2013高中物理 5.1《交变电流》课下作业 新人教选修3-2.doc

2013物理人教选修3-2 5.1交变电流课下作业1判断图1中哪个是正弦式交变电流()图1解析：正弦式交变电流，首先应该是交变电流，C虽然形状符合，但不是交变电流，B虽然是交变电流，但不是正弦式交变电流。答案：D2关于中性面，下列说法正确的是()A线圈在转动中经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零B线圈在转动中经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大C线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次D线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次解析：中性面是线圈平面与磁感线垂直的位置，线圈经过该位置时，穿过线圈的磁通量最大，各边都不切割磁感线，不产生感应电动势，故磁通量的变化率为零，故A正确，B错。线圈每经一次中性面，感应电流的方向改变一次，线圈每转一周要经过中性面两次，所以每转一周，感应电流方向就改变两次，C正确，D错。答案：AC3如图2甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO以恒定的角速度转动。当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图2乙所示的余弦规律变化，则在t时刻()图2A线圈中的电流最大 B穿过线圈的磁通量为零C线圈所受的安培力为零 D线圈中的电流为零解析：由T，故t，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B错误，由于此时感应电动势为零，所以线圈中电流为零，线圈所受的安培力为零，A错误，C、D正确。答案：CD4.如图3所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，如图所示，当线圈平面转到与磁场方向平行时()A线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势 图3C线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是abcdD线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力解析：线圈平面与磁场方向平行时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大，两种情况下产生的感应电动势和感应电流最大且相等，所以A正确B错误。由楞次定律和右手定则可知电流方向相同且沿adcb方向，C错误。由于电流相同，所以两种情况下dc边受到的安培力相等，D错误。答案：A5.长为a、宽为b的矩形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的OO轴以恒定的角速度旋转。设t0时，线圈平面与磁场方向平行，则此时的磁通量和磁通量的变化率分别是()A0, 0 B0，BabC.，0 DBab，Bab解析：实际上，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时，产生交变电动势：eEmcos tBabcos t。当t0时，cos t1，虽然磁通量0，但是电动势有最大值EmBab根据法拉第电磁感应定律En，可知当电动势为最大值时，对应的磁通量的变化率也最大，即Em()maxBab。综上所述，正确选项为B。答案：B6.如图4所示，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 图4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变化关系图像为图5中的()图5解析：在0内，线圈在匀强磁场中匀速转动，故产生正弦交流电，由楞次定律知，电流方向为负值；在T，线圈中无感应电流；在T时，ab边垂直切割磁感线，感应电流最大，且电流方向为正值。故B项正确。答案：B7.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图像如图6所示，则()A交流电的频率是4 HzB当t0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大 图6C当t s 时e有最大值Dt s时，e10 V最小，磁通量变化率最小解析：从图像可知交流电的周期为2 s，频率为 Hz，t s时，e0最小，A、C错；t0时，e最小，最大，B对；t s时，e10 V，e最大，最大，“”号表示方向，D错。答案：B8.某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图像如图7所示，由图中信息可以判断()A在A和C时刻线圈处于中性面位置B在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 图7C从AD时刻线圈转过的角度为D若从OD时刻历时0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次解析：根据图像，首先判断出感应电流的数学表达式为iImsin t，其中Im是感应电流的最大值，是线圈旋转的角速度。而且线圈是从中性面开始旋转，由O到D完成一次周期性变化，相应的线圈旋转一周。线圈每旋转一周有两次经过中性面，经过中性面的位置时电流改变方向。从图可知，在O、B、D时刻感应电流为零，所以此时线圈恰好在中性面的位置，且穿过线圈的磁通量最大；在A、C时刻感应电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时穿过线圈的磁通量为零；从A到D时刻，线圈旋转3/4周，转过的角度为；如果从O到D时刻历时0.02 s，恰好为一个周期，所以1 s内线圈运动50个周期，100次经过中性面，交变电流的方向改变100次。答案：CD9.如图8所示，矩形线圈abcd的匝数为 n50匝，线圈ab的边长为l10.2 m，bc的边长为l20.25 m，在磁感应强度为B0.4 T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴匀速转动，转动的角速度100 rad/s，若线圈自身电阻为r1 ，负载电阻R9 。试求：(1)穿过线圈平面的最大磁通量m；(2)线圈在题图所示位置(线圈平面与磁感线平行)时，感应电动势 图8e的大小。解析：(1)穿过线圈平面的最大磁通量mBSBl1l20.40.20.25 Wb0.02 Wb。(2)线圈在题图所示位置时电动势达到最大值，此时感应电动势的值为eEmnBSnBl1l2500.40.20.25100 V100 V。答案：(1)0.02 Wb(2)100 V10有一匝数为10匝的正方形线圈，边长为20 cm，线圈总电阻为1 ，线圈绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图9所示，垂直于线圈平面(纸面)向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T。问：(从如图9所示位置开始计时)(1)该线圈产生的交变电流的电动势和电流的峰值分别为多少？(2)线圈从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的瞬时值表达式。 图9解析：(1)该交变电流感应电动势的峰值为EmnBS100.50.2210 V6.28 V电流的峰值为Im A6.28 A(2)线圈转过60