(山東省)高中物理選修1-1課堂練習(xí)：交變電流

1、 、基礎(chǔ)題窗熟 1 為了研究交流電的產(chǎn)生過(guò)程，小張同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)構(gòu)思方案：第一次將單匝矩 形線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈繞轉(zhuǎn)軸 OOl按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（ab 向紙外，cd 向紙內(nèi)）。并 從圖甲所示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)。此時(shí)產(chǎn)生的交流電如圖乙所示。第二次他僅將轉(zhuǎn)軸移至 ab 邊上, 第三次他僅將轉(zhuǎn)軸右側(cè)的磁場(chǎng)去掉，關(guān)于后兩次的電流圖像，下列說(shuō)法正確的是 （ ） A .第二次是 A 圖 C .第三次是 B 圖 B.第二次是 C 圖 D .第三次是 D 圖 解析：選 D 第二次將轉(zhuǎn)軸移到 ab 邊上，產(chǎn)生的感應(yīng)電流與第一次相同，第三次將 OOi右側(cè)磁場(chǎng)去掉，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中只有一邊切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電

2、流的最大值為 原來(lái)的丁丁，因此選 D。 2. 一閉合矩形線圈 abcd 繞垂直于磁感線的固定軸 OO 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈平面位于如圖 甲所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。通過(guò)線圈的磁通量 隨時(shí)間 t 的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說(shuō)法正 確的是（ ） A. ti、t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率最大 B. tv t3時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向改變 C . t2、t4時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量最大 課時(shí)跟蹤檢測(cè)（二十四） 交變電流 D .乜、t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小解析：選 B 如 t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量 最大，磁通量變化率為零，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)、感應(yīng)電流均為零，線圈中感應(yīng)電流方向改變，選項(xiàng) A 錯(cuò)誤，選項(xiàng) B 正確；t2、

3、t4時(shí)刻通 過(guò)線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，選項(xiàng) 3. 多選某線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交 變電流的圖像如圖所示，由圖中信息可以判斷 （ ） B.在 B 和 D 時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零 C .從 ATD 時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為養(yǎng) D .若從OT D 時(shí)刻歷時(shí) 0.02 S,則在 1 s 內(nèi)交變電流的方向改變 100 次 解析：選 CD 由題圖可知，在 0、B、D 時(shí)刻感應(yīng)電流為零，所以此時(shí)線圈恰好在中 性面位置，且的位置，此時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量為零，故 A、B 錯(cuò)誤。從 A 到 D 時(shí)刻，線圈旋轉(zhuǎn)3周，轉(zhuǎn)過(guò) 4 3 的角度為 3n如果從 0 到 D

4、時(shí)刻歷時(shí) 0.02 S,恰好為一個(gè)周期，所以 1 s 內(nèi)線圈轉(zhuǎn)動(dòng) 50 個(gè) 周期，100 次經(jīng)過(guò)中性面，交變電流的方向改變 100 次，故 C、D 正確。 4. 如圖所示，一矩形線圈 abed，已知ab 邊長(zhǎng)為 11, be 邊長(zhǎng)為“，在磁 感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞 00 軸以角速度 3從圖示位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn) 動(dòng)，貝 U t 時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 （ ） A. 0.5Bl1l23Sin 3t B. 0.5Bl1l23COS 3t C. Bl1l2 wsin 3t D . Bl1l23COS 3t fas 解析：選 D 因?yàn)殚_(kāi)始時(shí)刻線圈平面與磁感線平行，即從垂直于中性面開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，所 以開(kāi)

5、始時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大為 Em= Bl1l23,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)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 Bl1l23 cos 故正確選項(xiàng)為 D。 5. 多選如圖所示，矩形線圈 abcd 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂 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)到圖示與磁場(chǎng)方向平行時(shí) （ ） A .線圈繞 P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流等于繞 P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流 C.線圈分別繞 P1和 P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流的方向相同，都是 aTdTCTb D .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：選 AC 產(chǎn)生正弦交變電流的條件是軸和磁感

6、線垂直， 與軸的位置和線圈形狀無(wú) 關(guān)，線圈 abcd 分別繞軸 P2轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) E = nBSo ,由 1 =旦可 R總 知此時(shí) I 相等，故選項(xiàng) A 正確，選項(xiàng) B 錯(cuò)誤；由右手定則可知電流方向?yàn)?aTdTCTb,故 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 1 1 半時(shí)，面積 S 減為原來(lái)的 4，而電阻減為原來(lái)的2，故 D 可行。 8. 多選一矩形線圈， 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向并位于線 圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的感選項(xiàng) C 正確；dc 邊受到的安培力 F = BLdd，故 F 一樣大，選項(xiàng) D 錯(cuò)誤。 6.如圖所示，線圈 a

7、bcd 的面積是 0.05 m2,共 100 匝，線圈的總電阻 r = 1 愆外接電阻 R= 9 Q勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B = - T ,線圈以角速 7t 度3= 100n rad/s 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。 (1)若線圈經(jīng)過(guò)圖示位置( (線圈平面與磁感線垂直) )時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫(xiě)出線 圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。 寫(xiě)出交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式。 n _ (3)求線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò) 2 的過(guò)程中，交變電動(dòng)勢(shì)的平均值。 解析：( (1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為 Em= NB3 = 100 X -X 0.05X 100n V= 500 V 7t 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值 e= Emsin 3t 所以 e= 5

