2020-2021物理3-2分層作業(yè)（八） 交變電流含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精2020-2021學(xué)年物理人教版選修3-2分層作業(yè)（八）交變電流含解析分層作業(yè)（八)交變電流[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練］eq\x（題組一交變電流的產(chǎn)生過(guò)程）1．如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線(xiàn)框,在下列四種情況下，線(xiàn)框中會(huì)產(chǎn)生交變電流的是()A．如圖甲所示，保持線(xiàn)框平面始終與磁感線(xiàn)平行，線(xiàn)框在磁場(chǎng)中左右運(yùn)動(dòng)B．如圖乙所示，保持線(xiàn)框平面始終與磁感線(xiàn)平行，線(xiàn)框在磁場(chǎng)中上下運(yùn)動(dòng)C．如圖丙所示,線(xiàn)框繞位于線(xiàn)框平面內(nèi)且與磁感線(xiàn)垂直的軸AB轉(zhuǎn)動(dòng)D．如圖丁所示，線(xiàn)框繞位于線(xiàn)框平面內(nèi)且與磁感線(xiàn)平行的軸CD轉(zhuǎn)動(dòng)2．交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖如圖所示,線(xiàn)圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在金屬滑環(huán)L上，線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路相連．線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是（)A．轉(zhuǎn)到圖甲位置時(shí)，通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化率最大B．轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí)，線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C．轉(zhuǎn)到圖丙位置時(shí)，線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大D．轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí)，AB邊感應(yīng)電流方向?yàn)锳→Beq\x(題組二交變電流的表達(dá)式）3．(多選)線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)為e＝10sin20πtV，則下列說(shuō)法正確的是(）A．t＝0時(shí)，線(xiàn)圈平面位于中性面B．t＝0時(shí),穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大C．t＝0時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)的有效速度最大D．t＝0。4s時(shí)，e達(dá)到峰值10V4．如圖所示為交流發(fā)電機(jī)的示意圖，從線(xiàn)圈通過(guò)如圖所示的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)．如果發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流的頻率為50Hz,電動(dòng)勢(shì)的最大值為400V，則發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為（）A．e＝400sin50t（V)B．e＝400cos50t（V)C．e＝400sin100πt(V)D．e＝400cos100πt（V）5.如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.1T，所用矩形線(xiàn)圈的匝數(shù)n＝100，邊長(zhǎng)lab＝0。2m，lbc＝0。5m,以角速度ω＝100πrad/s繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．試求：(1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值．(2)若從線(xiàn)圈平面垂直磁感線(xiàn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線(xiàn)圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式．(3）若從線(xiàn)圈平面平行磁感線(xiàn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),求線(xiàn)圈在t＝eq\f（T,6)時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大?。甧q\x（題組三交變電流的圖象）6.(多選)單匝矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線(xiàn)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量隨時(shí)間變化的關(guān)系圖象如圖所示．則下列說(shuō)法中正確的是（)A．t＝0時(shí)刻,線(xiàn)圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時(shí)刻,Φ的變化率最大C．t＝0。02s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大D．從t＝0.01s時(shí)刻至t＝0。04s時(shí)刻線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度是eq\f(3，2)π7．如圖甲所示，一矩形閉合線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)．從線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線(xiàn)圈中產(chǎn)生的交變電流按照?qǐng)D乙所示的余弦規(guī)律變化，則在t＝eq\f(π，2ω)時(shí)刻()A．線(xiàn)圈中的電流最大B．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為0C．線(xiàn)圈所受的安培力最大D．線(xiàn)圈中的電流為08．一只矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線(xiàn)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖甲所示,則下列說(shuō)法正確的是（)A．t＝0時(shí)刻，線(xiàn)圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時(shí)刻，Φ的變化率最大C．t＝0.02s時(shí)刻，交流電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大D．該線(xiàn)圈產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示9.如圖所示,單匝矩形線(xiàn)圈的一半放在具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線(xiàn)圈軸線(xiàn)OO′與磁場(chǎng)邊界重合．線(xiàn)圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),并規(guī)定電流方向沿a→b→c→d→a為正方向，則線(xiàn)圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間的變化圖象是下列圖中的(）[能力提升練］10。(多選)如圖所示，空間有范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向豎直向下，在其間豎直放置兩個(gè)彼此正對(duì)的相同的金屬圓環(huán)，兩環(huán)間距為L(zhǎng),用外力使一根長(zhǎng)度也為L(zhǎng)的金屬桿沿環(huán)勻速率運(yùn)動(dòng),用導(dǎo)線(xiàn)將金屬桿和外電阻相連,整個(gè)過(guò)程中只有金屬桿切割磁感線(xiàn)．已知磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,圓環(huán)半徑為R，金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，金屬桿和外電阻的阻值均為r，其他電阻不計(jì),則()A．當(dāng)金屬桿從圓環(huán)最高點(diǎn)向最低點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中,流過(guò)外電阻的電流先變大后變小B．當(dāng)金屬桿從圓環(huán)最高點(diǎn)向最低點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，流過(guò)外電阻的電流先變小后變大C．流過(guò)外電阻電流的最大值為eq\f（\r（2）BLωR，4r）D．流過(guò)外電阻電流的最大值為eq\f(BLωR，2r)11．（多選)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線(xiàn)框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞與磁感線(xiàn)垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，則下列說(shuō)法正確的是（)A．