【名師一號(hào)】2021年新課標(biāo)版物理選修3-2練習(xí)：雙基限時(shí)練7交變電流

雙基限時(shí)練(七)交變電流1．如圖所示為演示交變電流的裝置圖，關(guān)于這個(gè)試驗(yàn)，正確的說(shuō)法是()A．線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，指針左右搖擺兩次B．圖示位置為中性面，線圈中無(wú)感應(yīng)電流C．圖示位置，ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)橛蒩→bD．線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁通量變化率為零解析線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在電路中產(chǎn)生周期性變化的交變電流，線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)電流方向轉(zhuǎn)變，線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，有兩次經(jīng)過(guò)中性面，電流方向轉(zhuǎn)變兩次，指針左右搖擺一次，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；線圈平面跟磁感線垂直的位置稱(chēng)為中性面，明顯圖中并不是中性面，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；線圈處于圖示位置時(shí)，ab邊向右運(yùn)動(dòng)，由右手定則可知，ab邊中感應(yīng)電流方向?yàn)橛蒩→b，選項(xiàng)C正確；線圈平面跟磁場(chǎng)平行時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，而此時(shí)的磁通量為零，但磁通量的變化率最大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案C2．矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面上的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說(shuō)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(guò)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(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流方向轉(zhuǎn)變一次D．線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊均不切割磁感線解析線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依據(jù)穿過(guò)線框的磁通量及磁通量的變化率的狀況分析，線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁場(chǎng)垂直，穿過(guò)線框平面的磁通量最大，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．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向也在線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)轉(zhuǎn)變，當(dāng)垂直中性面時(shí)，即線框平面和磁場(chǎng)平行，通過(guò)線框的磁通量為零，但此時(shí)磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，故C、D選項(xiàng)正確．答案CD3．如圖所示，正方形線圈abcd繞對(duì)稱(chēng)軸OO′在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈匝數(shù)為n，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝nBSωcosωt(由圖示位置計(jì)時(shí))．其他條件不變，只是線圈的轉(zhuǎn)速提高到原來(lái)的2倍，則表達(dá)式變?yōu)?)A．e＝nBSωcos2ωt B．e＝nBSωcosωtC．e＝nBS2ωcos2ωt D．e＝nBSeq\f(ω,2)coseq\f(1,2)ωt解析當(dāng)線圈轉(zhuǎn)速提高到原來(lái)的2倍，角速度也變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝nBS·2ωcos2ωt，故C選項(xiàng)正確．答案C4．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為50V，那么該線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)30°，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為()A．50V B．25eq\r(3)VC．25V D．10V解析溝通電的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝Emsinωt.當(dāng)從圖中位置轉(zhuǎn)過(guò)30°時(shí)，即從中性面轉(zhuǎn)過(guò)了(90°－30°)，則e＝50·sin(90°－30°)V＝25eq\r(3)V，故B選項(xiàng)正確．答案B5．處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab垂直．在t＝0時(shí)刻，線圈平面與紙面重合(如圖所示)，線圈的cd邊離開(kāi)紙面對(duì)外運(yùn)動(dòng)．若規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正，則下圖能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖線是()解析由右手定則或楞次定律可以確定開(kāi)頭時(shí)刻感應(yīng)電流的方向?yàn)閏→d→a→b→c，與規(guī)定正方向相同，而且該時(shí)刻感應(yīng)電流最大，故C選項(xiàng)正確．答案C6．一矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是()A．t＝0時(shí)，線框平面處于中性面位置B．t＝0.01s時(shí)，線框處于中性面位置C．t＝0.03s時(shí)，通過(guò)線框的磁通量最大D．t＝0.05s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零解析由圖象可知，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，線框位于中性面位置，此時(shí)通過(guò)線框的磁通量最大，磁通量的變化率為零；當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大時(shí)，線框位于與中性面垂直的位置，故B、C、D選項(xiàng)正確．答案BCD7．溝通發(fā)電機(jī)在工作時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e＝Emsinωt，若將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍，同時(shí)將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則其電動(dòng)勢(shì)變?yōu)?)A．