2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)分層作業(yè)7交變電流含解析新人教版選修3-2

PAGE5-課時(shí)分層作業(yè)(七)(時(shí)間：40分鐘分值：100分)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]選擇題(本題共8小題，每小題6分)1．關(guān)于交變電流和直流電流的說法中正確的是()A．假如電流大小隨時(shí)間做周期性變更，則肯定是交變電流B．直流電流的大小和方向肯定不變C．交變電流肯定是按正弦規(guī)律變更的D．交變電流的最大特征就是電流的方向隨時(shí)間做周期性的變更D[直流電的特征是電流的方向不變，電流的大小可以變更．交變電流的特征是電流的方向隨時(shí)間變更．交變電流有多種形式，正弦式溝通電只是交變電流中最基本、最簡潔的一種，故選D.]2．(多選)一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面通過中性面時(shí)()A．線圈平面與磁感線垂直，此時(shí)通過線圈的磁通量最大B．通過線圈磁通量的變更率達(dá)最大值C．線圈中感應(yīng)電流為零D．此位置前后的感應(yīng)電流方向相反ACD[當(dāng)線圈平面通過中性面時(shí)，線圈平面與磁感線垂直，通過線圈的磁通量最大，通過線圈磁通量的變更率為零，線圈中感應(yīng)電流為零，此位置前后的感應(yīng)電流方向相反，故選項(xiàng)A、C、D正確，B錯(cuò)誤．]3．(多選)某線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過它的磁通量Φ隨時(shí)間變更的規(guī)律如圖所示，則()A．t1時(shí)刻，穿過線圈的磁通量的變更率最大B．t2時(shí)刻，穿過線圈的磁通量的變更率為零C．t3時(shí)刻，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為零D．t4時(shí)刻，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢最大CD[t1時(shí)刻，Φ最大，但eq\f(ΔΦ,Δt)為零，A錯(cuò)誤；t2時(shí)刻，Φ等于零，但eq\f(ΔΦ,Δt)最大，B錯(cuò)誤；t3時(shí)刻，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢等于零，C正確；t4時(shí)刻，Φ等于零，但eq\f(ΔΦ,Δt)最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，D正確．]4．如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向平行時(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B．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢C．線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是a→b→c→d→aD．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A[線圈繞垂直于磁場方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電流，產(chǎn)生的電流、電動(dòng)勢及線圈各邊所受安培力大小與轉(zhuǎn)軸所在位置無關(guān)，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；圖示時(shí)刻產(chǎn)生電流的方向?yàn)閍→d→c→b→a，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤．]5．(多選)線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢e＝10sin20πtV，則下列說法正確的是()A．t＝0時(shí)，線圈平面位于中性面B．t＝0時(shí)，穿過線圈的磁通量最大C．t＝0時(shí)，導(dǎo)線切割磁感線的有效速率最大D．t＝0.4s時(shí)，e有最大值為10eq\r(2)VAB[由電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式可知計(jì)時(shí)是從線圈位于中性面時(shí)起先，即t＝0時(shí)，e＝0，此時(shí)線圈平面位于中性面，磁通量最大，線圈速度方向與磁感線平行，切割磁感線的有效速率為0，A、B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)t＝0.4s時(shí)，代入式中得e＝10sin20πt(V)＝10×sin(20π×0.4)V＝0，D錯(cuò)誤．]6．線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交變電流的圖象如圖所示，由圖可知()A．在A和C時(shí)刻線圈處于中性面位置B．在B和D時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零C．從A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為π弧度D．在A和C時(shí)刻磁通量變更率的肯定值最大D[當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場中處于中性面位置時(shí)，磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，感應(yīng)電流為零，B、D兩時(shí)刻線圈位于中性面．當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，磁通量為零，磁通量的變更率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，感應(yīng)電流最大，A、C時(shí)刻線圈平面與磁感線平行，D正確，A、B錯(cuò)誤．從A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為eq\f(3π,2)弧度，C錯(cuò)誤．]7．如圖所示，在水平勻強(qiáng)磁場中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若要使線圈中的電流峰值減半，不行行的方法是()A．只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B．只將線圈的匝數(shù)減半C．只將勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半D．只將線圈的邊長減半B[由Im＝eq\f(Em,R)，Em＝NBSω，ω＝2πn，得Im＝eq\f(NBS·2πn,R)，故A、C可行；又電阻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B不行行；當(dāng)邊長減半時(shí)，面積S減為原來的eq\f(1,4)，而電阻減為原來的eq\f(1,2)，故D可行．]8．一根長直的通電導(dǎo)線中的電流按正弦規(guī)律變更，如圖甲、乙所示，規(guī)定電流從左向右為正．在直導(dǎo)線下方有一不閉合的金屬框，則相對于b點(diǎn)來說，a點(diǎn)電勢最高的時(shí)刻在()A．t1時(shí)刻 B．t2時(shí)刻C．t3時(shí)刻 D．