2024-2025學(xué)年新教材高中物理第3章交變電流與遠(yuǎn)距離輸電第2節(jié)交變電流的產(chǎn)生課時(shí)作業(yè)含解析魯科版選擇性必修2

PAGE7-交變電流的產(chǎn)生(建議用時(shí)：25分鐘)考點(diǎn)一交變電流的產(chǎn)生1．(多選)如圖，線圈中能產(chǎn)生交變電流的是()ABCDBCD[由交變電流的產(chǎn)生條件可知，軸必需垂直于磁感線，但對線圈的形態(tài)及轉(zhuǎn)軸的位置沒有特殊要求。故選BCD。]2．如圖所示為演示交變電流的裝置圖，關(guān)于這個(gè)試驗(yàn)，正確的說法是()A．線圈每轉(zhuǎn)動一周，指針左右搖擺兩次B．圖示位置為中性面，線圈中無感應(yīng)電流C．圖示位置，ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)橛蒩→bD．線圈平面與磁場方向平行時(shí)，磁通量變更率為零C[線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動，在電路中產(chǎn)生周期性變更的交變電流，線圈經(jīng)過中性面時(shí)電流方向變更，線圈每轉(zhuǎn)動一周，有兩次經(jīng)過中性面，電流方向變更兩次，指針左右搖擺一次，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；線圈平面跟磁感線垂直的位置稱為中性面，明顯圖中并不是中性面，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；線圈處于圖示位置時(shí)，ab邊向右運(yùn)動，由右手定則可知，ab邊中感應(yīng)電流方向?yàn)橛蒩→b，選項(xiàng)C正確；線圈平面跟磁場平行時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，而此時(shí)的磁通量為零，但磁通量的變更率最大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]考點(diǎn)二交變電流的規(guī)律3．某交變電流的電壓為u＝6eq\r(2)sin314t(V)，則()A．把額定電壓為6V的小燈泡干脆接在此電源上，小燈泡能正常發(fā)光B．把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在此電源上，打點(diǎn)周期為0.01sC．把此電壓加在阻值為6Ω的電阻上，該電阻消耗的功率為12WD．擊穿電壓為6V的電容器能干脆接在此電源上A[電源電壓有效值為6V，剛好等于小燈泡的額定電壓，A對；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期等于交變電流的周期，是0.02s，B錯(cuò)；6Ω電阻消耗的功率P＝eq\f(U2,R)＝eq\f(62,6)W＝6W，C錯(cuò)；擊穿電壓6V小于電源最大電壓6eq\r(2)V，該電容器不能干脆接到此電源上，D錯(cuò)。]4.如圖所示，在水平勻強(qiáng)磁場中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，若要使線圈中的電流峰值減半，不行行的方法是()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)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半D．只將線圈的邊長減半B[由Im＝eq\f(Em,R)，Em＝NBSω，ω＝2πn，得Im＝eq\f(NBS·2πn,R)，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不行行；當(dāng)邊長減半時(shí)，面積S減為原來的eq\f(1,4)，而電阻減為原來的eq\f(1,2)，故D可行。]5.試驗(yàn)室里的溝通發(fā)電機(jī)可簡化為如圖所示的模型，正方形線圈在水平勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的OO′軸勻速轉(zhuǎn)動。今在發(fā)電機(jī)的輸出端接一個(gè)電阻R和志向電壓表，并讓線圈每秒轉(zhuǎn)25圈，讀出電壓表的示數(shù)為10V。已知R＝10Ω，線圈電阻忽視不計(jì)，下列說法正確的是()A．線圈位于圖中位置時(shí)，線圈中的瞬時(shí)電流為零B．從中性面起先計(jì)時(shí)，線圈中電流瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝eq\r(2)sin50πt(A)C．流過電阻R的電流每秒鐘方向變更100次D．電阻R上的熱功率等于20WB[在題圖所示位置，磁通量變更最快，感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流最大，A錯(cuò)；電壓有效值為10V，最大值為10eq\r(2)V，電流的最大值Im＝eq\f(Um,R)＝eq\r(2)A，從中性面起先計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)為：i＝eq\r(2)sin50πt(A)，B對；頻率為25Hz，每秒鐘電流方向變更50次，C錯(cuò)；電壓有效值為10V，R的功率為P＝eq\f(U2,R)＝10W，D錯(cuò)。]