高中物理 第五章第一節(jié) 《交變電流》知能演練輕松闖關(guān) 新人教版選修3-2

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111 2013-2014學(xué)年高中物理 第五章第一節(jié) 交變電流知能演練輕松闖關(guān) 新人教版選修3-2 1．關(guān)于交變電流和直流電的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．如果電流大小隨時(shí)間做周期性變化，則一定是交變電流 B．直流電的大小和方向一定不變 C．交變電流一定是按正弦規(guī)律變化的 D．交變電流的最大特征就是電流的方向隨時(shí)間做周期性的變化 解析：選D.直流電的特征是電流的方向不變，電流的大小可以改變．交變電流的特征是電流的方向隨時(shí)間改變．交變電流有多種形式，正弦式交流電只是交變電流中最基本、最簡(jiǎn)單的一種，故選D. 2．(2013莆田高二檢測(cè))如圖所示，屬于交流電的是(　　) 解析：選C.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. 3．線(xiàn)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(yíng)、C時(shí)刻線(xiàn)圈處于中性面位置 B．在B、D時(shí)刻穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零 C．從A時(shí)刻到D時(shí)刻線(xiàn)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：選D.A、C時(shí)刻感應(yīng)電流最大，線(xiàn)圈位置與中性面垂直，B、D時(shí)刻感應(yīng)電流為零，線(xiàn)圈在中性面，此時(shí)磁通量最大．從A時(shí)刻到D時(shí)刻線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)角度為.若從O時(shí)刻到D時(shí)刻經(jīng)過(guò)0.02 s，即線(xiàn)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2＝100次，故選D. 4. (2013沈陽(yáng)二中高二檢測(cè))如圖所示，一矩形線(xiàn)圈abcd，已知ab邊長(zhǎng)為l1，bc邊長(zhǎng)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(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則t時(shí)刻線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為(　　) A．0.5Bl1l2ωsin ωt　　　　　　 B．0.5Bl1l2ωcos ωt C．Bl1l2ωsin ωt D．Bl1l2ωcos ωt 解析：選D.因?yàn)殚_(kāi)始時(shí)刻線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行，即從垂直于中性面開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，所以開(kāi)始時(shí)刻線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大為Em＝Bl1l2ω，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)形式應(yīng)為余弦形式，因此在t時(shí)刻線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Bl1l2ωcos ωt, 故選D. 5. (2013東城區(qū)高二檢測(cè))如圖所示，一小型發(fā)電機(jī)內(nèi)有n＝100匝矩形線(xiàn)圈，線(xiàn)圈面積S＝0.10 m2，線(xiàn)圈電阻可忽略不計(jì)．在外力作用下矩形線(xiàn)圈在B＝0.10 T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(xiàn)圈兩端與R＝100 Ω的電阻構(gòu)成閉合回路．求： (1)線(xiàn)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(xiàn)圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始，線(xiàn)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(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值 Em＝nBSω＝3.1102 V. (2)設(shè)從線(xiàn)圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始，線(xiàn)圈通過(guò)90角所用時(shí)間為Δt，線(xiàn)圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)＝ 通過(guò)電阻R的平均電流＝＝ 在Δt時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻橫截面的電荷量 Q＝Δt＝＝1.010－2 C. 答案：(1)3.1102 V　(2)1.010－2 C 一、選擇題 1．(單選)下列線(xiàn)圈中不能產(chǎn)生交變電流的是(　　) 解析：選A.由正弦式交流電的產(chǎn)生條件可知，軸必須垂直于磁感線(xiàn)，但對(duì)線(xiàn)圈的形狀沒(méi)有特別要求．故選A. 2．(多選)對(duì)于如圖所示的電流i隨時(shí)間t做周期性變化的圖象，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．電流大小變化，方向不變，是直流電 B．電流大小、方向都變化，是交流電 C．電流最大值為0.2 A D．電流做周期性變化，是交流電 答案：AC 3. (單選)如圖所示，一矩形線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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：選C.由于MN換向器的作用，由右手定則可知通過(guò)R的電流方向不變，總是由P→R→Q.故C選項(xiàng)正確． 4．(單選)一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)，在正常工作時(shí)的正弦電動(dòng)勢(shì)e＝220 sin 100πt V，由于超負(fù)荷使電樞轉(zhuǎn)速降低了，這時(shí)的電動(dòng)勢(shì)是(　　) A．e＝220sin 100πt V B．e＝220sin 90πt V C．e＝198sin 100πt V D．e＝198sin 90πt V 解析：選D.由于超負(fù)荷，使電樞轉(zhuǎn)速降低了，即轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉?lái)的，n′＝0.9n，所以電動(dòng)勢(shì)的最大值Em′＝NBSω′＝0.9Em＝0.9220 V＝198 V，角速度ω′＝2πn′＝2π0.9n＝0.9ω＝0.9100π rad/s＝90π rad/s，故選D. 5．(多選)如圖所示為一個(gè)矩形線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 B．t2時(shí)刻ad的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直 C．t3時(shí)刻線(xiàn)圈平面與中性面重合 D．t4，t5時(shí)刻線(xiàn)圈中感應(yīng)電流的方向相同 解析：選BC.t1時(shí)刻通過(guò)線(xiàn)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)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em，此時(shí)ad、cb的運(yùn)動(dòng)方向均垂直于磁場(chǎng)方向，B正確；t1、t3、t5時(shí)刻Φ最大，＝0，此時(shí)線(xiàn)圈平面垂直于磁場(chǎng)方向，稱(chēng)為中性面，C正確；t5時(shí)刻感應(yīng)電流為零，D錯(cuò)誤．故選BC. 6．(多選)(2013華南師大附中高二月考)線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)e＝10sin 20πt V，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．