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

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1、交變電流 [A組　素養(yǎng)達(dá)標(biāo)] 1．如圖所示，面積均為S的線圈均繞其對(duì)稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢(shì)e＝BSωsin ωt的圖是(　　) 解析：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e＝BSωsin ωt，由此判斷，只有A選項(xiàng)符合． 答案：A 2．如圖所示是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該交變電流的(　　) A．周期是0.02 s B．電壓的峰值是10 V C．角速度為314 rad/s D．表達(dá)式為u＝10sin 25πt(V) 解析：由題圖知：峰值Um＝10 V，周期T＝4×10－2

2、s，故A錯(cuò)，B對(duì)；角速度ω＝＝ rad/s＝50π rad/s＝157 rad/s，故C錯(cuò)；表達(dá)式u＝10sin 50πt(V)，故D錯(cuò)． 答案：B 3.如圖所示，在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若要使線圈中的電流峰值減半，不可行的方法是(　　) A．只將線圈的轉(zhuǎn)速減半 B．只將線圈的匝數(shù)減半 C．只將勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半 D．只將線圈的邊長(zhǎng)都減半 解析：由Im＝，Em＝NBSω，ω＝2πn，得Im＝，故A、C可行；又電阻R與匝數(shù)有關(guān)，當(dāng)匝數(shù)減半時(shí)電阻R也隨之減半，則Im不變，故B不可行；當(dāng)邊長(zhǎng)減半時(shí)，面積S減為原來(lái)的，而電阻減為原來(lái)的，故D可行． 答

3、案：B 4.一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖所示．則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．t＝0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直 B．t＝0.01 s時(shí)刻，Φ的變化率為0 C．t＝0.02 s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大 D．從t＝0.01 s時(shí)刻至t＝0.04 s時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度是π 解析：由圖象可知t＝0、t＝0.02 s、t＝0.04 s時(shí)刻線圈平面位于中性面位置，Φ最大，＝0，故E＝0；t＝0.01 s、t＝0.03 s、t＝0.05 s時(shí)刻線圈平面與磁感線平行，Φ最小，最大，故E最大；從圖象可知，從t＝0.01 s時(shí)刻至t＝0

4、.04 s時(shí)刻線圈旋轉(zhuǎn)周，轉(zhuǎn)過(guò)的角度為π. 答案：D 5．如圖所示為一臺(tái)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中N、S是永久磁鐵的兩個(gè)磁極，它們的表面呈半圓柱面形狀．M是圓柱形鐵芯，它與磁極的柱面共軸，鐵芯上有一矩形線框，可繞與鐵芯M共軸的固定轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)．磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑、大小均勻的磁場(chǎng)．若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)線框繞固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下圖所示的圖象中能正確反映線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化規(guī)律的是(　　) 解析：因發(fā)電機(jī)的兩個(gè)磁極N、S呈半圓柱面形狀，磁極間的磁感線如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，僅方向發(fā)生改變，故線框在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小

5、不變，線框越過(guò)空隙段后，由于線框切割磁感線的方向發(fā)生變化，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向發(fā)生變化．故選D. 答案：D 6．一根長(zhǎng)直的通電導(dǎo)線中的電流按正弦規(guī)律變化，如圖(a)、(b)所示，規(guī)定電流從左向右為正，在直導(dǎo)線下方有一不閉合的金屬線框，則相對(duì)于b點(diǎn)來(lái)說(shuō)，a點(diǎn)電勢(shì)最高的時(shí)刻在(　　) A．t1時(shí)刻　　　　　　　 B．t2時(shí)刻 C．t3時(shí)刻 D．t4時(shí)刻 解析：線框中的磁場(chǎng)是直線電流i產(chǎn)生的，在t1、t3時(shí)刻，電流i最大，但電流的變化率為零，穿過(guò)線框的磁通量變化率為零，線框中沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為零．在t2、t4時(shí)刻，電流i＝0，但電流變化率最大，穿過(guò)線框的磁通量變化

6、率最大，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差最大，再根據(jù)楞次定律可得出a點(diǎn)相對(duì)b點(diǎn)電動(dòng)勢(shì)最高時(shí)刻在t4，故選項(xiàng)D正確． 答案：D 7．如圖所示，一矩形線圈繞與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的中心軸OO′沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，引出線的兩端分別與相互絕緣的兩個(gè)半圓形銅環(huán)M和N相連．M和N又通過(guò)固定的電刷P和Q與電阻R相連．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電阻R的電流(　　) A．大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化 B．大小和方向都不隨時(shí)間做周期性變化 C．大小不斷變化，方向總是P→R→Q D．大小不斷變化，方向總是Q→R→P 解析：在題圖所示位置時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，由右手定則可知，ab邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向由b→a，cd邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向