考點(diǎn)三交變電流的圖像6．矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，線圈中產(chǎn)生如圖所示的溝通電，設(shè)沿a→b→c→d→a方向?yàn)殡娏髡较?，則對應(yīng)t1時(shí)刻線圈位置為下列哪一個(gè)圖()ABCDB[由題圖知在t1時(shí)刻線圈獲得最大正向電流，電流方向?yàn)閍→b→c→d→a，又線圈為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，故只有B圖符合電流方向?yàn)閍→b→c→d→a且最大。]7．(多選)如圖甲所示，一個(gè)矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動．線圈內(nèi)磁通量隨時(shí)間t的變更如圖乙所示，則下列說法中正確的是()甲乙A．t1時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動勢最大B．t2時(shí)刻ab的運(yùn)動方向與磁場方向垂直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BC[t1時(shí)刻通過線圈的Φ最大，磁通量變更率eq\f(ΔΦ,Δt)最小，此時(shí)感應(yīng)電動勢為零，A錯(cuò)；在t2、t4時(shí)刻感應(yīng)電動勢為Em，此時(shí)ab、cd的運(yùn)動方向垂直于磁場方向，B正確；t1、t3、t5時(shí)刻，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，此時(shí)線圈平面垂直于磁場方向，與中性面重合，C正確；t5時(shí)刻感應(yīng)電流為零，D錯(cuò)。]8．(多選)如圖所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時(shí)所產(chǎn)生的正弦式溝通電的圖像，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的正弦式溝通電的圖像如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦式溝通電的說法正確的是()A．在圖中t＝0時(shí)刻穿過線圈的磁通量均為零B．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2C．溝通電a的電動勢瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝10sin5πt(V)D．溝通電b的電動勢最大值為5VBC[t＝0時(shí)刻電壓為零，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變更率為零，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由圖可知先后兩次周期之比為2∶3，由轉(zhuǎn)速n＝eq\f(1,T)得na∶nb＝eq\f(1,Ta)∶eq\f(1,Tb)＝3∶2，故B項(xiàng)正確；由圖可知溝通電a的電動勢最大值為10V，ω＝5πs－1，由溝通電的電動勢瞬時(shí)值表達(dá)式e＝Emsinωt(V)(從中性面起先計(jì)時(shí))得，e＝10sin5πt(V)，故C項(xiàng)正確。溝通電的電動勢最大值Em＝nBSω，角速度ω＝2πn，由兩次轉(zhuǎn)速的比值可得，溝通電b的電動勢最大值為eq\f(2,3)×10V＝eq\f(20,3)V，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。]9．如圖甲所示，一單匝矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場方向間的夾角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?。則如圖所示的四幅圖中正確的是()甲乙D[t＝0時(shí)刻，依據(jù)題圖乙表示的轉(zhuǎn)動方向，由右手定則知，此時(shí)ad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方向成45°角，由Em＝2Blv，可得E＝2×eq\f(\r(2),2)Blv＝eq\f(\r(2),2)Em，即此時(shí)電流是峰值的eq\f(\r(2),2)，由題圖乙還能視察到，線圈在接下來45°的轉(zhuǎn)動過程中，ad、bc兩邊的切割速度越來越小，所以感應(yīng)電動勢應(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。故選D。](建議用時(shí)：15分鐘)10．在垂直紙面對里的有界勻強(qiáng)磁場中放置了一矩形線圈abcd。線圈cd邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合。線圈平面與磁場方向垂直。