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

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1　交變電流 課后篇鞏固提升 基礎(chǔ)鞏固 1.如圖所示,線圈中不能產(chǎn)生交變電流的是(　　) 解析B、C、D中線圈產(chǎn)生的感應電流方向均發(fā)生變化,故能產(chǎn)生交變電流,A中不產(chǎn)生交變電流。 答案A 2.如圖所示,屬于交變電流的是(　　) 解析方向隨時間做周期性變化是交變電流最重要的特征。A、B、D三項所示的電流大小隨時間做周期性變化,但其方向不變,不是交變電流,它們所表示的是直流電。C選項中電流的方向隨時間做周期性變化,故選C。 答案C 3.(多選)線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢e=10sin(20πt) V,則下列說法正確的是(　　) A.t=0時,線圈平面位于中性面 B.t=0時,穿過線圈的磁通量最大 C.t=0時,導線切割磁感線的有效速率最大 D.t=0.4 s時,e有最大值102 V 解析由電動勢的瞬時值表達式可知計時從線圈位于中性面時開始,所以t=0時,線圈平面位于中性面,磁通量為最大,但此時導線速度方向與磁感線平行,切割磁感線的有效速率為零,A、B正確,C錯誤。當t=0.4 s時,e=10sin(20πt) V=10sin(20π0.4) V=0,D錯誤。 答案AB 4.處在勻強磁場中的矩形線圈abcd,以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動,磁場方向平行于紙面并與ab垂直,在t=0時刻,線圈平面與紙面重合(如圖所示),線圈的cd邊離開紙面向外運動,若規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應電流方向為正,則能反映線圈中感應電流I隨時間t變化的圖象是下圖中的(　　) 解析分析交變電流的圖象問題應注意圖線上某一時刻對應線圈在磁場中的位置,將圖線描述的變化過程對應到線圈所處的具體位置是分析本題的關(guān)鍵,線圈在圖示位置時磁通量為零,但感應電流為最大值;再由楞次定律可判斷線圈在轉(zhuǎn)過90的過程中,感應電流方向為正,故選項C正確。 答案C 5.線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生交變電流的圖象如圖所示,由圖可知(　　) A.在A、C時刻線圈處于中性面位置 B.在B、D時刻穿過線圈的磁通量為零 C.從A時刻到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為π D.若從O時刻到D時刻經(jīng)過0.02 s,則在1 s內(nèi)交變電流的方向改變100次 解析A、C時刻感應電流最大,線圈位置與中性面垂直,B、D時刻感應電流為零,線圈在中性面,此時磁通量最大。從A時刻到D時刻線圈轉(zhuǎn)過角度為3π2。若從O時刻到D時刻經(jīng)過0.02 s,即線圈轉(zhuǎn)動一周用時0.02 s,且在這個時間內(nèi)電流方向改變2次,則在1 s內(nèi)交變電流的方向改變10.022=100(次),故D正確。 答案D 6. (多選)一個矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過線圈的磁通量隨時間的變化圖象如圖所示,則下列說法中正確的是(　　) A.t=0時,線圈平面與中性面平行 B.t=0.01 s時,穿過線圈平面的磁通量的變化率最大 C.t=0.02 s時,線圈中有最大感應電動勢 D.t=0.025 s時,線圈中有最大感應電流 解析當Φ=Φmsin ωt時,感應電動勢e=Emcos ωt,當t=0時,Φ=0,線圈平面與中性面垂直,線圈中有最大的感應電動勢和感應電流,此類時刻還有0.01 s、0.02 s、0.03 s,而感應電動勢最大時,磁通量的變化率也最大。t=0.025 s時,感應電動勢為零,故選項B、C正確。 答案BC 7.如圖所示為演示用的手搖發(fā)電機模型,勻強磁場磁感應強度B=0.5 T,線圈匝數(shù)N=50,每匝線圈面積為0.48 m2,轉(zhuǎn)速為150 r/min,在勻速轉(zhuǎn)動過程中,從圖示位置開始計時。 (1)寫出交變感應電動勢瞬時值的表達式; (2)畫出e-t圖線。 解析(1)從線圈平面經(jīng)過中性面開始計時,線圈在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角度ωt, 則感應電動勢瞬時值e=Emsin ωt,其中Em=NBSω 由題意知N=50,B=0.5 T ω=2π15060 rad/s=5π rad/s S=0.48 m2 則Em=NBSω=500.50.485π V≈188 V 所以e=188sin 5πt V (2)根據(jù)交變電流的方程畫圖線時,最大值是正弦圖線的峰值,由縱軸上的刻度值標出,交變電流的周期與正弦圖線的周期相對應,ω=2πT,T=2πω=0.4 s,而周期由時間軸上的刻度值標出,e-t圖線如圖所示。 答案(1)e=188sin 5πt V　(2)見解析圖 能力提升 1.一臺發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲所示,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(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場。