2024-2025學(xué)年新教材高中物理第三章交變電流1交變電流課時(shí)練習(xí)含解析新人教版選擇性必修2

PAGE8-交變電流(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.如圖所示,屬于交變電流的是()【解析】選C。交變電流是指電流的大小和方向均隨時(shí)間做周期性變更的電流;由圖可知,符合條件的只有C。2.溝通發(fā)電機(jī)發(fā)電示意圖如圖所示,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,下列說法正確的是()A.轉(zhuǎn)到圖甲位置時(shí),通過線圈的磁通量變更率最大B.轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí),線圈中產(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→B【解析】選D。轉(zhuǎn)到圖甲位置時(shí),通過線圈的磁通量最大,磁通量變更率為零,故A錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí),通過線圈的磁通量最小,磁通量變更率最大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,故B錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)到圖丙位置時(shí),通過線圈的磁通量最大,磁通量變更率為零,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為零,故C錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí),依據(jù)楞次定律,AB邊感應(yīng)電流方向?yàn)锳→B,故D正確。3.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),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em,轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω。設(shè)t=0時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)平行,當(dāng)線圈的匝數(shù)增加一倍,角速度也增大一倍,其他條件不變時(shí),交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為 ()A.e=2Emsin2ωt B.e=4Emsin2ωtC.e=Emcos2ωt D.e=4Emcos2ωt【解析】選D。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBSω,當(dāng)N′=2N,ω′=2ω時(shí),Em′=4Em,所以交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=4Emcos2ωt,選項(xiàng)D正確。4.如圖所示,匝數(shù)為100匝的閉合矩形金屬線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),周期為0.02s,線圈平面位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。線圈總電阻為2Ω,小燈泡電阻為2Ω(不計(jì)燈泡電阻隨溫度的變更),從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)起先計(jì)時(shí),線圈中感應(yīng)電流的最大值Im=2A,則 ()A.線圈中電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為i=cos100πt(A)B.電路中的電流方向每秒鐘變更50次C.此時(shí)線圈中磁通量的變更率為=0.08Wb/sD.此時(shí)線圈中磁通量的變更率為=0.16Wb/s【解析】選C。依據(jù)題意,T=0.02s,ω==rad/s=100πrad/s,Im=2A,從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)起先計(jì)時(shí),所以線圈中電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為i=2cos100πt(A),故A錯(cuò)誤;依據(jù)題意,T=0.02s,f==50Hz,電流方向一個(gè)周期內(nèi)變更兩次,所以電路中的電流方向每秒鐘變更100次,故B錯(cuò)誤;感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為:Em=Im(r+R)=2×(2+2)V=8V,依據(jù)Em=n,可得:==0.08Wb/s,故C正確,D錯(cuò)誤。5.如圖甲所示,矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從圖示位置起先計(jì)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變更曲線如圖乙所示。若線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍,而其他條件保持不變,從圖示位置轉(zhuǎn)過90°起先計(jì)時(shí),則能正確反映線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變更規(guī)律的圖像是()【解析】選A。從圖示位置轉(zhuǎn)過90°起先計(jì)時(shí),t=0,磁通量變更率為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,故C、D錯(cuò)誤;由圖乙所示,原來的周期為T=4s,線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍,依據(jù)T=,周期變?yōu)樵瓉淼?即T′=2s,故A正確,B錯(cuò)誤。故選A。6.線圈的匝數(shù)為100匝,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過線圈磁通量隨時(shí)間的變更規(guī)律如圖所示。下列結(jié)論正確的是()A.在t=0s和t=0.2s時(shí),線圈平面和磁場(chǎng)垂直,電動(dòng)勢(shì)最大B.在t=0.1s和t=0.3s時(shí),線圈平面和磁場(chǎng)垂直,電動(dòng)勢(shì)為零C.在t=0.2s和t=0.4s時(shí)電流變更方向D.在t=0.1s和t=0.3s時(shí),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(shí),磁通量最小,線圈位于與中性面垂直位置,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,故A錯(cuò)誤;在t=0.1s和t=0.3s時(shí),磁通量最大,線圈位于中性面位置,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,故B正確;在t=0.2s和t=0.4s時(shí),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(cuò)誤;在t=0.1s和t=0.3s時(shí),磁通量最大,線圈處于中性面位置,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(cuò)誤。故選B。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12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(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=T,線圈以角速度ω=100πrad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若線圈經(jīng)圖示位置時(shí)起先計(jì)時(shí),寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值和瞬時(shí)值的表達(dá)式?！窘馕觥扛袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為Em=NBSω=200××0.05×100πV=1000V,由于從中性面起先計(jì)時(shí),則瞬時(shí)值表達(dá)式為:e=Emsin(ωt)=1000sin(100πt)V。