t4時(shí)刻D[線框中的磁場是直線電流i產(chǎn)生的，在t1、t3時(shí)刻，電流i最大，但電流的變更率為零，穿過線框的磁通量變更率為零，線框中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢，a、b兩點(diǎn)間的電勢差為零．在t2、t4時(shí)刻，電流i＝0，但電流變更率最大，穿過線框的磁通量變更率最大，a、b兩點(diǎn)間的電勢差最大，再依據(jù)楞次定律可得出a點(diǎn)相對b點(diǎn)電勢最高的時(shí)刻在t4.][實(shí)力提升練]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分)1．一臺(tái)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，其中N、S是永久磁鐵的兩個(gè)磁極，它們的表面呈半圓柱面形態(tài)．M是圓柱形鐵芯，鐵芯外套有一矩形線圈，線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．磁極與鐵芯之間的縫隙中形成沿半徑方向的輻向磁場．從如圖所示位置起先計(jì)時(shí)，規(guī)定此時(shí)電動(dòng)勢為正值，選項(xiàng)圖中能正確反映線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變更規(guī)律的是()ABCDD[由于磁場為沿半徑的輻向磁場，可以認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，線圈始終垂直切割磁感線，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小不變，由于每個(gè)周期磁場方向要變更兩次，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的方向也要變更兩次，選項(xiàng)D正確．]2．一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變更的圖象如圖所示．則下列說法中正確的是()A．t＝0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時(shí)刻，Φ的變更率為0C．t＝0.02s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到最大D．從t＝0.01s時(shí)刻至t＝0.04s時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度是eq\f(3,2)πD[由題圖象可知t＝0、t＝0.02s、t＝0.04s時(shí)刻線圈平面位于中性面位置，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，故E＝0；t＝0.01s、t＝0.03s、t＝0.05s時(shí)刻線圈平面與磁感線平行，Φ最小，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，故E最大，從圖象可知，從t＝0.01s時(shí)刻至t＝0.04s時(shí)刻線圈旋轉(zhuǎn)eq\f(3,4)周，轉(zhuǎn)過的角度為eq\f(3,2)π.]3．如圖所示，一單匝矩形線圈abcd，已知ab邊長為l1，bc邊長為l2，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸以角速度ω從圖示位置起先勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則t時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為()A．0.5Bl1l2ωsinωt B．0.5Bl1l2ωC．Bl1l2ωsinωt D．Bl1l2ωD[線圈從題圖位置起先轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emcosωt，由題意，Em＝BSω＝Bl1l2ω，所以e＝Bl1l2ωcosω4．在垂直紙面對里的有界勻強(qiáng)磁場中放置了矩形線圈abcd.線圈cd邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合．線圈平面與磁場方向垂直．從t＝0時(shí)刻起，線圈以恒定角速度ω＝eq\f(2π,T)繞cd邊沿如圖所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)，規(guī)定線圈中電流沿abcda方向?yàn)檎较?，則從t＝0到t＝T時(shí)間內(nèi)，線圈中的電流i隨時(shí)間t變更關(guān)系的圖象為()ABCDB[在0～eq\f(T,4)內(nèi)，線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，故產(chǎn)生正弦式溝通電，由楞次定律知，電流方向?yàn)樨?fù)值；在eq\f(T,4)～eq\f(3,4)T內(nèi)，線圈中無感應(yīng)電流；在eq\f(3,4)T時(shí)，ab邊垂直切割磁感線，感應(yīng)電流最大，且電流方向?yàn)檎?，故只有B項(xiàng)正確．]二、非選擇題(本小題共2小題，共28分)5．(12分)一矩形線圈有100匝，面積為50cm2，線圈內(nèi)阻r＝2Ω，在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從線圈平面與磁場平行時(shí)起先計(jì)時(shí)，已知磁感應(yīng)強(qiáng)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兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式.[解析]角速度ω＝2πn＝2π·eq\f(1200,60)rad/s＝40πrad/s，最大值Em＝NBSω＝100×0.5×50×10－4×40πV＝10πV，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢e＝Emcosωt＝10πcos40πt(V)，由閉合電路歐姆定律i＝eq\f(e,R＋r)＝eq\f(e,20)A，故R兩端電壓u＝Ri＝18×eq\f(1,20)×10πcos40πt(V)，即u＝9πcos40πt(V)．[答案]u＝9πcos40πt(V)6．(16分)一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻r＝1Ω，外接電阻R＝4Ω，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(1,π)T的勻強(qiáng)磁場中以n＝300r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，若從中性面起先計(jì)時(shí)，求：(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)線圈從起先計(jì)時(shí)經(jīng)eq\f(1,30)s時(shí)線圈中由此得到的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值；(3)外電路R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式．[解析](1)線圈轉(zhuǎn)速n＝300r/min＝5r/s，角速度ω＝2πn＝10πrad/s，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大值Em＝NBSω＝50V，由此得到的感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsinωt＝50sin10πt(V)．(2)將t＝eq\f(1,30)s代入