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文档简介

5-1 交变电流时间:40分钟满分:100分一、选择题(每小题6分,共60分)1(多选)下列各图中能产生交变电流的是()答案CD解析A图中的转轴与磁场方向平行,B图中的转轴与纸面方向垂直,但线圈中的磁通量始终为零,线圈中无感应电流产生,故A、B错误;根据交变电流产生的条件可知,线圈绕垂直于磁感线且通过线圈平面的轴线转动,就可以产生交变电流,对线圈的形状没有特别要求,故C、D正确。2关于交变电流和直流电流的说法中正确的是()A如果电流大小随时间做周期性变化,则一定是交变电流B直流电流的大小和方向一定不变C交变电流一定是按正弦规律变化的D交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化答案D解析直流电的特征是电流的方向不变,电流的大小可以改变。交变电流的特征是电流的方向随时间改变。交变电流有多种形式,正弦式交流电只是交变电流中最基本、最简单的一种。故选D。3已知交变电流的瞬时表达式为i311sin314t(A),从t0到第一次电流出现最大值时间是()A0.005 s B0.001 sC0.02 s D0.01 s答案A解析交变电流瞬时表达式i311sin314t(A)故角频率为314 rad/s故周期为:T s0.02 s因为是正弦式交变电流,从线圈经过中性面开始计时,故在时刻第一次出现电流峰值,即:0.005 s,所以A项正确。4欲增大交流发电机的感应电动势而不改变频率,下面措施中不能采用的是()A增大转速 B增大磁感应强度C增加线圈匝数 D增大线圈的包围面积答案A解析设线圈匝数为N,磁感应强度为B,线圈围成的面积为S,角速度为,转速n单位采用r/s时fn,由EmNBSNBS2n,可知B、C、D项只改变Em的大小,没有改变频率,而A项改变了频率,故选A。5(多选)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,所产生的交变电流的波形如图所示,下列说法中正确的是()A在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值B在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值C在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值D在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值答案BC解析本题考查交流电的图象及法拉第电磁感应定律,关键要清楚i(e)和的对应关系。从图中可知,t1时刻线圈中感应电动势达到峰值,磁通量变化率达到峰值,而磁通量最小,线圈平面与磁感线平行。t2、t4时刻感应电流为零,感应电动势等于零,磁通量变化率为零,线圈处于中性面位置,磁通量达到峰值。t3时刻感应电动势达到峰值,线圈中的磁通量变化率达到峰值。正确答案为B、C。6下图是某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系图象。如果其他条件不变,仅使线圈的转速变为原来的二倍,则交流电动势的最大值和周期分别变为()A400 V,0.02 s B200 V,0.02 sC400 V,0.08 s D200 V,0.08 s答案B解析根据感应电动势最大值的表达式EmNBS得知,Em与成正比,又知道2n,T,所以可得Em2Em200 V,TT0.02 s,故选B。7在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd,线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合。线圈平面与磁场方向垂直,从t0时刻起,线圈以恒定角速度绕cd边沿如图所示方向转动,规定线圈中电流沿abcda方向为正方向,则从t0到tT时间内,线圈中的电流i随时间t变化关系图象为()答案B解析在t0时刻,磁通量最大,磁通量的变化率最小,产生的感应电动势为零,即感应电流为零,所以C、D错误;根据楞次定律可得,t0之后的四分之一周期内,线圈的磁通量减小,故产生的感应电流方向为adcba为负方向,故B正确,A错误。8. (多选)如图所示,一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,沿着OO轴观察,线圈沿逆时针方向转动。