【創(chuàng)新設(shè)計】高中物理人教版選修3-2同步訓(xùn)練：5.1-交變電流

交變電流的產(chǎn)生及規(guī)律1．當(dāng)溝通發(fā)電機的線圈轉(zhuǎn)到線圈平面與中性面重合時，下列說法中正確的是()A．電流將轉(zhuǎn)變方向B．磁場方向和線圈平面平行C．線圈的磁通量最大D．線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大解析當(dāng)線圈平面與中性面重合時，磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動勢為零，電流將轉(zhuǎn)變方向．故選A、C.答案AC正弦交變電流的圖象2．一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖5111甲所示，則下列說法中正確的是()圖5111A．t＝0時刻，線圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時刻，Φ的變化率最大C．t＝0.02s時刻，交變電動勢達到最大D．該線圈產(chǎn)生的相應(yīng)交變電動勢的圖象如圖乙所示解析由題圖甲可知t＝0時刻，線圈的磁通量最大，線圈處于中性面，t＝0.01s時刻，磁通量為零，但變化率最大，所以A項錯誤，B項正確．t＝0.02s時，交變電動勢應(yīng)為零，C、D項均錯誤．答案B峰值和瞬時值問題3．溝通發(fā)電機在工作時電動勢為e＝Emsinωt，若將發(fā)電機的轉(zhuǎn)速提高一倍，同時將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)?)A．e′＝Emsineq\f(ωt,2) B．e′＝2Emsineq\f(ωt,2)C．e′＝Emsin2ωt D．e′＝eq\f(Em,2)sin2ωt解析本題考查交變電壓的瞬時值表達式e＝Emsinωt，而Em＝NBωS，當(dāng)ω加倍而S減半時，Em不變，故正確答案為C.答案C圖51124．有一10匝正方形線框，邊長為20cm，線框總電阻為1Ω，線框繞OO′軸以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖5-1-12所示，垂直于線框平面對里的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.5T．(1)該線框產(chǎn)生的交變電流電動勢最大值、電流最大值分別是多少？(2)線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60°時，感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大？解析(1)交變電流電動勢最大值為Em＝nBSω＝10×0.5×0.22×10πV＝6.28V，電流的最大值為Im＝eq\f(Em,R)＝eq\f(6.28,1)A＝6.28A.(2)線框轉(zhuǎn)過60°時，感應(yīng)電動勢e＝Emsin60°＝5.44V.答案(1)6.28V6.28(2)5.44V(時間：60分鐘)題組一交變電流的產(chǎn)生及規(guī)律1．線框在勻強磁場中繞OO′軸勻圖5113速轉(zhuǎn)動(由上向下看是逆時針方向)，當(dāng)轉(zhuǎn)到如圖5113所示位置時，磁通量和感應(yīng)電動勢大小的變化狀況是()A．磁通量和感應(yīng)電動勢都在變大B．磁通量和感應(yīng)電動勢都在變小C．磁通量在變小，感應(yīng)電動勢在變大D．磁通量在變大，感應(yīng)電動勢在變小解析由題圖可知，Φ＝Φmcosθ，e＝Emsinθ，所以磁通量變大，感應(yīng)電動勢變?。鸢窪2．如圖5114所示，為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個試驗，正確的說法是()圖5114A．線圈每轉(zhuǎn)動一周，指針左右搖擺兩次B．圖示位置為中性面，線圈中無感應(yīng)電流C．圖示位置ab邊的感應(yīng)電流方向為a→bD．線圈平面與磁場方向平行時，磁通量變化率為零解析線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，在電路中產(chǎn)生呈周期性變化的交變電流，線圈經(jīng)過中性面時電流轉(zhuǎn)變方向，線圈每轉(zhuǎn)動一周，有兩次通過中性面，電流方向轉(zhuǎn)變兩次，指針左右搖擺一次，故A錯；線圈處于圖示位置時，ab邊向右運動，由右手定則，ab邊的感應(yīng)電流方向為a→b，故C對；線圈平面與磁場方向平行時，ab、cd邊垂直切割磁感線，線圈產(chǎn)生的電動勢最大，也可以這樣認(rèn)為，線圈平面與磁場方向平行時，磁通量為零，但磁通量的變化率最大，B、D錯誤．答案C3．如圖所示，面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，能產(chǎn)生正弦交變電動勢e＝BSωsinωt的圖是()解析線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，且從中性面開頭計時，產(chǎn)生的電動勢e＝BSωsinωt，由此推斷，只有A選項符合．答案A題組二正弦交變電流的圖象4．矩形線圈的匝數(shù)為50匝，在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖5115所示，下列結(jié)論正確的是()圖5115A．在t＝0.1s和t＝0.3s時，電動勢最大B．在t＝0.2s和t＝0.4s時，電動勢轉(zhuǎn)變方向C．電動勢的最大值是157VD．在t＝0.4s時，磁通量變化率達最大，其值為3.14Wb/s解析由Φt圖象可知Φmax＝BS＝0.2Wb，T＝0.4s，又由于N＝50，所以Emax＝NBSω＝NΦmax·eq\f(2π,T)＝157V，C正確；t＝0.1s和0.3s時，Φ最大，e＝0，變向；t＝0.2s和0.4s時，Φ＝0，e＝Emax最大，故A、B錯誤，依據(jù)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的特點知，當(dāng)t＝0.4s時，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝3.14Wb/s，D正確．答案CD5．處在勻強磁場中的矩形線圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向平行于紙面并與ab垂直．