從t＝0時(shí)刻起，線圈以恒定角速度ω＝eq\f(2π,T)繞cd邊沿如圖所示方向轉(zhuǎn)動，規(guī)定線圈中電流沿abcda方向?yàn)檎较颍瑒t從t＝0到t＝T時(shí)間內(nèi)，線圈中的電流i隨時(shí)間t變更關(guān)系的圖像為()ABCDB[在0～eq\f(T,4)內(nèi)，線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，故產(chǎn)生正弦式溝通電，由楞次定律知，電流方向?yàn)樨?fù)值；在eq\f(T,4)～eq\f(3,4)T內(nèi)，線圈中無感應(yīng)電流；在eq\f(3,4)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。]11．傳統(tǒng)的自行車發(fā)電機(jī)內(nèi)部電路如圖甲所示，驅(qū)動軸一端與自行車車輪相連，另一端連接條形永磁鐵，車輪轉(zhuǎn)動過程中，驅(qū)動軸帶動磁鐵在鐵芯之間勻速轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)線圈兩端產(chǎn)生的交變電壓波形如圖乙所示。已知波形圖中正負(fù)尖峰電壓分別為Um和－Um。兩個(gè)相鄰正負(fù)尖峰電壓所對應(yīng)的時(shí)間差為Δt，發(fā)電機(jī)線圈匝數(shù)為n。以下推斷正確的是()甲乙A．驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的角速度ω＝eq\f(2π,Δt)B．線圈電壓的有效值U＝eq\f(\r(2)Um,2)C．穿過線圈磁通量變更率的最大值km＝eq\f(Um,n)D．相鄰兩個(gè)向上尖峰時(shí)間內(nèi)，線圈電壓的平均值U＝eq\f(Um,2)C[依據(jù)題述兩個(gè)相鄰正負(fù)尖峰電壓所對應(yīng)的時(shí)間差為Δt，可得交變電流周期T＝2Δt，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的角速度ω＝eq\f(2π,2Δt)＝eq\f(π,Δt)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于產(chǎn)生的交變電流不是依據(jù)正弦規(guī)律變更，線圈電壓的有效值不是U＝eq\f(\r(2)Um,2)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢與磁通量變更率成正比，Um＝nkm，穿過線圈磁通量變更率的最大值km＝eq\f(Um,n)，選項(xiàng)C正確；相鄰兩個(gè)向上尖峰時(shí)間內(nèi)，線圈電壓的平均值U＝neq\f(ΔΦ,2Δt)，因?yàn)榫€圈轉(zhuǎn)過一個(gè)完整的周期，磁通量變更量ΔΦ＝0，所以電壓平均值等于零，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]12．如圖所示，N＝50匝的矩形線圈abcd，邊長ab＝20cm，ad＝25cm，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.4T的勻強(qiáng)磁場中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO′軸以n＝3000r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，線圈電阻r＝1Ω，外電路電阻R＝9Ω，t＝0時(shí)，線圈平面與磁感線平行，ab邊正轉(zhuǎn)出紙外、cd邊轉(zhuǎn)入紙里。(1)推斷t＝0時(shí)感應(yīng)電流的方向。(2)寫出線圈感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)表達(dá)式。(3)從圖示位置轉(zhuǎn)過90°過程中流過電阻R的電荷量是多大？[解析](1)依據(jù)ab、cd切割磁感線，由右手定則可得線圈中感應(yīng)電流方向a→d→c→b→a。(2)線圈的角速度ω＝2πn＝2×π×eq\f(3000,60)rad/s＝100πrad/s。設(shè)ab邊在t＝0時(shí)刻速度為vab，圖示位置的感應(yīng)電動勢最大，其大小為Em＝NBab·vab＝NBab·ad·ω＝50×0.4×0.20×0.25×100πV＝314V，電動勢的瞬時(shí)表達(dá)式為e＝NBωScosωt＝314cos100πt(V)。(3)從t＝0起轉(zhuǎn)過90°的過程中，Δt時(shí)間內(nèi)流過R的電荷量q＝IΔt＝eq\f(NΔΦ,ΔtR＋r)Δt＝eq\f(NBS,R＋r)＝eq\f(50×0.4×0.20×0.25,9＋1)C＝0.1C。[答案](1)a→d→c→b→a(2)e＝314cos100πt(V)(3)0.1C13．如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)“”形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動，已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(5\r(2),π)T，線框CD邊長為20cm，CE、DF邊長均為10cm，轉(zhuǎn)速為50r/s。若從圖示位置起先計(jì)時(shí)：(1)寫出線框中感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)作出線框中感應(yīng)電動勢e隨時(shí)間t變更關(guān)系的圖像。[解析](1)線框轉(zhuǎn)動起先計(jì)時(shí)的位置為線圈平面與磁