2019高中物理 第二章 交變電流與發(fā)電機(jī) 2.1 怎樣產(chǎn)生交變電流練習(xí)（含解析）滬科選修3-2.docx

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怎樣產(chǎn)生交變電流 課時(shí)演練促提升 A組 1.(多選)關(guān)于中性面,以下說(shuō)法正確的是(　　) A.中性面就是穿過(guò)線圈的磁通量為零的面 B.中性面就是線圈中磁通量變化率為零的面 C.線圈過(guò)中性面時(shí),電流方向必改變 D.中性面就是線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零的面 解析:線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí),線圈平面與磁感線垂直,所以此時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量最大,磁通量變化率為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,電流方向改變。 答案:BCD 2.(多選)如圖所示的各圖線中表示交變電流的是(　　) 解析:A圖表示的電流大小發(fā)生了周期性變化,而方向沒(méi)有變化。C、D圖中的電流大小和方向均發(fā)生了周期性變化。B圖中電流大小不變而方向周期性變化。 答案:BCD 3.一矩形線圈,繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨時(shí)間t的變化如圖所示。則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零 B.t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大 C.t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大 D.每當(dāng)電動(dòng)勢(shì)E變換方向時(shí),通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大 解析:t1、t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,線圈位于中性面位置,所以穿過(guò)線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,線圈位于中性面的垂面位置,穿過(guò)線圈的磁通量為零,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由于線圈每過(guò)一次中性面時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大,電動(dòng)勢(shì)E變換方向,所以選項(xiàng)D正確。 答案:D 4.某交流發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為e=Emaxsin ωt,如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高一倍,線圈匝數(shù)也同時(shí)增加一倍,其他條件不變,則發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.e=4Emaxsin 2ωt B.e=4Emaxsin ωt C.e=2Emaxsin 2ωt D.e=2Emaxsin ωt 解析:由公式e=NBSωsinωt=NBS2πnsin2πnt可知,當(dāng)轉(zhuǎn)速n、線圈匝數(shù)N同時(shí)增加一倍,則e=4Emaxsin2ωt,故選項(xiàng)A正確。 答案:A 5.面積為S的矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,從中性面起以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在t時(shí)刻線圈磁通量的瞬時(shí)值為(　　) A.BS B.BScos ωt C.BSsin ωt D.BS/sin ωt 解析:中性面指的是和磁感線垂直的平面,此位置通過(guò)線圈的磁通量最大為BS,而當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到與磁感線平行的位置時(shí)通過(guò)線圈的磁通量最小,為0,故磁通量變化規(guī)律為BScosωt,選項(xiàng)B正確。 答案:B 6.如圖甲所示,單匝矩形線圈的一半放在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,中心軸線OO與磁場(chǎng)邊界重合,線圈繞中心軸線按圖示方向(從上向下看逆時(shí)針?lè)较?勻速轉(zhuǎn)動(dòng),t=0時(shí)刻線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直,規(guī)定電流方向沿abcd為正方向,則圖乙中能表示線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化規(guī)律的是(　　) 圖甲 圖乙 解析:在0~T4內(nèi),ab一側(cè)的線框在磁場(chǎng)中繞OO轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦交變電流,電流方向由楞次定律判斷為dcba且越來(lái)越大。T4~T2內(nèi),ab一側(cè)線框在磁場(chǎng)外,而dc一側(cè)線框又進(jìn)入磁場(chǎng)產(chǎn)生交變電流,電流方向?yàn)閐cba且越來(lái)越小,以此類推,可知i-t圖像正確的為B。 答案:B 7.(多選)(2014福建寧德檢測(cè))如圖所示,一單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e=0.5sin 20t(V),由該表達(dá)式可推知以下哪些物理量(　　) A.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.線框的面積 C.穿過(guò)線框的磁通量的最大值 D.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 解析:由e=nBS及e=0.5sin20t可知ω=20rad/s,em=0.5V。由Φm=BS=emω=0.520Wb=0.025Wb,選項(xiàng)C、D正確。 答案:CD 8. 如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=0.1 T,所用矩形線圈的匝數(shù)N=100,邊長(zhǎng)ab=0.2 m,bc=0.5 m,以角速度ω=100π rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),試求: (1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。 (2)由t=0至t=T4過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)值。 點(diǎn)撥:正弦式電流的瞬時(shí)值表達(dá)式,從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)為e=NBSωsinωt,將相關(guān)量代入即可求解,平均電動(dòng)勢(shì)可以由前面學(xué)習(xí)過(guò)的法拉第電磁感應(yīng)定律E=NΔΦΔt求解。 解析:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e=NBSωsinωt,由題可知S=abbc=0.20.5m2=0.1m2 Emax=NBSω=1000.10.1100πV=314V 所以e=314sin100πtV。 (2)用E=NΔΦΔt計(jì)算t=0至t=T4過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì) E=N|Φπ2-Φ0|T4-0=N|0-BS|T4=4NBS2πω 即E=2πNBSω,代入數(shù)值得E=200V。 答案:(1)e=314sin 100πt V　(2)200 V 9. 如圖所示,一小型發(fā)電機(jī)內(nèi)有n=100匝的矩形線圈,線圈面積S=0.10 m2,線圈電阻可忽略不計(jì)。在外力作用下矩形線圈在B=0.10 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,以恒定的角速度ω=100π rad/s繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)電機(jī)線圈兩端與R=100 Ω的電阻構(gòu)成閉合回路。求: (1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值; (2)從線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始,線圈轉(zhuǎn)過(guò)90角的過(guò)程中通過(guò)電阻R橫截面的電荷量。 解析:(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Emax=nBSω=3.14102V。 (2)設(shè)從線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始,線圈轉(zhuǎn)過(guò)90角所用時(shí)間為Δt,線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=nBSΔt 通過(guò)電阻R的平均電流I=ER=nBSRΔt 在Δt時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻橫截面的電荷量Q=IΔt=nBSR=1.010-2C。 