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.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(yīng)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(shí)間做周期性變化是交變電流最重要的特征。A、B、D三項(xiàng)所示的電流大小隨時(shí)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(xiàng)中電流的方向隨時(shí)間做周期性變化,故選C。 答案C 3.(多選)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e=10sin(20πt) V,則下列說(shuō)法正確的是(　　) A.t=0時(shí),線圈平面位于中性面 B.t=0時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量最大 C.t=0時(shí),導(dǎo)線切割磁感線的有效速率最大 D.t=0.4 s時(shí),e有最大值102 V 解析由電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式可知計(jì)時(shí)從線圈位于中性面時(shí)開(kāi)始,所以t=0時(shí),線圈平面位于中性面,磁通量為最大,但此時(shí)導(dǎo)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(cuò)誤。當(dāng)t=0.4 s時(shí),e=10sin(20πt) V=10sin(20π0.4) V=0,D錯(cuò)誤。 答案AB 4.處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd,以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab垂直,在t=0時(shí)刻,線圈平面與紙面重合(如圖所示),線圈的cd邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng),若規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流方向?yàn)檎?則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖象是下圖中的(　　) 解析分析交變電流的圖象問(wèn)題應(yīng)注意圖線上某一時(shí)刻對(duì)應(yīng)線圈在磁場(chǎng)中的位置,將圖線描述的變化過(guò)程對(duì)應(yīng)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(shí)磁通量為零,但感應(yīng)電流為最大值;再由楞次定律可判斷線圈在轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中,感應(yīng)電流方向?yàn)檎?故選項(xiàng)C正確。 答案C 5.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、C時(shí)刻線圈處于中性面位置 B.在B、D時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零 C.從A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為π D.若從O時(shí)刻到D時(shí)刻經(jīng)過(guò)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(shí)刻感應(yīng)電流最大,線圈位置與中性面垂直,B、D時(shí)刻感應(yīng)電流為零,線圈在中性面,此時(shí)磁通量最大。從A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過(guò)角度為3π2。若從O時(shí)刻到D時(shí)刻經(jīng)過(guò)0.02 s,即線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周用時(shí)0.02 s,且在這個(gè)時(shí)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(gè)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)間的變化圖象如圖所示,則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.t=0時(shí),線圈平面與中性面平行 B.t=0.01 s時(shí),穿過(guò)線圈平面的磁通量的變化率最大 C.t=0.02 s時(shí),線圈中有最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) D.t=0.025 s時(shí),線圈中有最大感應(yīng)電流 解析當(dāng)Φ=Φmsin ωt時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Emcos ωt,當(dāng)t=0時(shí),Φ=0,線圈平面與中性面垂直,線圈中有最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,此類(lèi)時(shí)刻還有0.01 s、0.02 s、0.03 s,而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大時(shí),磁通量的變化率也最大。t=0.025 s時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,故選項(xiàng)B、C正確。 答案BC 7.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,從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)。 (1)寫(xiě)出交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式; (2)畫(huà)出e-t圖線。 解析(1)從線圈平面經(jīng)過(guò)中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)角度ωt, 則感應(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=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(huà)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,交變電流的周期與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng),ω=2πT,T=2πω=0.4 s,而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出,e-t圖線如圖所示。 答案(1)e=188sin 5πt V　(2)見(jiàn)解析圖 能力提升 1.一臺(tái)發(fā)電機(jī)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(gè)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(dòng)。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場(chǎng)。若從圖甲所示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),此時(shí)電動(dòng)勢(shì)為正值,圖乙中能正確反映線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化規(guī)律的是(　　) 解析由于磁場(chǎng)為沿半徑的輻向磁場(chǎng),可以認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變,由于每個(gè)周期磁場(chǎng)方向要改變兩次,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向也要改變兩次,選項(xiàng)D正確。 答案D 2.如圖甲為風(fēng)速儀的結(jié)構(gòu)示意圖。在恒定風(fēng)力作用下風(fēng)杯帶動(dòng)與其固定在一起的永磁體轉(zhuǎn)動(dòng),線圈產(chǎn)生的電流隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙。若風(fēng)速減小到原來(lái)的一半,則電流隨時(shí)間變化的關(guān)系圖可能是(　　) 解析根據(jù)Em=NBSω,若風(fēng)速減小到原來(lái)的一半,則最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也變?yōu)樵瓉?lái)的一半,所以感應(yīng)電流也變?yōu)樵瓉?lái)的一半;根據(jù)轉(zhuǎn)速與周期成反比,可知,若風(fēng)速減小到原來(lái)的一半,則周期變大為原來(lái)兩倍,故C正確,A、B、D錯(cuò)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(qiáng)磁場(chǎng)中,線圈軸線OO與磁場(chǎng)邊界重合。線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),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(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象是圖乙中的(　　) 乙 解析若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90的過(guò)程中,只有ab邊切割磁感線,相當(dāng)于向右切割,故感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→d→c→b→a,為負(fù)方向,大小相當(dāng)于半個(gè)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng),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(dòng)90到180的過(guò)程中,只有cd邊切割磁感線,相當(dāng)于向左切割,故感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→d→c→b→a,為負(fù)方向,大小相當(dāng)于半個(gè)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng),但還是正弦的形式,這一部分B項(xiàng)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(xiàng)是正確的。 答案A 4.(多選)如圖甲所示為一個(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ΔΦΔt最小,此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,A錯(cuò);在t2、t4時(shí)刻,線圈中的感應(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,ΔΦΔt=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,線圈中的感應(yīng)電流為零,D錯(cuò)。 答案BC 5.(多選)如圖甲所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(dòng),產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)圖象如圖乙中曲線a、b所示,則 (　　) A.兩次t=0時(shí)刻線圈平面均與中性面重合 B.曲線a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3 C.曲線a表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為25 Hz D.曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)最大值為10 V 解析t=0時(shí)刻,兩次產(chǎn)生的交變電流的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)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(duì)應(yīng)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(cuò)誤;a線表示的交變電動(dòng)勢(shì)的頻率為fa=1Ta=1410-2 Hz=25 Hz,C正確;a線對(duì)應(yīng)線圈相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的最大值Eam=NBS2πTa,由圖象知Eam=15 V,b線對(duì)應(yīng)線圈相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)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(jī)在工作時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e=Emsin ωt,若將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍,同時(shí)將線圈所圍面積減小一半,其他條件不變,則其電動(dòng)勢(shì)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(shí)值表達(dá)式e=Emsin ωt,而Em=NBSω,當(dāng)ω加倍而S減半時(shí),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(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)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(　　) A.在t=0.1 s和t=0.3 s時(shí),電動(dòng)勢(shì)最大 B.在t=0.2 s和t=0.4 s時(shí),電動(dòng)勢(shì)改變方向 C.電動(dòng)勢(shì)的最大值是157 V D.在t=0.4 s時(shí),磁通量變化率達(dá)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?yàn)镹=50,所以Emax=NBSω=NΦmax2πT=157 V,C正確;t=0.1 s和0.3 s時(shí),Φ最大,e=0,改變方向;t=0.2 s和0.4 s時(shí),Φ=0,e=Emax最大,方向不變,故A、B錯(cuò)誤,根據(jù)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)知,當(dāng)t=0.4 s時(shí),ΔΦΔt最大,ΔΦΔt=3.14 Wb/s,D正確。 答案CD