V D.在t＝0.4 s時(shí)，磁通量變化率最大，其值為3.14 Wb/s 【解析】　在t＝0.1 s和t＝0.3 s時(shí)，矩形線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為0，電動(dòng)勢為0，此時(shí)電動(dòng)勢改變方向.故A、B錯(cuò)誤.由圖像可知，周期為0.4 s，故角速度ω＝＝5π，而最大電動(dòng)勢為Em＝nBSω＝157 V，C正確.在t＝0.4 s時(shí)，磁通量為0，磁通量變化率最大，其值為3.14 Wb/s.故D正確. 【答案】　CD 4.(2016西北工大附中高二檢測)如圖2110甲所示，一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變化如圖2110乙所示，下列說法中正確的是(　　) 甲　　　　　　　　　乙 圖2110 A.t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零 B.t2時(shí)刻線圈位于中性面 C.t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D.每當(dāng)e變化方向時(shí)，通過線圈的磁通量最大 【解析】　t1、t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢為零，線圈位于中性面位置，所以穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，A、C錯(cuò)誤；t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢最大，線圈位于垂直于中性面的位置，穿過線圈的磁通量為零，B錯(cuò)誤；由于線圈每經(jīng)過一次中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量的絕對值最大，e變換方向，所以D正確. 【答案】　D 5.(多選)如圖2111所示，一正方形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著OO′觀察，線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng).已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.線圈匝數(shù)為n，邊長為l，電阻為R，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω.則當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí)(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：72000065】 圖2111 A.線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcda B.穿過線圈的磁通量為0 C.線圈中的感應(yīng)電流為 D.穿過線圈磁通量的變化率為0 【解析】　圖示位置，線圈平面與磁場平行，所以穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大，B正確，D錯(cuò)誤；此時(shí)由右手定則可知電流方向?yàn)閍dcba，A錯(cuò)誤；由峰值表達(dá)式Em＝nBSω可知Im＝，圖示位置感應(yīng)電流等于峰值，C正確. 【答案】　BC 6.(多選)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢e＝220sin(100πt)V，則下列判斷正確的是(　　) A.t＝0時(shí)，線圈位于中性面位置 B.t＝0時(shí)，穿過線圈平面的磁通量最大 C.t＝0時(shí)，線圈的有效切割速度方向垂直磁感線 D.t＝0時(shí)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到峰值 【解析】　因按正弦規(guī)律變化，故t＝0時(shí)線圈位于中性面，A正確；t＝0時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，B正確；t＝0時(shí)，線圈的有效切割速度方向與磁感線平行，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，故C、D錯(cuò)誤. 【答案】　AB 7.如圖所示，單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線OO′與磁感線垂直.已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T，線圈所圍面積S＝0.1 m2，轉(zhuǎn)速12r/min.若從中性面開始計(jì)時(shí)，則線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式應(yīng)為(　　) 圖2112 A.e＝120πsin(120t)V B.e＝24πsin(120t)V C.e＝0.04πsin(0.4πt)V D.e＝0.4πcos(2πt)V 【解析】　角速度ω＝2πn＝2πrad/s＝0.4 πrad/s.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值 Em＝BSω＝10.10.4πV＝0.04πV. 則感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式 e＝Emsin ωt＝0.04πsin(0.4πt)V.故正確答案為C. 【答案】　C 8.(多選)(2016邯鄲高二檢測)如圖2113所示，形狀或轉(zhuǎn)軸位置不同、但面積均為S的單匝線圈處在同一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，以相同的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示的位置開始計(jì)時(shí)，則下列正確的說法是 (　　) 【導(dǎo)學(xué)號：72000066】 圖2113 A.