答案:1000Ve=1000sin(100πt)V【總結(jié)提升】交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書寫技巧(1)確定正弦交變電流的峰值,依據(jù)已知圖像讀出或由公式Em=nBSω求出相應(yīng)峰值。(2)明確線圈的初始位置,找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。①線圈從中性面位置起先轉(zhuǎn)動(dòng),則i-t圖像為正弦函數(shù)圖像,函數(shù)式為i=Imsinωt。②線圈從垂直中性面位置起先轉(zhuǎn)動(dòng),則i-t圖像為余弦函數(shù)圖像,函數(shù)式為i=Imcosωt。(3)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)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(guān)。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。8.(12分)如圖所示,一半徑為r=10cm的圓形線圈共100匝,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,繞垂直于磁場(chǎng)方向的中心軸線OO′以n=600r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至中性面位置(圖中位置)時(shí)起先計(jì)時(shí)。(1)寫出線圈內(nèi)所產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。(2)求線圈從圖示位置起先在s時(shí)的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值。【解析】線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸線勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線圈內(nèi)產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢(shì),當(dāng)線圈平面在中性面時(shí)起先計(jì)時(shí),其表達(dá)式為e=Emsinωt。(1)e=Emsinωt,Em=NBSω(與線圈形態(tài)無關(guān)),ω=20πrad/s,故e=100sin20πtV。(2)當(dāng)t=s時(shí),e=100sin(20π×)V=50V=86.6V。答案:(1)e=100sin20πtV(2)86.6V(15分鐘·40分)9.(6分)(多選)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流,下列說法正確的是()A.當(dāng)線框位于中性面時(shí),線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B.當(dāng)穿過線框的磁通量為零時(shí),線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零C.每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就變更一次D.線框經(jīng)過中性面時(shí),各邊切割磁感線的速度為零【解析】選C、D。線框位于中性面時(shí),線框平面與磁感線垂直,穿過線框的磁通量最大,但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行,即不切割磁感線,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零,此時(shí)穿過線框的磁通量的變更率也等于零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向也就在此時(shí)刻發(fā)生變更。線框垂直于中性面時(shí),穿過線框的磁通量為零,但切割磁感線的兩邊都垂直切割,有效切割速度最大,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,也可以說此時(shí)穿過線框的磁通量的變更率最大,故C、D選項(xiàng)正確。10.(6分)(多選)一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變更的正弦規(guī)律圖像如圖(a)所示。發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻不行忽視,外接一阻值恒定的燈泡,如圖(b)所示,則 ()A.t=0.01s時(shí),線圈的磁通量為零B.t=0.01s時(shí),線圈的磁通量最大C.燈泡中電流方向每秒變更100次D.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為100πrad/s【解析】選B、C、D。t=0.01s時(shí),線圈平面和磁場(chǎng)垂直,線圈的磁通量最大,故A錯(cuò)誤,B正確;周期為T=0.02s,頻率為f==50Hz,電流方向一個(gè)周期變更2次,所以燈泡中電流方向每秒變更100次,故C正確;角速度ω==rad/s=100πrad/s,故D正確。11.(6分)如圖所示,KLMN是一個(gè)豎直的匝數(shù)為n的矩形導(dǎo)線框,全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框面積為S,電阻為R,MN邊水平,線框繞豎直固定軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視逆時(shí)針)。當(dāng)MN邊與磁場(chǎng)方向的夾角為30°時(shí)(圖示位置),下列說法正確的是 ()A.導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的大小是nBSωB.導(dǎo)線框中電流的方向是K→L→M→N→KC.導(dǎo)線框再轉(zhuǎn)過60°時(shí)導(dǎo)線框中產(chǎn)生的電流達(dá)到最大值D.導(dǎo)線框旋轉(zhuǎn)過程中穿過導(dǎo)線框的磁通量的變更率恒定【解析】選A。導(dǎo)線框在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流,從導(dǎo)線框與磁感線平行位置起先計(jì)時(shí),其瞬時(shí)值表達(dá)式為e=nBSωcosωt。當(dāng)MN邊與磁場(chǎng)方向的夾角為30°時(shí),其ωt=30°,依據(jù)上面電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式知此時(shí)瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e=nBSω,故A正確;導(dǎo)線框中的電流方向依據(jù)楞次定律及安培定則可以推斷是K→N→M→L→K,故B錯(cuò)誤;當(dāng)導(dǎo)線框處在線框平面與磁場(chǎng)平行位置時(shí)導(dǎo)線框產(chǎn)生的電流達(dá)到最大值,而在中性面位置時(shí)電流最小為零,導(dǎo)線框再轉(zhuǎn)過60°時(shí)轉(zhuǎn)到中性面位置,此時(shí)電流為零,故C錯(cuò)誤;導(dǎo)線框旋轉(zhuǎn)過程中穿過導(dǎo)線框的磁通量的變更率隨時(shí)間周期性變更,符合正弦規(guī)律,故D錯(cuò)誤。12.(22分)如圖甲所示,把一個(gè)固定的矩形導(dǎo)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(chǎng)。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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變更規(guī)律如圖乙所示。已知線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e=nBmScost,其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值,T為磁場(chǎng)變更的周期。不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變更,求:(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。(2)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變更的0～的時(shí)間內(nèi),通過小燈