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

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1、1 交變電流 1.(2019·浙江麗水檢測(cè))一線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在如圖所示位置時(shí)(　C　) A.穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率最小 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小,磁通量的變化率最大 D.穿過線圈的磁通量最小,磁通量的變化率最小 解析:當(dāng)線圈平面平行于磁感線時(shí),磁通量最小,但e為最大,即最大,故C正確. 2.(2019·江蘇南通檢測(cè))某線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生交變電流的圖象如圖所示,由圖中信息可以判斷(　C　) 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

2、 C.從O時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為2π D.若從O時(shí)刻到B時(shí)刻歷時(shí)0.02 s,則交變電流的頻率為50 Hz 解析:A,C時(shí)刻電流最大,位于與中性面垂直的位置,故A錯(cuò).B,D時(shí)刻,電流最小,處于中性面位置,磁通量最大,故B錯(cuò).從O時(shí)刻到D時(shí)刻是一個(gè)周期,線圈轉(zhuǎn)過的角度為2π,故C對(duì).若從O時(shí)刻到B時(shí)刻歷時(shí)0.02 s,則交變電流的頻率為25 Hz,故D錯(cuò). 3.(多選)如圖所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖,關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是(　AC　) A.線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,指針左右各擺動(dòng)一次 B.圖示位置為中性面,線圈中無感應(yīng)電流 C.線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示位置ab邊的感應(yīng)電流方向

3、為a→b D.線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí),磁通量變化率為零 解析:線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在電路中產(chǎn)生呈周期性變化的交變電流,線圈經(jīng)過中性面時(shí)電流改變方向,線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,有兩次通過中性面,電流方向改變兩次,指針左右各擺動(dòng)一次,故選項(xiàng)A正確;線圈處于圖示位置時(shí),ab邊向右運(yùn)動(dòng),由右手定則,ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí),ab,cd邊垂直切割磁感線,線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大,也可以這樣認(rèn)為,線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí),磁通量為零,磁通量的變化率最大,故選項(xiàng)D 錯(cuò)誤. 4.(2019·甘肅蘭州檢測(cè))如圖所示,有一矩形線圈abcd,已知ab邊長為l1,b

4、c邊長為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(　D　) A.0.5Bl1l2ωsin ωt B.0.5Bl1l2ωcos ωt C.Bl1l2ωsin ωt D.Bl1l2ωcos ωt 解析:公式e=Emsin ωt只適用于線圈平面位于中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)的情況,若t=0時(shí)線圈不在中性面,上式就不適用了.題中所給初始時(shí)刻線圈平面與磁感線平行,即與中性面垂直,此時(shí)e=Emsin(ωt+)=Emcos ωt=Bl1l2ωcos ωt,故應(yīng)選D. 5.(多選)如圖所示,abcd為一邊長為L、匝數(shù)為N的正方形閉合線

5、圈,繞對(duì)稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度為ω.空間中只有OO′左側(cè)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.若閉合線圈的總電阻為R,則(　BD　) A.線圈中電動(dòng)勢(shì)的最大值為NBL2ω B.線圈中電動(dòng)勢(shì)的最大值為NBL2ω C.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中,線圈中有一半時(shí)間沒有電流 D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖中所處的位置時(shí),穿過線圈的磁通量為BL2 解析:最大值Em=NBL2ω,故A錯(cuò)誤,B正確;在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中,線圈始終有一半在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),不會(huì)有一半時(shí)間沒有電流,故C錯(cuò)誤;題圖中所示位置,穿過線圈的磁通量為BL2,故D正確. 6.如圖所示,矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P

6、1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí)(　A　) A.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流等于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流 B.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) C.線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向相同,都是a→b→c→d D.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力 解析:線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置無關(guān),選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;繞兩個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小相等,從上向下看,線框逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),電流的方向應(yīng)為a→d→c→b,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電流相等,cd受到的安培力也相等,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.

7、 7.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為50 V,那么該線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過30°,線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為(　B　) A.50 V B.25 V C.25 V D.10 V 解析:由題給條件知:交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式為e=50cos ωt V=50cos θ V,當(dāng)θ=30°時(shí),e=25 V,故B對(duì). 8.(多選)一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以一邊為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直,線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示,在時(shí)刻,線圈平面與磁場(chǎng)方向的夾角等于(　AD　) A.30° B.60° C.120° D.150° 解析:由題圖可知e=Emcos

8、t.在t=時(shí),e=Em,即cos θ=,由此可以確定θ=30°或150°,故A,D正確. 9.(2019·浙江嘉興檢測(cè))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,每匝線圈面積0.48 m2,轉(zhuǎn)速150 r/min,在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,從圖示位置開始計(jì)時(shí). (1)寫出交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式. (2)畫出et圖線. 解析:(1)從線圈平面經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí),則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角度ωt,于是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值e=Emsin ωt,其中Em=nBSω. 由題意知n=50,B=0.5 T,ω= rad/s=5π rad/s,S=0.48 m2

9、,Em= nBSω=50×0.5×0.48×5π V≈188 V,所以e=188sin(5πt)V. (2)根據(jù)交變電流的方程畫圖線時(shí),最大值是正弦圖線的峰值,由縱軸上的刻度值標(biāo)出,交變電流的頻率與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng),ω=,而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出,T==0.4 s,et圖線如圖所示. 答案:(1)e=188sin(5πt)V (2)見解析 (教師備用) 1.如圖所示是一臺(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)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn).磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半

10、徑、大小近似均勻的磁場(chǎng).若從圖示位置開始計(jì)時(shí),當(dāng)線框繞固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),下列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(　D　) 解析:因發(fā)電機(jī)的兩個(gè)磁極N,S呈半圓柱面形狀,磁極間的磁感線呈輻向分布,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)的大小不變,線框越過空隙段后,由于線框切割磁感線方向發(fā)生變化,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向發(fā)生變化,綜上所述,選項(xiàng)D正確. 2.在垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置了矩形線圈abcd.線圈cd邊沿豎直方向且與磁場(chǎng)的右邊界重合.線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直.從t=0時(shí)刻起,線圈以恒定角速度ω=

11、繞cd邊沿如圖所示方向轉(zhuǎn)動(dòng),規(guī)定線圈中電流沿abcda方向?yàn)檎较?則從t=0到t=T時(shí)間內(nèi),線圈中的電流i隨時(shí)間t變化關(guān)系的圖象為(　B　) 解析:在0～內(nèi),線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),故產(chǎn)生正弦式交流電,由楞次定律知,電流方向?yàn)樨?fù)值;在～T 內(nèi),線圈中無感應(yīng)電流;在T時(shí),ab邊垂直切割磁感線,感應(yīng)電流最大,且電流方向?yàn)檎?故只有B項(xiàng)正確. 3.一圓形線圈,面積是0.05 m2,共100匝,線圈電阻r=2 Ω,外接電阻R=8 Ω,線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以n=300 r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,若從中性面開始計(jì) 時(shí),求: (1)線圈中

12、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式; (2)線圈從開始計(jì)時(shí)經(jīng) s時(shí)線圈中由此得到的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值; (3)外電路R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式. 解析:(1)線圈轉(zhuǎn)速n=300 r/min=5 r/s, 角速度ω=2πn=10π rad/s, 線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em=NBSω=50 V, 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emsin ωt=50sin(10πt)V. (2)將t= s代入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式中, 得e′=50sin(10π×)V=25 V, 對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電流i′== A. (3)由閉合電路歐姆定律得u=R=40sin(10πt)V. 答案:(1)e=50sin(10πt)V　(2) A (3)u=40sin 10πt(V) - 6 -