2019版物理人教版选修3-2训练：第五章　1　交变电流 .docx

05第五章交变电流1交变电流课时过关能力提升基础巩固1.(多选)如图所示的图像属于交变电流的有()解析:选项A、B、C中e的方向均发生了变化,故它们属于交变电流,但不是正弦式交变电流;选项D中e的方向未变化,故是直流。答案:ABC2.演示交变电流的装置如图所示。关于这个实验,下列说法正确的是()A.线圈每转动一周,指针左右摆动两次B.图示位置为中性面,线圈中无感应电流C.图示位置,ab边的感应电流方向为由abD.线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变化率为零解析:如题图所示,线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生周期性变化的交变电流,线圈经过中性面时电流改变方向,线圈每转动一周,有两次通过中性面,电流方向改变两次,指针左右各摆动一次,故A错;线圈平面垂直于磁感线的位置称为中性面,显然图示位置不是中性面,所以B错;线圈处于图示位置时,ab边向右运动,由右手定则,ab边的感应电流方向为由ab,故C对;线圈平面与磁场方向平行时,ab、cd边垂直切割磁感线,线圈产生的电动势最大,也可以这样认为,线圈处于竖直位置时,磁通量为零,但磁通量的变化率最大,故D错。答案:C3.(多选)如图甲所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO以恒定的角速度转动。当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化,则在 t=2 时刻()A.线圈中的电流最大B.穿过线圈的磁通量为零C.线圈所受的安培力为零D.线圈中的电流为零解析:t=2=T4,此时线圈位于中性面位置,穿过线圈的磁通量最大,B错误;由于此时感应电动势为零,所以线圈中电流为零,线圈所受的安培力为零,A错误,C、D正确。答案:CD4.(多选)线圈在磁场中匀速转动产生的交流电动势为e=102sin 20t V,则下列说法正确的是()A.t=0时,线圈平面位于中性面B.t=0时,穿过线圈的磁通量最大C.t=0时,导线切割磁感线的有效速度最大D.t=0.4 s时,e达到峰值102 V解析:由交流电动势瞬时值表达式e=102sin 20t V知,t=0时,e=0,则线圈位于中性面,穿过线圈的磁通量最大、有效切割速度为零,故A、B正确,C错误。当t=0.4 s时,e=0,D错误。答案:AB5.如图所示,矩形线圈在匀强磁场中沿逆时针方向匀速转动,可产生交变电流。当线圈转到图示位置时,电流表指针向右偏转。当线圈由图示位置继续转动,下列说法中正确的是()A.线圈在转动2的过程中,指针向右偏转B.线圈在图示位置时,线圈中电流改变方向C.线圈在转动322的过程中,指针向左偏转D.线圈在图示位置反方向转过322的过程中,指针向左偏转解析:线圈在中性面开始改变电流方向,图示位置不是中性面,故B错;逆时针转2时电流改为指针左偏,在232的过程中都是指针左偏,A错;逆时针转32时电流表改为指针右偏,在322的过程中都是指针右偏,C错;线圈从图示位置反方向转过322的过程中,根据右手定则,可判断指针向左偏,故D对。答案:D6.一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示。则下列说法正确的是()A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直B.t=0.01 s时刻,的变化率最大C.t=0.02 s时刻,交流电动势达到最大D.该线圈产生的交流电动势的图像如图乙所示解析:t=0时刻,穿过线圈的磁通量最大,线圈处于中性面的位置,选项A错误;t=0.01 s时刻,的变化率最大,选项B正确;t=0.02 s时刻,穿过线圈的磁通量最大,线圈处于中性面的位置,磁通量变化率为零,电动势为零,选项C、D错误。答案:B7.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动,线圈共100匝,转动角速度为10 rad/s,在转动过程中,穿过线圈的磁通量的最大值为0.06 Wb,则线圈平面转到与磁感线平行时,感应电动势为_V,当线圈平面与中性面的夹角为4时,感应电动势为_V。解析:磁通量的最大值m=BS=0.06 Wb,线圈平面转到与磁感线平行时,感应电动势最大。Em=nBS=1000.0610 V=60 V19.1 V。感应电动势的瞬时值表达式为e=Emsin t,当t=4时,e=60sin 4 V=302 V13.5 V。答案:19.113.58.如图所示,一半径为r=10 cm的圆形线圈共100匝,在磁感应强度B=52 T的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的中心轴线OO以n=600 r/min的转速匀速转动,当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时。(1)写出线圈内所产生的交流电动势的瞬时值表达式;(2)求线圈在160 s时的电动势的瞬时值;(3)求线圈从图示位置开始在160 s时间内的电动势的平均值。解析:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴线匀速转动时,线圈内产生正弦式交流电动势。当线圈平面在中性面时开始计时,其表达式为e=Emsin t,而在某段时间内的平均电动势可根据E=nt求得。(1)e=Emsin t,Em=nBS=100 V(与线圈形状无关),=20 rad/s,故e=100sin 20t V。(2)当t=160 s时,e=100sin 20160 V=503 V86.6 V。(3)在160 s内线圈转过的角度=t=20160 rad=3 rad,由=BScos t知=12BS,所以E=nt=150 V。