若從圖甲所示位置開始計時,此時電動勢為正值,圖乙中能正確反映線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化規(guī)律的是(　　) 解析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(chǎn)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(chǎn)生的感應電動勢的方向也要改變兩次,選項D正確。 答案D 2.如圖甲為風速儀的結(jié)構(gòu)示意圖。在恒定風力作用下風杯帶動與其固定在一起的永磁體轉(zhuǎn)動,線圈產(chǎn)生的電流隨時間變化的關(guān)系如圖乙。若風速減小到原來的一半,則電流隨時間變化的關(guān)系圖可能是(　　) 解析根據(jù)Em=NBSω,若風速減小到原來的一半,則最大感應電動勢也變?yōu)樵瓉淼囊话?所以感應電流也變?yōu)樵瓉淼囊话?根據(jù)轉(zhuǎn)速與周期成反比,可知,若風速減小到原來的一半,則周期變大為原來兩倍,故C正確,A、B、D錯誤。 答案C 3. 甲 如圖甲所示,單匝矩形線圈的一半放在具有理想邊界的勻強磁場中,線圈軸線OO與磁場邊界重合。線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動。若從圖示位置開始計時,并規(guī)定電流方向沿a→b→c→d→a為正方向,則線圈內(nèi)感應電流隨時間變化的圖象是圖乙中的(　　) 乙 解析若從圖示位置開始計時,在線圈轉(zhuǎn)動90的過程中,只有ab邊切割磁感線,相當于向右切割,故感應電流的方向為a→d→c→b→a,為負方向,大小相當于半個線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,但還是正弦的形式,這一部分A、B的表示都是正確的;在線圈轉(zhuǎn)動90到180的過程中,只有cd邊切割磁感線,相當于向左切割,故感應電流的方向為a→d→c→b→a,為負方向,大小相當于半個線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,但還是正弦的形式,這一部分B項表示的方向是不正確的;再按同樣的方法繼續(xù)分析可以得到A項是正確的。 答案A 4.(多選)如圖甲所示為一個矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。線圈內(nèi)磁通量隨時間t變化如圖乙所示,則下列說法中正確的是(　　) A.t1時刻線圈中的感應電動勢最大 B.t2時刻ab的運動方向與磁場方向垂直 C.t3時刻線圈平面與中性面重合 D.t4、t5時刻線圈中感應電流的方向相同 解析t1時刻通過線圈的Φ最大,磁通量變化率ΔΦΔt最小,此時感應電動勢為零,A錯;在t2、t4時刻,線圈中的感應電動勢為Em,此時ab、cd的運動方向垂直于磁場方向,B正確;t1、t3、t5時刻,Φ最大,ΔΦΔt=0,此時線圈平面垂直于磁場方向,與中性面重合,C正確;t5時刻,線圈中的感應電流為零,D錯。 答案BC 5.(多選)如圖甲所示,在勻強磁場中,一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速,繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢圖象如圖乙中曲線a、b所示,則 (　　) A.兩次t=0時刻線圈平面均與中性面重合 B.曲線a、b對應的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3 C.曲線a表示的交變電動勢頻率為25 Hz D.曲線b表示的交變電動勢最大值為10 V 解析t=0時刻,兩次產(chǎn)生的交變電流的電動勢瞬時值均為零,因此線圈平面均與中性面重合,A正確;圖中a、b對應的周期之比為2∶3,因此線圈轉(zhuǎn)速之比na∶nb=1Ta∶1Tb=3∶2,B錯誤;a線表示的交變電動勢的頻率為fa=1Ta=1410-2 Hz=25 Hz,C正確;a線對應線圈相應的電動勢的最大值Eam=NBS2πTa,由圖象知Eam=15 V,b線對應線圈相應的電動勢的最大值Ebm=NBS2πTb,因此EbmEam=TaTb=23,Ebm=10 V,D正確。 答案ACD 6.交流發(fā)電機在工作時電動勢為e=Emsin ωt,若將發(fā)電機的轉(zhuǎn)速提高一倍,同時將線圈所圍面積減小一半,其他條件不變,則其電動勢變?yōu)?　　) A.e=Emsinωt2 B.e=2Emsin ωt2 C.e=Emsin 2ωt D.e=Em2sin 2ωt 解析交變電壓的瞬時值表達式e=Emsin ωt,而Em=NBSω,當ω加倍而S減半時,Em不變,故C正確。 答案C 7.(多選)矩形線圈的匝數(shù)為50匝,在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時,穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖所示,下列結(jié)論正確的是(　　) A.在t=0.1 s和t=0.3 s時,電動勢最大 B.在t=0.2 s和t=0.4 s時,電動勢改變方向 C.電動勢的最大值是157 V D.在t=0.4 s時,磁通量變化率達最大,其值為3.14 Wb/s 解析由Φ-t圖象可知Φmax=BS=0.2 Wb,T=0.4 s,又因為N=50,所以Emax=NBSω=NΦmax2πT=157 V,C正確;t=0.1 s和0.3 s時,Φ最大,e=0,改變方向;t=0.2 s和0.4 s時,Φ=0,e=Emax最大,方向不變,故A、B錯誤,根據(jù)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應電動勢的特點知,當t=0.4 s時,ΔΦΔt最大,ΔΦΔt=3.14 Wb/s,D正確。 答案CD