感應(yīng)電動(dòng)勢峰值相同 B.感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值不同 C.感應(yīng)電動(dòng)勢峰值、瞬時(shí)值都不同 D.感應(yīng)電動(dòng)勢峰值、瞬時(shí)值都相同 【解析】　當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸不是線圈對稱軸時(shí)，只要轉(zhuǎn)軸與磁場垂直，不論線圈形狀如何，轉(zhuǎn)軸位置如何，最大值均為Em＝NBSω，S、ω、B、N相同，所以Em相同，從中性面開始計(jì)時(shí)，瞬時(shí)值為正弦形式e＝Emsin ωt，可見瞬時(shí)值也相同，A、D對. 【答案】　AD [能力提升] 9.如圖2114所示，虛線上方空間有勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里，直角扇形導(dǎo)線框繞垂直于紙面的軸O以角速度ω勻速逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).設(shè)線框中感應(yīng)電流的方向以逆時(shí)針為正，線框處于圖示位置時(shí)為時(shí)間零點(diǎn).那么，在選項(xiàng)中能正確表明線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周感應(yīng)電流變化情況的是(　　) 圖2114 【解析】　由圖示位置計(jì)時(shí)，前周期無電流，第2個(gè)周期電流保持不變，第3個(gè)周期無電流，第4個(gè)周期電流反向且保持不變，故A正確. 【答案】　A 10.如圖2115甲所示，A，B為兩個(gè)相同的環(huán)形線圈，共軸并靠近放置，A線圈中通有如圖2115乙所示的電流i，則(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：72000067】 甲　　　　　　　　　　乙 圖2115 ①在t1到t2時(shí)間內(nèi)A，B兩線圈相吸　②在t2到t3時(shí)間內(nèi)A，B兩線圈相斥?、踭1時(shí)刻兩線圈間作用力為零　④t2時(shí)刻兩線圈的相互作用力最大 (　　) A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④ 【解析】　本題考查交變電流的變化規(guī)律和圖像.由t1到t2時(shí)間內(nèi)，穿過B線圈的磁通量在減小，所以B中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向與A中相同，即相吸；由t2到t3時(shí)間內(nèi)，穿過B線圈的磁通量在增大，B中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向與A中相反，即相斥；t1時(shí)刻A中電流最大，B中感應(yīng)電流為零，t2時(shí)刻A中電流為零，而B中感應(yīng)電流最大，在t1，t2時(shí)刻兩線圈的相互作用力都為零.故正確答案為A. 【答案】　A 11.某一交變電流如圖2116所示. 圖2116 (1)該圖像表示線圈在何處開始計(jì)時(shí)？ (2)線圈在哪些時(shí)刻處于與磁場方向垂直的位置？ (3)t1、t2時(shí)刻線圈分別處于與磁場方向垂直的面夾角多大處？ 【解析】　(1)e t圖線為正弦函數(shù)圖線，說明是從線圈位于中性面位置開始計(jì)時(shí)的，此時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，而線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢卻為0. (2)當(dāng)線圈處于與磁場方向垂直的位置(中性面)時(shí)，e＝0，所以有0、t3、t6、t8各時(shí)刻. (3)由圖像知，e＝Emsin ωt式中Em＝10 V.當(dāng)t＝t1時(shí)，e＝5 V，有θ1＝ωt1＝45 ；當(dāng)t＝t2時(shí)，e＝10 V＝Em，有θ2＝ωt2＝90 . 【答案】　(1)中性面處開始計(jì)時(shí)　(2)0，t3，t6，t8 (3)45　90 12.一臺交流發(fā)電機(jī)，其線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交流感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為311 V，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是100π rad/s. (1)寫出感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式. (2)若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路中的總電阻為100 Ω，試寫出通過負(fù)載的電流的瞬時(shí)值表達(dá)式.并求在t＝ s時(shí)電流的瞬時(shí)值為多少？ 【解析】　(1)因交流發(fā)電機(jī)的線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，所以該交變電流為正弦交流電.感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Em＝311 V，角速度ω＝100π rad/s，所以感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式是e＝311sin (100πt) V. (2)根據(jù)歐姆定律，電路中電流的最大值為 Im＝＝ A＝3.11 A 所以通過負(fù)載的電流的瞬時(shí)值表達(dá)式是 i＝3.11sin (100πt) A 當(dāng)t＝ s時(shí)，電流的瞬時(shí)值為 i＝3.11sin(100π) A≈1.56 A 【答案】　(1)e＝311sin(100πt) A (2)i＝3.11sin(100πt) A　1.56 A