答案:(1)3.14102 V　(2)1.010-2 C B組 1.(2014福建泉州檢測(cè))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:正弦交變電流是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸轉(zhuǎn)動(dòng),從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),只有選項(xiàng)A合適。 答案:A 2.(2014安徽黃山期末檢測(cè))某臺(tái)家用柴油發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)能夠產(chǎn)生與我國(guó)照明電網(wǎng)相同的交變電流?，F(xiàn)在該發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障,轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速只能達(dá)到正常工作時(shí)的一半,則它產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像是(　　) 解析:線圈轉(zhuǎn)速為正常時(shí)的一半,據(jù)ω=2πn=2πT知,周期變?yōu)檎r(shí)的2倍,又據(jù)Em=NBSω知,最大值變?yōu)檎r(shí)的一半,結(jié)合我國(guó)電網(wǎng)交變電流實(shí)際情況,選項(xiàng)B正確。 答案:B 3.(2014遼寧丹東期末檢測(cè))單匝閉合金屬線框abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),設(shè)穿過(guò)線框的最大磁通量為Φm,線框中的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是Em,從線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí),下面說(shuō)法不正確的是 (　　) A.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為Φm2時(shí),線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是Em2 B.線框中的電流強(qiáng)度隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化 C.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為EmΦm D.線框在垂直于磁場(chǎng)方向平面內(nèi)的投影面積隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化 解析:當(dāng)穿過(guò)線框磁通量為Φm2時(shí),即線框與磁場(chǎng)B的方向成45,則線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Emcos45=2Em2,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于從線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí),因此線框中的電流強(qiáng)度隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化,選項(xiàng)B正確;由Φm=BS,Em=BSω知,線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω=EmΦm,選項(xiàng)C正確;由于在垂直磁場(chǎng)B的方向上的投影面積S投=Ssinθ=Ssinωt,選項(xiàng)D正確。 答案:A 4.(多選)(2014湖南長(zhǎng)沙檢測(cè))如圖所示,閉合的矩形導(dǎo)體線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),沿著OO方向觀察,線圈沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,線圈匝數(shù)為n,ab邊的邊長(zhǎng)為l1,ad邊的邊長(zhǎng)為l2,線圈電阻為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)(　　) A.線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcda B.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為2nBl2ω C.穿過(guò)線圈磁通量隨時(shí)間的變化率最大 D.線圈ad邊所受安培力的大小為n2B2l1l22ωR 解析:當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖示的位置時(shí),線圈的磁通量即將向右增加,由楞次定律結(jié)合右手螺旋定則可知,線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍dcba,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;當(dāng)轉(zhuǎn)到圖示的位置時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大,由法拉第電磁感應(yīng)定律可得,穿過(guò)線圈的磁通量的變化率最大。此時(shí)電動(dòng)勢(shì)的大小為E=2nBl2ωl12=nBl1l2ω,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;線圈此時(shí)的感應(yīng)電流大小為:I=ER=nBl1l2ωR,所以ad邊所受的安培力的大小為:F=nBIl2,代入I可得:F=n2B2l1l22ωR,選項(xiàng)D正確。 答案:CD 5.如圖所示,單匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO軸從圖示位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng),已知從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)π6時(shí),線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為10 V,求: (1)交變電動(dòng)勢(shì)的峰值; (2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)π2的過(guò)程中,交變電動(dòng)勢(shì)的平均值。 解析:(1)圖示位置為中性面,從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e=Emsinωt 將ωt=π6,e=10V代入上式,有10=Emsinπ6 解得Em=20V (2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)π2的過(guò)程中,磁通量的變化量為ΔΦ=BS, 經(jīng)歷的時(shí)間Δt=π2ω, 所以此過(guò)程中交變電動(dòng)勢(shì)的平均值為E=ΔΦΔt=2BωSπ=2πEm=2π20V=12.7V 答案:(1)20 V　(2)12.7 V 6.一矩形線圈,面積為S,匝數(shù)為N,在場(chǎng)強(qiáng)為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞著中軸OO做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度為ω,磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直,當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),求:(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。(2)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式。(3)若線圈中的電阻為R,則線圈中的電流的最大值為多少?(4)線圈中的電流瞬時(shí)表達(dá)式。 點(diǎn)撥:應(yīng)用交變電流的變化規(guī)律解題。注意區(qū)分好最大值和瞬時(shí)值。 解析:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值 Emax=NBL1L2ω=NBSω。 (2)因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)的最大值 Emax=NBSω, 角速度ω,線圈轉(zhuǎn)到中性面開(kāi)始計(jì)時(shí), 所以電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式是 e=NBSωsinωt。 (3)根據(jù)歐姆定律,電路中電流最大值為 Imax=EmaxR=NBSωR。 (4)因?yàn)殡娐分须娏鞯淖畲笾禐镮max=EmaxR=NBSωR,所以通過(guò)負(fù)載的電流的瞬時(shí)值表達(dá)式是i=NBSωRsinωt。 答案:(1)NBSω　(2)e=NBSωsin ωt (3)NBSωR　(4)i=NBSωRsin ωt