在t＝0時刻，線圈平面與紙面重合(如圖5116所示)，線圈的cd邊離開紙面對外運動．若規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正，則能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時間t變化的圖線是()．圖5116解析線圈在磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，可以產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的溝通電．對于圖示起始時刻，線圈的cd邊離開紙面對紙外運動，速度方向和磁場方向垂直，產(chǎn)生的電動勢的瞬時值最大；用右手定則推斷出電流方向為逆時針方向，與規(guī)定的正方向相同，所以C對．答案C6.圖5117如圖5117所示，單匝矩形線圈的一半放在具有抱負(fù)邊界的勻強磁場中，線圈軸線OO′與磁場邊界重合，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(ab向紙外，cd向紙內(nèi))．若從圖示位置開頭計時，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)電流隨時間變化的圖象是下圖中的()．解析由題意知線圈總有一半在磁場中做切割磁感線的勻速圓周運動，所以產(chǎn)生的仍舊是正弦交變電流，只是最大值為全部線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動狀況下產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值的一半，所以選項B、C錯誤，再由右手定則可以推斷出A選項符合題意．答案A7．一個矩形線圈繞垂直于勻強磁場的固定于線圈平面內(nèi)的軸轉(zhuǎn)動．線圈中感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化圖象如圖5-1-18所示，下列說法中正確的是()圖5118A．t1時刻通過線圈的磁通量為0B．t2時刻通過線圈的磁通量最大C．t3時刻通過線圈的磁通量的變化率最大D．每當(dāng)e變換方向時通過線圈的磁通量最大解析由圖可知，t2、t4時刻感應(yīng)電動勢最大，即線圈平面此時與磁場方向平行；在t2、t3時刻感應(yīng)電動勢為零，此時線圈平面與磁場方向垂直．故選D.答案D題組三峰值和瞬時值問題8．有一單匝閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中，線圈中的最大磁通量為Φm，最大感應(yīng)電動勢為Em，下列說法中正確的是()A．當(dāng)磁通量為零時，感應(yīng)電動勢也為零B．當(dāng)磁通量減小時，感應(yīng)電動勢也減小C．當(dāng)磁通量等于0.5Φm時，感應(yīng)電動勢為0.5EmD．角速度ω＝eq\f(Em,Φm)解析由交變電流的產(chǎn)生原理可知，感應(yīng)電動勢與磁通量大小的變化率有關(guān)，與磁通量大小無關(guān)．磁通量最大時，感應(yīng)電動勢為零；而磁通量為零時，感應(yīng)電動勢最大且Em＝BSω＝Φmω，故選項D正確．答案D9.圖5119如圖5119所示，一矩形線圈abcd，已知ab邊長為l1，bc邊長為l2，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞OO′軸以角速度ω從圖示位置開頭勻速轉(zhuǎn)動，則t時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為()A．0.5Bl1l2ωsinB．0.5Bl1l2ωcosC．Bl1l2ωsinD．Bl1l2ωcos解析線圈從題圖示位置開頭轉(zhuǎn)動，電動勢瞬時值表達式為e＝Emcosωt，由題意，Em＝BSω＝Bl1l2ω，所以e＝Bl1l2ωcos答案D10．如圖5120所示，一單匝閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動過程中線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值為e＝0.5sin(20t)V，由該表達式可推知以下哪些物理量()圖5120A．勻強磁場的磁感應(yīng)強度B．線框的面積C．穿過線框的磁通量的最大值D．線框轉(zhuǎn)動的角速度解析依據(jù)正弦式交變電流的表達式：e＝BSωsinωt，可得ω＝20rad/s，而磁通量的最大值的大小的表達式為Φ＝BS，所以可以依據(jù)BSω＝0.5求出磁通量的最大值．答案CD11．一矩形線圈有100匝，面積為50cm2，線圈內(nèi)阻r＝2Ω，在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，從線圈平面與磁場平行時開頭計時，已知磁感應(yīng)強度B＝0.5T，線圈的轉(zhuǎn)速n＝1200r/min，外接一用電器，電阻為R＝18Ω，試寫出R解析：角速度ω＝2πn＝2π(eq\f(1200,60)r/s)＝40πrad/s，最大值Em＝NBSω＝100×0.5×50×10－4×40πV＝10πV，線圈中感應(yīng)電動勢e＝Emcosωt＝10πcos40πtV，由閉合電路歐姆定律i＝eq\f(e,R＋r)＝eq\f(e,18＋2)＝eq\f(e,20)A，故R兩端電壓u＝Ri＝18×eq\f(1,20)×10πcos40πtV，即u＝9πcos40πtV.答案u＝9πcos40πtV

12．如圖5121所示，在勻強磁場中有一個“π”形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動，已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝eq\f(5\r(2),π)T，線框的CD邊長為20cm，CE、DF長均為10cm，轉(zhuǎn)速為50r/s.若從圖示位置開頭計時圖5121(1)寫出線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式；(2)在et坐標(biāo)系中作出線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化關(guān)系的圖象．解析(1)線圈轉(zhuǎn)動，開頭計時的位置為線圈平面與磁感線平行的位置，在t時刻線框轉(zhuǎn)過的角度為ωt，此時刻，e＝Bl