8、00sin 100 n( (V)。 Em 500 交變電流的最大值 Im = R= 9 A = 50 A, 所以電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為 i= 50sin 100 t(A)。 2NBSw 1 000 ( (3) )E = N云=一 S= T V。 答案：(1)e= 500sin 100 t(V) (2)i = 50sin 100 t(A)1000 V 7t 二、易錯(cuò)題邀明 7.如圖所示，在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一矩形閉合線圈繞 軸勻速若要使線圈中的電流峰值減半，不可行的方法是 ( ( A .只將線圈的轉(zhuǎn)速減半 B.只將線圈的匝數(shù)減半 C .只D .只將線圈的邊長(zhǎng)減半 解析：選 B 由 I m=亍，Em =

9、 NBSo , 3= 2 nn, 得 I m= R NBS 2n , ,故 A、C 可行；又 B 不可行；當(dāng)邊長(zhǎng)減 應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 隨時(shí)間 t 的變化規(guī) 律如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是 ( ( ) ) A . tl和 t3時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零 B. ti和 t3時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量的變化率為零 C .線圈平面從與磁場(chǎng)方向平行的時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí) D .每當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 變換方向時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值都最大 解析：選 BCD 由圖像可知，為余弦式交變電流，說(shuō)明 t= 0 時(shí)，線圈平面與磁感線方 向平行，選項(xiàng) C 正確。如 t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，說(shuō)明這兩個(gè)時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量變化 率為零，

10、穿過(guò)線圈的磁通量最大，所以選項(xiàng) B 正確，選項(xiàng) A 錯(cuò)誤。當(dāng)線圈通過(guò)中性面時(shí)， 穿過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向要發(fā)生改變，所以 選項(xiàng) D 正確。 三、能力題窗通 9. 一只矩形線圈在勻強(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) A. t= 0 時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直 B. t= 0.01 s 時(shí)刻，的變化率為 0 C . t= 0.02 s 時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大 3 D .從 t= 0.01 S 時(shí)刻至 t= 0.04 s 時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度是 2 n 解析：選 D 由圖像可知 t= 0、t= 0.02 s、t= 0.04 s 時(shí)刻線圈平面

11、位于中性面位置， 最大，豎=0,故 E= 0; t = 0.01 s t= 0.03 S、t= 0.05 s 時(shí)刻線圈平面與磁感線平行， 最 At 小，A最大，故 E 最大，從圖像可知，從 t= 0.01 s 時(shí)刻至 t= 0.04 s 時(shí)刻線圈旋轉(zhuǎn) 訓(xùn)，轉(zhuǎn) 過(guò)的角度為號(hào)號(hào)冗。 10. 多選一單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸線 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦式交變電流，其電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律如圖中圖 線 a 所示，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后， 電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律如圖線 b 所示, 以下關(guān)于這兩個(gè)正弦式交變電流的說(shuō)法正確的是 ( ( ) ) A .從圖線可算出穿過(guò)線圈磁通量的最大值 B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為 2：

12、 3 C .在圖線 a 和 b 中，t= 0 時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量均為零 100 兀 150 0 -150 D .圖線 b 電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為 e= 100sin -3 t(V) 解析： 選 AD 根據(jù)圖線 a：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值 Em= BSo =m CO,因此磁通量最大值 m Em = ETa = 3Wb , A 正確。線圈先后兩次周期之比 oa 2 n n t=0 時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，線圈處于中性面位置，磁通量最大 ，C 錯(cuò)誤。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 值 Em= BSw ,因此Ema =*= 3,即 Emb= 2Ema = 100 V,圖線 b 電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為 e= Emb Ob 2 3

13、 11.如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng) B= 0.1 T,所用矩形線圈的匝數(shù) N = 100,邊長(zhǎng) _ 二 d i ab= 0.2 m, bc= 0.5 m，以角速度 100 nrad/s 繞 00 軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng) 応一 線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，試求： (1) 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。 (2) 由 t= 0 至 t =十十過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)值。 解析：( (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值 e= NBSo sin o t 由題可知 S= ab bc = 0.2X 0.5 m2= 0.1 m2 Em= NBSo = 100 X 0.1 X 0.1 X 100n V= 314 V 所以 e= 314sin

14、 100 n( (V)。 用E = N +計(jì)算t= 0至t= T過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì) 1 20| |0- BS| E = N = N- T0 T 4 4 2 即 E =-NBSw。代入數(shù)值得 E = 200 V。 n 答案：(1)e= 314sin 100 n( (V) (2)200 V 12.如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)“ n”形導(dǎo)線框，可繞 AB 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B = T,線框相鄰兩邊相 n 互垂直，其中 CD 邊長(zhǎng)為 20 cm, CE、DF 長(zhǎng)均為 10 cm,轉(zhuǎn)速為 50 r/s，若從圖示 CEFD 平面平行磁場(chǎng)位置開(kāi)始計(jì)時(shí)： (1) 寫(xiě)出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式； (2) 求出由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò) 30。過(guò)程中線框產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)； (3) 作出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的 e-t 圖像。 解析：( (1)線框轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始計(jì)時(shí)的位置為線框平面與磁感線平行的位置, =20 cm, CE、DF 邊長(zhǎng)為T(mén)a= 0.04 s_ 2 na= Tb= 3 B 錯(cuò)誤 石0.06 3，nb_ 2， 日天。 Embsin obt= 100sin (V) , D 正4NBS 2n o CD 邊長(zhǎng)為 11 o 12= 10 cm,在 t 時(shí)刻線框轉(zhuǎn)過(guò)的角度為 ot 此時(shí)刻 e= BI1I20COS ot 其中 B= 52 T n lix S= 0.1 x 0.2