7、由d→c，通過(guò)電刷將電流引出，在外電路中的電流方向?yàn)镻→R→Q，轉(zhuǎn)過(guò)180°后，ab、cd邊位置交換，由于M、N具有換向器的作用，電流方向仍為P→R→Q，故選項(xiàng)C正確． 答案：C 8．(多選)如圖甲所示，一個(gè)矩形線圈abcd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)．線圈內(nèi)磁通量隨時(shí)間t的變化如圖乙所示，則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．t1時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 B．t2時(shí)刻ab的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直 C．t3時(shí)刻線圈平面與中性面重合 D．t4、t5時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流的方向相同 解析：t1時(shí)刻通過(guò)線圈的Φ最大，磁通量變化率最小，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，A錯(cuò)誤；在t2、t4時(shí)

8、刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em，此時(shí)ab、cd的運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁場(chǎng)方向，B正確；t1、t3、t5時(shí)刻，Φ最大，＝0，此時(shí)線圈平面垂直于磁場(chǎng)方向，與中性面重合，C正確；t5時(shí)刻感應(yīng)電流為零，D錯(cuò)誤． 答案：BC [B組　素養(yǎng)提升] 9．(多選)如圖所示，甲、乙兩個(gè)并排放置的共軸線圈，甲中通有如圖丙所示的電流，則(　　) A．在t1到t2時(shí)間內(nèi)，甲、乙相吸 B．在t2到t3時(shí)間內(nèi)，甲、乙相斥 C．t1時(shí)刻兩線圈間作用力為零 D．t2時(shí)刻兩線圈間吸引力最大 解析：甲回路電流減弱時(shí)，據(jù)楞次定律，乙回路將產(chǎn)生與甲同向環(huán)繞的感應(yīng)電流，甲、乙電流之間通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，甲、乙相吸，同理，當(dāng)甲中電流

9、增強(qiáng)時(shí)，甲、乙互相排斥，故選項(xiàng)A、B正確．在t1時(shí)刻，甲中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化率為零，則乙線圈感生電流瞬時(shí)值為零，而t2時(shí)刻，雖然乙中感生電流最強(qiáng)，但此時(shí)甲中電流瞬時(shí)值為零，所以t1、t2時(shí)刻，甲、乙電流間相互作用都為零，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤． 答案：ABC 10．如圖甲所示，一單匝矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過(guò)ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．若以線圈平面與磁場(chǎng)方向間的夾角θ＝45°時(shí)(如圖乙所示)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)，電流方向?yàn)檎畡t如圖所示的四幅圖中正確的是(　　) 解析：t＝0時(shí)刻，根據(jù)題圖乙表示的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由右手定則知，此時(shí)a

10、d中電流方向由a到d，線圈中電流方向?yàn)閍→d→c→b→a，與規(guī)定的電流正方向相反，電流為負(fù)值．又因?yàn)榇藭r(shí)ad、bc兩邊的切割速度方向與磁場(chǎng)方向成45°角，由Em＝2Blv，可得E＝2×Blv＝Em，即此時(shí)電流是峰值的，由題圖乙還能觀察到，線圈在接下來(lái)45°的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，ad、bc兩邊的切割速度越來(lái)越小，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)減小，感應(yīng)電流應(yīng)減小，故電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝－Im·cos(＋ωt)．故選D. 答案：D 11．如圖所示為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T，線圈匝數(shù)N＝50匝，每匝線圈面積為0.48 m2，轉(zhuǎn)速為150 r/min，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，從圖示位置線

11、圈轉(zhuǎn)過(guò)90°開(kāi)始計(jì)時(shí)： (1)寫(xiě)出交變電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式； (2)畫(huà)出et圖線． 解析：(1)由題可知N＝50，B＝0.5 T， ω＝2π× rad/s＝5π rad/s， Em＝NBSω＝50×0.5×0.48×5π≈188 V， 由e＝Emsin ωt得e＝188sin 5πt V. (2)T＝＝ s＝0.4 s，et圖線如圖所示． 答案：見(jiàn)解析 [C組　學(xué)霸沖刺] 12.如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.50 T，矩形線圈的匝數(shù)N＝100 匝，邊長(zhǎng)Lab＝0.20 m，Lbc＝0.10 m，以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若從線圈平面通

12、過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，試求： (1)交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式； (2)若線圈總電阻為2 Ω，線圈外接電阻為8 Ω，寫(xiě)出交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式； (3)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中，交變電動(dòng)勢(shì)的平均值． 解析：(1)線圈的角速度ω＝2πn＝314 rad/s， 線圈電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝NBSω＝314 V， 故交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為 e＝Emsin ωt＝314sin(314t)V. (2)Im＝＝31.4 A， 所以交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為 i＝31.4sin(314t)A. (3)＝N＝N＝4NBSn＝200 V. 答案：(1)e＝314sin(314t) V　(2)i＝31.4sin(314t)A　(3)200 V - 7 -