2024-2025版高中物理第五章交變電流1交變電流課時練習含解析新人教版選修3-2

PAGE8-交變電流(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共5小題,每題7分,共35分)1.如圖所示,線圈中不能產(chǎn)生交變電流的是 ()【解析】選A。B、C、D中線圈產(chǎn)生的感應電流方向均發(fā)生變更,故能產(chǎn)生交變電流,A中不產(chǎn)生交變電流。2.(多選)對于如圖所示的電流i隨時間t做周期性變更的圖象,下列說法中正確的是 ()A.電流大小變更,方向不變,是直流電B.電流大小、方向都變更,是溝通電C.電流最大值為0.2A,周期為0.01sD.電流大小變更,方向不變,不是直流電,是溝通電【解析】選A、C。從題圖中可以看出,電流最大值為0.2A,周期為0.01s,電流大小變更,但方向不變,是直流電,不是溝通電,故A、C正確,B、D錯誤。3.一矩形線圈,繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉動,線圈中的感應電動勢e隨時間t的變更如圖所示,下列說法中正確的是 ()A.t1時刻通過線圈的磁通量為零B.t2時刻通過線圈的磁通量的肯定值最大C.t3時刻通過線圈的磁通量變更率的肯定值最大D.每當e變換方向時,通過線圈的磁通量的肯定值都為最大【解析】選D。t1、t3時刻線圈中的感應電動勢e=0,故為線圈通過中性面的時刻,線圈的磁通量為最大,磁通量變更率為零,故A、C錯誤。t2時刻e=-Em,是線圈平面轉至與磁感線平行的時刻,磁通量為零,B錯誤。每當e變換方向時,也就是線圈通過中性面的時刻,通過線圈的磁通量的肯定值最大,所以D正確。4.線圈的匝數(shù)為100匝,在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動時,穿過線圈磁通量隨時間的變更規(guī)律如圖所示。下列結論正確的是 ()A.在t=0s和t=0.2s時,線圈平面和磁場垂直,電動勢最大B.在t=0.1s和t=0.3s時,線圈平面和磁場垂直,電動勢為零C.在t=0.2s和t=0.4s時電流變更方向D.在t=0.1s和t=0.3s時,線圈切割磁感線的有效速率最大【解析】選B。在t=0s和t=0.2s時,磁通量最小,線圈位于與中性面垂直位置,感應電動勢最大,故A錯誤;在t=0.1s和t=0.3s時,磁通量最大,線圈位于中性面位置,感應電動勢為零,故B正確;在t=0.2s和t=0.4s時,磁通量最小,線圈位于與中性面垂直位置,電流方向沒有發(fā)生變更,故C錯誤;在t=0.1s和t=0.3s時,磁通量最大,線圈處于中性面位置,感應電動勢為零,故磁通量變更率為零,線圈切割磁感線的有效速率最小,故D錯誤。故選B。5.如圖甲所示,①、②兩個并排放置的共軸線圈,①中通有如圖乙所示的溝通電,則下列推斷錯誤的是 ()A.在t1到t2時間內(nèi),①②相吸B.在t2到t3時間內(nèi),①②相斥C.t1時刻兩線圈間作用力為零D.t2時刻兩線圈間吸引力最大【解析】選D。t1到t2時間內(nèi)①線圈中電流正向減小,在線圈②中產(chǎn)生感應電流也為正向,故①②兩線圈相互吸引,故A選項說法正確;t2到t3時間內(nèi),①線圈中電流負向增大,在②中產(chǎn)生正向的感應電流,①②相互排斥,B選項說法正確;t1時刻①電流最大,但變更率為零,在②中不產(chǎn)生感應電流,兩線圈作用力為零,C選項說法正確;t2時刻①中電流為零,但變更率最大,②中感應電流最大,作用力為零,故D選項說法錯誤。二、計算題(本題共2小題,共25分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標明單位)6.(13分)如圖所示,線圈abcd的面積是0.05m2,共200匝;線圈總電阻r=1Ω,外接電阻R=9Ω,勻強磁場的磁感應強度B=T,線圈以角速度ω=100πrad/s勻速轉動。若線圈經(jīng)圖示位置時起先計時,寫出線圈中感應電動勢峰值和瞬時值的表達式?！窘馕觥扛袘妱觿葑畲笾禐镋m=NBSω=200××0.05×100πV=1000V,由于從中性面起先計時,則瞬時值表達式為:e=Emsin(ωt)=1000sin(100πt)V。答案:1000Ve=1000sin(100πt)V【總結提升】交變電流瞬時值表達式的書寫技巧(1)確定正弦交變電流的峰值,依據(jù)已知圖象讀出或由公式Em=nBSω求出相應峰值。(2)明確線圈的初始位置,找出對應的函數(shù)關系式。①線圈從中性面位置起先轉動,則i-t圖象為正弦函數(shù)圖象,函數(shù)式為i=Imsinωt。②線圈從垂直中性面位置起先轉動,則i-t圖象為余弦函數(shù)圖象,函數(shù)式為i=Imcosωt。(3)線圈在勻強磁場中勻速轉動產(chǎn)生正弦式交變電流,產(chǎn)生的交變電流與線圈的形態(tài)無關。如圖所示,若線圈的面積與題中的圖所示的線圈面積相同,則答案完全相同。7.