答案:(1)e=100sin 20t V(2)86.6 V(3)150 V能力提升1.一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动。线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是()A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D.每当e变换方向时,通过线圈的磁通量绝对值都为最大解析:t1、t3时刻感应电动势为零,线圈位于中性面位置,所以穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,A、C错误;t2时刻感应电动势最大,线圈位于中性面的垂面位置,穿过线圈的磁通量为零,B错误;由于线圈每过一次中性面时,穿过线圈的磁通量的绝对值最大,e变换方向,所以D正确。答案:D2.某交流发电机正常工作时产生的感应电动势为e=Emsin t。若线圈匝数减为原来的12,而转速增为原来的2倍,其他条件不变,则产生的电动势的表达式是()A.e=Emsin tB.e=2Emsin tC.e=2Emsin 2tD.e=Emsin 2t解析:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴(该轴与线圈在同一平面内)匀速转动,从中性面开始计时,产生的感应电动势是按正弦规律变化的,其最大值Em=NBS。当线圈匝数N、转速n发生变化时,感应电动势的最大值也可能发生变化,由Em=NBS,角速度与转速的关系为=2n得,当N=N2、n=2n时,=2,Em=NBS=N2BS2=NBS,即Em=Em,故 e=Emsin 2t,选项D正确。答案:D3.有一不动的矩形线圈abcd,处于范围足够大的可转动的匀强磁场中,如图所示。该匀强磁场是由一对磁极N、S产生,磁极以OO为轴匀速转动。在t=0时刻,磁场的方向与线圈平行,磁极N开始离开纸面向外转动,规定abcda方向的感应电流为正,则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图线是()解析:磁极以OO为轴匀速转动可等效为磁场不动线圈向相反方向转动,由右手定则可知,产生的感应电流方向为abcda;在t=0时刻,磁场的方向与线圈平行,感应电流最大,故选项C正确。答案:C4.在垂直于纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd。线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合。线圈平面与磁场方向垂直。从t=0时刻起,线圈以恒定角速度=2T绕cd边沿如图所示方向转动,规定线圈中电流沿abcda方向为正方向,则从t=0到t=T时间内,线圈中的电流i随时间t变化关系图像为()解析:在0T4内,线圈在匀强磁场中匀速转动,故产生正弦式交变电流,由楞次定律知,电流由零逐渐增大,方向为负;在T434T,线圈中无感应电流;在34T时,ab边垂直切割磁感线,感应电流最大,且电流方向为正,故只有B项正确。答案:B5.一长直导线通以正弦式交变电流i=Imsin t,在导线下有一断开的线圈,如图所示。那么,相对于b来说,a的电势最高时是在()A.交变电流方向向右,电流最大时B.交变电流方向向左,电流最大时C.交变电流方向向左,电流减小到零时D.交变电流方向向右,电流减小到零时解析:若把i=Imsin t用图像来表示,可以由图像直观看出在i=0时,电流变化率最大,因此在周围产生的磁场的变化率也最大,所以只能在C、D两个中选择。当交变电流方向向左,电流减小到零时,由楞次定律可判断出,a的电势最高,故C正确。当交变电流方向向右,电流减小到零时,由楞次定律可判断出,b 的电势最高,故D错误。答案:C6.图中abcd表示线圈的正视图,它在匀强磁场中匀速转动时产生的感应电动势按正弦规律变化,峰值为 250 V,则线圈在图中位置时线圈中感应电动势的大小为。解析:因为e=Emsin ,其中为线圈平面与中性面夹角,即=30,所以e=Emsin 30=12Em=125 V。答案:125 V7.如图所示,矩形线圈abcd的匝数为n=50,线圈ab的边长为l1=0.2 m,bc的边长为l2=0.25 m,在磁感应强度为B=0.4 T 的匀强磁场中,绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴匀速转动,转动的角速度=1002 rad/s,试求:(1)穿过线圈平面的最大磁通量m;(2)线圈在图示位置(线圈平面与磁感线平行)时,感应电动势e的大小。解析:(1)穿过线圈平面的最大磁通量m=BS=Bl1l2=0.40.20.25 Wb=0.02 Wb。(2)线圈在图示位置时电动势达到最大值,此时感应电动势的值为e=Em=nBS=nBl1l2=500.40.20.251002 V=1002 V。答案:(1)0.02 Wb(2)1002 V8.如图所示,一小型发电机内有n=100匝的矩形线圈,线圈面积S=0.10 m2,线圈电阻可忽略不计。在外力作用下矩形线圈在B=0.10 T的匀强磁场中,以恒定的角速度=100 rad/s 绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动,发电机线圈两端与R=100 的电阻构成闭合回路。求:(1)线圈转动时产生感应电动势的最大值;(2)从线圈平面通过中性面时开始,线圈转过90角的过程中通过电阻R横截面的电荷量。解析:(1)线圈中感应电动势的最大值Em=nBS=314 V。(2)设从线圈平面通过中性面时开始,线圈转过90角所用时间为t,线圈中的平均感应电动势E=nBSt通过电阻R的平均电流I=ER=nBSRt在t时间内通过电阻横截面的电荷量Q=It=nBSR=1.010-2 C。答案:(1)314 V(2)1.010-2 C