t＝0時(shí)，線(xiàn)圈平面位于中性面 B．t＝0時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大 C．t＝0時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)的有效速率最大 D．t＝0.4 s時(shí)，e有最大值10 V 解析：選AB.由電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式知，計(jì)時(shí)從線(xiàn)圈位于中性面時(shí)開(kāi)始，所以t＝0時(shí)，線(xiàn)圈平面位于中性面，磁通量為最大，但此時(shí)導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)速度方向與磁感線(xiàn)平行，切割磁感線(xiàn)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．故選AB. 7．(多選)如圖甲所示，一矩形閉合線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)從線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線(xiàn)圈中產(chǎn)生的交變電流按照?qǐng)D乙所示的余弦規(guī)律變化，則在t＝時(shí)刻(　　) A．線(xiàn)圈中的電流最大 B．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零 C．線(xiàn)圈所受的安培力為零 D．線(xiàn)圈中的電流為零 解析：選CD.t＝＝，此時(shí)線(xiàn)圈位于中性面位置，所以穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大，B錯(cuò)誤，由于此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，所以線(xiàn)圈中電流為零．線(xiàn)圈所受的安培力為零，A錯(cuò)誤，C、D正確．故選CD. 8. (單選)如圖所示，單匝矩形線(xiàn)圈的一半放在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，中心軸線(xiàn)OO′與磁場(chǎng)邊界重合，線(xiàn)圈繞中心軸線(xiàn)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(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，規(guī)定電流方向沿abcd為正方向，則下圖中能表示線(xiàn)圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化規(guī)律的是(　　) 解析：選B.在0～內(nèi)，ab一側(cè)的線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流，電流方向由楞次定律判斷為dcba且越來(lái)越大.～內(nèi)，ab一側(cè)線(xiàn)圈在磁場(chǎng)外，而dc一側(cè)線(xiàn)圈又進(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(lèi)推，可知it圖象正確的為B. 009.(多選)(2013武漢三中高二月考)如圖所示，甲、乙兩個(gè)并排放置的共軸線(xiàn)圈，甲中通有如圖所示的電流，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(xiàn)圈間作用力為零 D．t2時(shí)刻兩線(xiàn)圈間吸引力最大 解析：選ABC.甲回路電流的磁場(chǎng)減弱時(shí)，由楞次定律知，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)甲中電流增強(qiáng)時(shí)，甲、乙互相排斥，故A、B選項(xiàng)都正確．t1時(shí)刻，甲中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化率為零，則乙線(xiàn)圈感生電流瞬時(shí)值為零，而t2時(shí)刻，甲中的電流變化最快，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、乙電流間相互作用力為零，C正確，D錯(cuò)誤．故選ABC. 10．(單選)如圖甲所示，一矩形線(xiàn)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(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)夾角θ＝45時(shí)(如圖乙)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圖丙中正確的是(　　) 解析：選D.矩形線(xiàn)圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流，在開(kāi)始計(jì)時(shí)(t＝0)時(shí)線(xiàn)圈達(dá)到圖乙所示的位置，據(jù)右手定則判斷電流為負(fù)方向，首先排除A、B選項(xiàng)．若到達(dá)圖甲所示的位置，感應(yīng)電流為負(fù)向的峰值，可見(jiàn)t＝0的時(shí)刻交變電流處于負(fù)半周且再經(jīng)到達(dá)中性面位置，即φ0＝，瞬時(shí)表達(dá)式i＝Imsin(ωt－φ0)，所以 0＝Imsin，t＝.故選D. 二、非選擇題 11．一個(gè)面積為S的矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以某一邊為軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向與軸垂直．線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示．求： (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B； (2)在t＝時(shí)刻，線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)的夾角為多少？ 解析：(1)線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生余弦式交變電流，Em＝BSω＝BS，故B＝. (2)在t＝時(shí)刻線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ＝ωt＝＝＝30，也就是線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)夾角為30. 答案：(1)　(2)30 12．發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為100匝、邊長(zhǎng)為20 cm的正方形線(xiàn)圈，將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.05 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞著垂直于磁場(chǎng)方向的軸以ω＝100π rad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線(xiàn)圈平面跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)．線(xiàn)圈和外電路的總電阻R＝10 Ω. (1)寫(xiě)出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式； (2)線(xiàn)圈從計(jì)時(shí)開(kāi)始，轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中通過(guò)線(xiàn)圈某一截面的電荷量為多少？ 解析：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為Em＝nBSω Em＝1000.050.20.2100π V＝20π V Im＝＝2π A，所以i＝Imsin ωt＝2πsin 100πt A. (2)線(xiàn)圈從計(jì)時(shí)開(kāi)始，轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中通過(guò)線(xiàn)圈某一截面的電荷量q＝t＝Δt＝.從中性面計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)，如圖所示． ΔΦ＝BΔS＝BS(1－sin 30)＝BS q＝＝ C＝ C＝110－2 C. 答案：(1)i＝2πsin 100πt A　(2)110－2 C 111