(12分)有一個正方形線框的線圈匝數(shù)為10匝,邊長為20cm,線框總電阻為1Ω,線框繞OO′軸以10πrad/s的角速度勻速轉動,如圖所示,垂直于線框平面對里的勻強磁場的磁感應強度為0.5T,求:(1)該線框產(chǎn)生的交變電流電動勢最大值、電流最大值;(2)線框從圖示位置轉過60°時,感應電動勢的瞬時值;(3)感應電動勢隨時間變更的表達式。【解析】(1)交變電流電動勢最大值為Em=NBSω=10×0.5×0.22×10πV≈6.28V電流的最大值為Im==A=6.28A。(2)線框轉過60°時,感應電動勢E=Emsin60°≈5.44V。(3)由于線框轉動是從中性面起先計時的,所以瞬時值表達式為e=Emsinωt=6.28sin10πt(V)。答案:(1)6.28V6.28A(2)5.44V(3)e=6.28sin10πt(V)(15分鐘·40分)8.(6分)在垂直紙面對里的有界勻強磁場中放置了矩形線圈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時刻起,線圈以恒定角速度ω=繞cd邊沿如圖所示方向轉動,規(guī)定線圈中電流沿abcda方向為正方向,則從t=0到t=T時間內(nèi),線圈中的電流i隨時間t變更關系的圖象為 ()【解析】選B。在0～內(nèi),線圈在勻強磁場中勻速轉動,故產(chǎn)生正弦式溝通電,由楞次定律知,電流方向為負值且漸漸增大;在～T內(nèi),線圈中無感應電流;在T時,ab邊垂直切割磁感線,感應電流最大,且電流方向為正值,故只有B項正確。9.(6分)如圖所示,一圓柱形鐵芯上沿軸線方向繞有矩形線圈,鐵芯與磁極的縫隙間形成了輻向勻稱磁場,磁場的中心與鐵芯的軸線重合。當鐵芯繞軸線以角速度ω逆時針轉動的過程中,線圈中的電流變更圖象正確的是(從圖示位置起先計時,N、S極間縫隙的寬度不計。以a邊的電流進入紙面,b邊的電流流出紙面為正方向) ()【解析】選C。在一個周期內(nèi),前半個周期:依據(jù)右手定則可知電流從b邊進入紙面,a邊流出紙面,為負值。設ab邊長為L1,ad邊長為L2,矩形abcd的面積為S,電阻為R,磁感應強度大小為B,則感應電動勢大小為E=2BωL2=BSω,感應電流大小為i==不變;后半個周期:依據(jù)右手定則可知電流從a邊進入紙面,b邊流出紙面,為正值。感應電流大小為i==不變,C項正確。10.(6分)(多選)一單匝矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸線勻速轉動時產(chǎn)生正弦式交變電流,其電動勢的變更規(guī)律如圖線a所示,當調(diào)整線圈轉速后,電動勢的變更規(guī)律如圖線b所示,以下關于這兩個正弦式交變電流的說法正確的是 ()A.從圖線可算出穿過線圈磁通量的最大值B.線圈先后兩次轉速之比為2∶3C.在圖線a和b中,t=0時刻穿過線圈的磁通量均為零D.圖線b電動勢的瞬時值表達式為e=100sintV【解析】選A、D。依據(jù)圖線a:感應電動勢最大值Em=BSω=Φmω,因此磁通量最大值Φm===Wb,A項正確;線圈先后兩次周期之比==,===,B項錯誤;t=0時刻感應電動勢為零,線圈位于中性面,穿過線圈的磁通量最大,C項錯誤;感應電動勢最大值Em=BSω,因此===,即Emb=Ema=100V,圖線b電動勢瞬時值表達式為e=Embsinωbt=100sintV,D項正確。11.(22分)如圖所示,一半徑為r=10cm的圓形線圈共100匝,在磁感應強度B=T的勻強磁場中,繞垂直于磁場方向的中心軸線OO′以n=600r/min的轉速勻速轉動,當線圈轉至中性面位置(圖中位置)時起先計時。(1)寫出線圈內(nèi)所產(chǎn)生的交變電動勢的瞬時值表達式。(2)求線圈從圖示位置起先在s時的電動勢的瞬時值?！窘馕觥烤€圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸線勻速轉動時,線圈內(nèi)產(chǎn)生正弦交變電動勢,當線圈平面在中性面時起先計時,其表達式為e=Emsinωt。(1)e=Emsinωt,Em=NBSω(與線圈形態(tài)無關),ω=20πrad/s,故e=100sin20πtV。(2)當t=s時,e=100sin(20π×)V=50V=86.6V。答案:(1)e=100sin20πtV(2)86.6V【加固訓練】如圖甲所示,把一個固定的矩形導體線圈水平放置,線圈的兩端接一只小燈泡,在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的磁場。已知線圈的匝數(shù)n=100匝,線圈的總電阻r=1.0Ω,線圈所圍成矩形的面積S=0.040m2,小燈泡的電阻R=9.0Ω,磁場的磁感應強度B隨時間t的變更規(guī)律如圖乙所示。已知線圈中產(chǎn)生的感應電動勢瞬時值的表達式為e=nBmScost,其中Bm為磁感應強度的最大值,T為磁場變更的周期。不計燈絲電阻隨溫度的變更,求:(1)線圈中產(chǎn)生感應電動勢的最大值。(2)在磁感應強度變更的0～的時間內(nèi),通過小燈泡的電荷量?！窘馕觥?1)因