已知磁感应强度为B,线圈匝数为n,边长为l,电阻为R,转动角速度为,则当线圈转至图示位置时()A线圈中感应电流的方向为abcdaB穿过线圈的磁通量为0,但磁通量的变化率为Bl2C线圈中的感应电流为D线圈从图示位置起转动时,电动势的瞬时值为nBl2答案BCD解析选项内容分析结论A根据右手定则判断知,ad边切割磁感线产生的感应电流方向由ad;bc边切割磁感线产生的感应电流方向由cbB因为线圈平面与磁感线平行,所以穿过线圈的磁通量为0;eEmnBl2,由En得Bl2C因为enBl2,所以iDt,由enBl2costnBl2cosnBl29(多选)如图甲所示,U形金属导轨水平放置,导轨上跨接一金属棒ab,与导轨构成闭合电路,并能在导轨上自由滑动,在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中通以如图乙所示的交变电流,规定电流方向自c向d为正,则ab棒受到向左的安培力的作用时间是()A0t1 Bt1t2 Ct2t3 Dt3t4答案AC解析0t1时间内,电流I由cd且逐渐增大,由安培定则知,穿过abEF回路的磁感应强度垂直纸面向里,且逐渐增强,因此磁通量增大,由楞次定律判定金属棒ab中的电流方向由ab;再由左手定则可判定,此过程中ab棒所受安培力向左,选项A正确。同理,可判定出t1t2、t3t4时间内ab棒所受安培力向右,t2t3时间内ab棒所受安培力向左,C项正确,B、D错误。10(多选)矩形线圈的匝数为50匝,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示,下列结论正确的是()A在t0.1 s和t0.3 s时,电动势最大B在t0.2 s和t0.4 s时,电动势改变方向C电动势的最大值约是157 VD在t0.4 s时,磁通量变化率最大,其值约为3.14 Wb/s答案CD解析从题图中可知,在0.1 s和0.3 s时刻,穿过线圈的磁通量最大,此时刻磁通量的变化率等于零,感应电动势为零,A错误;0.2 s和0.4 s时刻,穿过线圈的磁通量为零,但此时刻磁通量的变化率最大,线圈平面与中性面垂直,感应电动势达到峰值,但方向不变,B错误。根据电动势的最大值公式:EmNBS,mBS,可得:Em157 V;由EN知磁通量变化率的最大值应为3.14 Wb/s,故选项C、D正确。二、非选择题(共3小题,40分)11(12分)发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm 的正方形线圈,将它置于磁感应强度B0.05 T的匀强磁场中,绕着垂直于磁场方向的轴以100 rad/s的角速度转动,当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时,线圈和外电路的总电阻 R10 。(1)写出交变电流的瞬时值表达式;(2)从计时开始,线圈转过的过程中通过线圈某一横截面的电荷量为多少?答案(1)i2sin100t(A)(2)1102 C解析(1)感应电动势最大值为EmnBSEm1000.050.20.2100(V)20(V)Im2(A),所以iImsint2sin100t(A)(2)从中性面开始计时,线圈转过,则BSBSBS此过程中通过线圈某一横截面的电荷量qtt代入数据解得q1102 C。12(12分)一矩形线圈,面积是0.05 m2,共100匝,线圈电阻r1 ,外接电阻R4 ,线圈在磁感应强度B T的匀强磁场中以n300 r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动,如图所示,若从中性面开始计时,求:(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式;(2)开始计时经 s时线圈中感应电流的瞬时值;(3)外电路R两端电压的瞬时值表达式。答案(1)e50sin10t(V)(2)8.66 A(3)u40sin10t(V)解析(1)线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,从中性面开始计时产生的感应电动势的瞬时值eEmsint,其中2n,EmNBS,代入数据可得2n25 rad/s10 rad/s,EmNBS1000.0510 V50 V,所以e50sin10t(V)。(2)由闭合电路欧姆定律有i10sin10t(A),当t s时,i10sin10sin605 A8.66 A。(3)由uiR得,u40sin10t(V)。13(16分)在图甲所示区域(图中直角坐标系xOy的一、三象限)内有匀强磁场,磁感应强度方向垂直于纸面向里,大小为B。半径为l,圆心角为60的扇形导线框OPQ以角速度绕O点在纸面内沿逆时针方向匀速转动,导线框回路电阻为R。(1)求导线框中感应电流的最大值I0和交变感应电流的频率f;(2)在图乙中画出导线框在转动一周的时间内的感应电流i随时间t变化的图象(规定与图甲中线框的位置

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