t＝0。01s時(shí)穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量最小B．t＝0.01s時(shí)穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量變化率最大C．該線(xiàn)框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小為100πrad/sD．電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為22V時(shí)，線(xiàn)圈平面與中性面的夾角可能為45°12．如圖所示為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型,勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，線(xiàn)圈匝數(shù)n＝50匝，線(xiàn)圈面積0.48m2（1)寫(xiě)出交變電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式；(2）畫(huà)出e－t圖線(xiàn)．分層作業(yè)（八）1．解析：當(dāng)線(xiàn)框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交變電流,C正確．答案:C2．解析:轉(zhuǎn)到圖甲位置時(shí),線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)垂直,磁通量最大;但磁通量變化率最小，A錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí),線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，B錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到圖丙位置時(shí)，線(xiàn)圈位于中性面位置，此時(shí)感應(yīng)電流最小，且感應(yīng)電流方向改變，C錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí)，根據(jù)右手定則可知AB邊感應(yīng)電流方向?yàn)锳→B，D正確．答案:D3．解析:t＝0時(shí),瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e＝10sin20πt（V）＝0,則線(xiàn)圈平面位于中性面，此時(shí)穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大，導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)的有效速度最小，A、B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)t＝0。4s時(shí),瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e＝10sin(20π×0.4）＝0（V)．D錯(cuò)誤．答案：AB4．解析：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為400V，角速度為ω＝2πf＝100π，又發(fā)電機(jī)從與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，故交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝Emcosωt＝400cos100πt（V），D正確，A、B、C錯(cuò)誤．答案：D5．解析:(1)由題可知：S＝lab·lbc＝0.2×0.5m2＝0。1m2，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em＝（2）若從線(xiàn)圈平面垂直磁感線(xiàn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e＝Emsinωt所以e＝314sin100πt（V)(3)若從線(xiàn)圈平面平行磁感線(xiàn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emcosωt，代入數(shù)據(jù)得e＝314cos100πt(V)T＝eq\f(2π，w）＝0。02s當(dāng)t＝eq\f（T，6）時(shí)，e＝314coseq\b\lc\（\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f（π,3)））V＝157V。答案：(1)314V(2）e＝314sin100πt（V)（3)157V6．解析：由題圖可知在0、0.02s、0。04s時(shí)刻線(xiàn)圈平面在中性面位置,Φ最大，eq\f(ΔΦ，Δt）＝0，故E＝0，A、C錯(cuò)誤；在0。01s、0。03s、0。05s時(shí)刻線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行，Φ最小，eq\f(ΔΦ，Δt）最大，故E最大，B正確；由題圖可知，從t＝0.01s時(shí)刻至t＝0。04s時(shí)刻線(xiàn)圈旋轉(zhuǎn)eq\f（3，4）周，轉(zhuǎn)過(guò)的角度為eq\f（3，2）π,D正確．答案：BD7．解析：由T＝eq\f（2π，ω)，得t＝eq\f（π,2ω）＝eq\f(T,4），此時(shí)線(xiàn)圈位于中性面位置，所以穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大，B錯(cuò)誤;由于此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，所以線(xiàn)圈中的電流為0，線(xiàn)圈所受的安培力為0，A、C錯(cuò)誤，D正確．答案：D8．解析：由Φ－t圖知，t＝0時(shí)，Φ最大，即線(xiàn)圈處于中性面位置,此時(shí)e＝0，故A、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤；由圖知T＝0.04s，在t＝0。01s時(shí),Φ＝0，eq\f(ΔΦ，Δt）最大，e最大，則B項(xiàng)正確；在t＝0。02s時(shí)，Φ最大，由圖象斜率可知斜率為零，即eq\f(ΔΦ,Δt）＝0，e＝0，則C項(xiàng)錯(cuò)誤．答案:B9．解析：由題意可知，在開(kāi)始時(shí)刻線(xiàn)圈中感應(yīng)電流為0,隨著線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電流不斷增大,電流方向?yàn)閍→d→c→b→a，故電流為負(fù)值．當(dāng)dc邊進(jìn)入磁場(chǎng)后線(xiàn)圈內(nèi)感應(yīng)電流逐漸減小，方向仍為a→d→c→b→a,同理可得線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流如A選項(xiàng)所示．答案：A10．解析：從金屬桿在圓環(huán)的最高點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí),金屬桿切割磁感線(xiàn)的速度v＝ωR,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝BLvcosωt＝BLRωcosωt，當(dāng)金屬桿從最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過(guò)程中，電動(dòng)勢(shì)先變小后變大，流過(guò)外電阻的電流先變小后變大，選項(xiàng)B正確；電動(dòng)勢(shì)的最大值E＝BLωR，電流的最大值I＝eq\f(E,2r）＝eq\f(BLωR，2r），選項(xiàng)D正確．答案：BD11．解析：由圖象知：t＝0.01s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，則穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量最大，變化率最小，故A、B錯(cuò)誤；由圖象得出周期T＝0.02s,所以ω＝eq\f(2π，T)＝100πrad/s,故C正確；當(dāng)t＝0時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為零，線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，故該交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝22eq\r(2）sin(100πt)V，電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為22V時(shí),代入瞬時(shí)表達(dá)式，則有線(xiàn)圈平面與中性面的夾角正弦值sinα＝eq\f（22,22\r（2））＝eq\f（\r(2),2），所以線(xiàn)圈平面與中性面的夾角可能為45°，故D正確．故選C、D。答案:CD12．解析：（1）當(dāng)線(xiàn)圈平面經(jīng)過(guò)中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)．則線(xiàn)圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)角度ωt，于是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值e＝Emsinωt，其中Em＝nBSω。由題意知n＝50，B＝0.5T，ω＝eq\f(2π×150，60）rad/s＝5πrad/s，S＝0。48m2，Em＝nBSω＝50×0.5×0.48×5πV≈188V，所以e＝188sin5πtV。(2）根