2024-2025學(xué)年高中物理第五章交變電流1交變電流課后作業(yè)含解析新人教版選修3-2

PAGEPAGE6交變電流時(shí)間：45分鐘一、單項(xiàng)選擇題1.如圖所示，一矩形線圈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從圖示位置起先勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則t時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為(D)A．0.5Bl1l2ωsinωt B．0.5Bl1l2ωcosωtC．Bl1l2ωsinωt D．Bl1l2ωcosωt解析：線圈從題圖示位置起先轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emcosωt，由題意，Em＝BSω＝Bl1l2ω，所以e＝Bl1l2ωcosωt.2．一矩形線圈在勻強(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)間改變的圖象如圖甲所示．則下列說(shuō)法正確的是(B)A．t＝0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時(shí)刻，Φ的改變率最大C．t＝0.02s時(shí)刻，溝通電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大D．該線圈相應(yīng)產(chǎn)生的溝通電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示解析：由題圖甲可知，t＝0時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量最大，線圈處于中性面位置．t＝0.01s時(shí)刻，磁通量為零，但磁通量改變率最大，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確．t＝0.02s時(shí)，溝通電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為0，C、D均錯(cuò)誤．3．如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí)(A)A．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流等于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流B．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)C．線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向相同，都是a→b→c→dD．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力解析：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；繞兩個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小相等，從上向下看，線框逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電流的方向應(yīng)為a→d→c→b，選項(xiàng)C錯(cuò)；電流相等，cd受到的安培力也相等，選項(xiàng)D錯(cuò)．4.如圖所示，一矩形線圈繞與勻強(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．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電阻R的電流(C)A．大小和方向都隨時(shí)間做周期性改變B．大小和方向都不隨時(shí)間做周期性改變C．大小不斷改變，方向總是P→R→QD．大小不斷改變，方向總是Q→R→P解析：在圖示位置時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，由右手定則可知，ab邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向由b→a，cd邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由d→c，通過(guò)電刷將電流引出，在外電路中的電流方向?yàn)镻→R→Q，轉(zhuǎn)過(guò)180°后，ab、cd邊位置交換，但電流方向仍為P→R→Q，故選項(xiàng)C正確．5.如圖所示，單匝矩形線圈的一半放在具有志向邊界的勻強(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)(ab向紙外，cd向紙內(nèi))．若從圖所示位置起先計(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)間改變的圖象是圖中的(A)解析：由題意知，線圈總有一半在磁場(chǎng)中做切割磁感線的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且是從中性面起先進(jìn)行的，所以產(chǎn)生的仍舊是正弦式交變電流，只是最大值為線圈全部在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀況下產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值的一半，所以選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤．再由楞次定律可以推斷出起先計(jì)時(shí)一段時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)電流方向與選定的正方向相反，所以A選項(xiàng)符合題意．二、多項(xiàng)選擇題6．如圖中各圖面積均為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)生正弦式交變電動(dòng)勢(shì)e＝BSωsinωt的圖是(AC)解析：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸(軸在線圈所在平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的正弦式交變電動(dòng)勢(shì)為e＝BSωsinωt，由這一原則推斷，A圖和C圖符合要求；B圖中的轉(zhuǎn)軸不在線圈所在平面內(nèi)；D圖轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向平行，而不是垂直，且磁通量不變不能產(chǎn)生感應(yīng)電流．故A、C正確．7．一單匝閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)線圈的最大磁通量為Φm，最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em，下列說(shuō)法正確的是(BD)A．當(dāng)磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零B．當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在增大C．當(dāng)磁通量等于0.5Φm時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于0.5EmD．角速度ω＝eq\f(Em,Φm)解析：因?yàn)镋m＝BSω＝Φmω，則ω＝eq\f(Em,Φm)，D項(xiàng)正確；又當(dāng)e＝Emsinωt時(shí)，Φ＝Φmcosωt，因此當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在增大，B項(xiàng)正確，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤．8.如圖所示，在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一正方形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若要使線圈中的電流峰值減半，可行的方法是(ACD)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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半D．只將線圈的邊長(zhǎng)減半解析：由Im＝eq\f(Em,R)，Em＝NBSω，ω＝2πn，得Im＝eq\f(NBS·2πn,R)，故A、C正確；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錯(cuò)誤；當(dāng)邊長(zhǎng)減半時(shí)，面積S減為原來(lái)的eq\f(1,4)，而電阻減為原來(lái)的eq\f(1,2)，故D正確．三、非選擇題9.一個(gè)100匝的矩形線圈，其面積為200cm2、電阻為10Ω，與外電阻R＝90Ω相接后，它在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨時(shí)間改變的圖象如圖所示，求線圈所在處勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。鸢福?.025T解析：設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em＝NBSω＝NBSeq\f(2π,T)，由閉合電路歐姆定律得：Im＝eq\f(Em,R＋r)，由此可得：B＝eq\f(R＋rTIm,2πNS)由圖知：Im＝π×10－2A，T＝0.10s，由題可知：S＝200cm2＝0.02m2，R＋r＝90Ω＋10Ω＝100Ω，N＝100，把上述條件代入B＝eq\f(R＋rTIm,2πNS)得：B＝0.025T.10．某愛(ài)好小組設(shè)計(jì)了一種發(fā)電裝置，如圖所示．在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場(chǎng)區(qū)域的圓心角α均為eq\f(4,9)π，磁場(chǎng)均沿半徑方向．匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長(zhǎng)ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l.線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，bc和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)．在磁場(chǎng)中，兩條邊所經(jīng)過(guò)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直．線圈的總電阻為r，外接電阻為R.求：(1)線圈切割磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小Em.(2)線圈切割磁感線時(shí)，bc邊所受安培力的大小F.答案：(1)2NBl2ω(2)eq\f(4N2B2l3ω,r＋R)解析：(1)bc、ad邊的運(yùn)動(dòng)速度v＝ωeq\f(l,2)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Em＝4NBlv，解得Em＝2NBl2ω.(2)電流Im＝eq\f(Em,r＋R)，安培力F＝2NBIml，解得F＝eq\f(4N2B2l3ω,r＋R).11．發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為100、邊長(zhǎng)為20cm的正方形線圈，將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.05T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圍著垂直于磁場(chǎng)方向的軸以ω＝100πrad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)起先計(jì)時(shí)．線圈和外電路的總電阻R＝10Ω.(1)寫出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式．(2)線圈從計(jì)時(shí)起先，轉(zhuǎn)過(guò)eq\f(π,3)過(guò)程中通過(guò)線圈某一截面的電荷量為多少？答案：(1)i＝2πsin100πtA(2)1×10－2C解析：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值：Em＝nBωL2＝100×0.05×0.22×100πV＝20πV，從中性面起先轉(zhuǎn)動(dòng)瞬時(shí)值表達(dá)式為：e＝Emsinωt＝20π×sin100πtV＝20πsin100πtV，依據(jù)歐姆定律，溝通電流瞬時(shí)值表達(dá)式：i＝eq\f(e,R)＝eq\f(20πsin100πt,10)A＝2πsin100πtA.(2)E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，又I＝eq\f(E,R)，且I＝eq