e′＝Emsineq\f(ωt,2) B．e′＝2Emsineq\f(ωt,2)C．e′＝Emsin2ωt D．e′＝eq\f(Em,2)sin2ωt解析交變電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsinωt，而Em＝NBSω.當(dāng)ω加倍而S減半時(shí)，Em不變，故正確答案為C.答案C8．如圖所示，①、②兩個(gè)并排放置的共軸線圈，①中通有如圖所示的溝通電，則下列推斷正確的是()A．在t1到t2時(shí)間內(nèi)，①②相吸B．在t2到t3時(shí)間內(nèi)，①②相斥C.t1時(shí)刻兩線圈間作用力為零D.t2時(shí)刻兩線圈間吸引力最大解析t1到t2時(shí)間內(nèi)①線圈中電流正向減小，在線圈②中產(chǎn)生感應(yīng)電流也為正向，故①②兩線圈相吸引，故A選項(xiàng)說(shuō)法正確；t2到t3時(shí)間內(nèi)，①線圈中電流負(fù)向增大，在②中產(chǎn)生正向的感應(yīng)電流，①②相排斥，B選項(xiàng)說(shuō)法正確；t1時(shí)刻①電流最大，但變化率為零，在②中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，兩線圈作用力為零，C選項(xiàng)說(shuō)法正確；t2時(shí)刻①中電流為零，但變化率最大，②中感應(yīng)電流最大，作用力為零，故D選項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤．答案ABC9．如圖所示，單匝矩形線圈的一半放在具有抱負(fù)邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈軸線OO′與磁場(chǎng)邊界重合．線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．若從圖示位置開(kāi)頭計(jì)時(shí)，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(shí)間變化的圖象是下列圖中的()解析由題意可知，在開(kāi)頭時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流為零，隨著線圈轉(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)后線圈內(nèi)感應(yīng)電流漸漸減小，方向仍為a→d→c→b→a，同理可得線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流如A選項(xiàng)所示，故A選項(xiàng)正確．答案A10．一長(zhǎng)直導(dǎo)線通以如圖甲所示的交變電流，在導(dǎo)線下方有斷開(kāi)的線圈，如圖乙所示，規(guī)定電流從左向右為正，則相對(duì)于b點(diǎn)來(lái)說(shuō)，a點(diǎn)電勢(shì)最高的時(shí)刻是在()A．t1時(shí)刻 B．t2時(shí)刻C．t3時(shí)刻 D．t4時(shí)刻解析欲使a相對(duì)b電勢(shì)最高，即ab間電動(dòng)勢(shì)最大，t1，t3時(shí)刻電流i最大但電流的變化率最小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；t2時(shí)刻電流的變化率最大，線圈中磁通量變化率也最大，但此時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量減小到零，由楞次定律可知此時(shí)刻b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)t4時(shí)刻，由楞次定律可知，ab中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)a點(diǎn)高于b點(diǎn)，且電動(dòng)勢(shì)最大，故選項(xiàng)D正確．答案D11．如圖中ad表示線圈的正視圖，它在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化，峰值為250V，則線圈在圖中位置時(shí)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為_(kāi)_________．解析線圈平面在磁場(chǎng)中從中性面開(kāi)頭轉(zhuǎn)過(guò)30°時(shí)，到達(dá)圖中所示的位置，即e＝Emsin30°＝250×eq\f(1,2)V＝125V.答案125V12．一線圈中產(chǎn)生的正弦式溝通電按i＝10sin314tA變化，求出當(dāng)線圈從中性面起轉(zhuǎn)過(guò)30°、60°、90°、120°所需時(shí)間及對(duì)應(yīng)的電流值．解析線圈從中性面開(kāi)頭轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的正弦式電流的標(biāo)準(zhǔn)式是i＝Imsinωt式中，ωt表示線圈平面與中性面的夾角(單位是rad)．當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ1＝30°時(shí)，由θ1＝30°＝eq\f(π,6)＝314t1，得經(jīng)受的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的電流值分別為t1＝eq\f(π,6×314)s＝eq\f(1,600)s，i1＝10sin30°A＝5A同理，當(dāng)θ2＝60°時(shí)，得t2＝eq\f(π,3×314)s＝eq\f(1,300)s，i2＝10sin60°A＝5eq\r(3)A.當(dāng)θ3＝90°時(shí)，得t3＝eq\f(π,2×314)s＝eq\f(1,200)s，i3＝10sin90°A＝10A當(dāng)θ4＝120°時(shí)，得t4＝eq\f(2π,3×314)s＝eq\f(1,150)s，i4＝10sin120°A＝5eq\r(3)A.答案eq\f(1,600)s5Aeq\f(1,300)s5eq\r(3)Aeq\f(1,200)s10Aeq\f(1,150)s5eq\r(3)A13．發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為100匝，邊長(zhǎng)為20cm的正方形線圈，將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.05T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圍著垂直于磁場(chǎng)方向的軸以ω＝100πrad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)開(kāi)頭計(jì)時(shí)．線圈和外電路的總電阻R＝10Ω(1)寫(xiě)出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)線圈從計(jì)時(shí)開(kāi)頭，轉(zhuǎn)過(guò)eq\f(π,3)過(guò)程中通過(guò)線圈某一截面的電荷量為多少？解析(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為Em＝nBSω.Em＝100×0.05×0.2×0.2×100πV＝20πV，Im＝eq\f(20π,R)A＝2πA，i＝Imsinωt＝2πsin100πtA.(2)線圈從計(jì)時(shí)開(kāi)頭，轉(zhuǎn)過(guò)eq\f(π,3)過(guò)程中通過(guò)線圈某一截面的電荷量q＝eq\x