高中物理 5.1 交变电流课时训练（含解析）新人教版选修32.doc

交变电流题组一交变电流的产生1.如图所示,面积均为s的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场b中以角速度匀速运动,能产生正弦交流电动势e=bssin t的图是()解析:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动,产生的正弦交流电动势为e=bssint,由这一原则判断,a图中感应电动势为e=bssint;b图中的转动轴不在线圈所在平面内;c、d图转动轴与磁场方向平行,而不是垂直,只有选项a正确。答案:a2.如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中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,当线圈平面转到与磁场方向平行时()a.线圈绕p1转动时产生的感应电流等于绕p2转动时产生的感应电流b.线圈绕p1转动时产生的感应电动势小于绕p2转动时产生的感应电动势c.线圈绕p1和p2转动时产生的感应电流的方向相同,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:线圈转动产生的感应电动势的大小与转动轴的位置无关,选项a正确,b错误;绕两个轴转动产生的感应电流的大小相等,从上向下看,线框逆时针旋转,电流的方向应为adcb,选项c错误;电流相等,cd受到的安培力也相等,选项d错误。答案:a3.如图所示是一台发电机的结构示意图,其中n、s是永久磁铁的两个磁极,它们的表面呈半圆柱面形状。m是圆柱形铁芯,它与磁极的柱面共轴,铁芯上有一矩形线框,可绕与铁芯m共轴的固定转动轴旋转。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场。若从图示位置开始计时,当线框绕固定转动轴匀速转动时,下列图象中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是()解析:因发电机的两个磁极n、s呈半圆柱面形状,磁极间的磁感线呈辐向分布,磁感应强度的大小不变,仅方向发生改变,故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线,产生的感应电动势的大小不变,线框越过空隙段后,由于线框切割磁感线方向发生变化,所以感应电动势的方向发生变化,综上所述,选项d正确。答案:d题组二交变电流的变化规律4.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是()a.线圈平面每经过中性面一次,感应电流的方向就改变一次,感应电动势的方向不变b.线圈每转动一周,感应电流的方向改变一次c.线圈平面每经过中性面一次,感应电动势和感应电流的方向都改变一次d.线圈每转动一周,感应电动势和感应电流的方向都改变一次解析:依据交变电流的变化规律可知,如果从中性面开始计时,有e=emsint和i=imsint;如果从垂直于中性面的位置开始计时,有e=emcost和i=imcost。不难看出:线圈平面每经过中性面一次,感应电流的方向就改变一次,感应电动势的方向也改变一次;线圈每转动一周,感应电流的方向和感应电动势的方向都改变两次,故选项c正确。答案:c5.如图所示,正方形线圈abcd绕对称轴oo在匀强磁场中匀速转动,线圈匝数为n,当转动的角速度为时,感应电动势瞬时值表达式e=nbscos t(由图示位置开始计时),其他条件不变,只是线圈的转速提高到原来的2倍,则表达式变为()a.e=nbscos 2tb.e=2nbscos tc.e=2nbscos 2td.e=2nbs2cos 12t解析:当转速提高到原来的2倍时,=2f将变为原来的2倍,emax=2nbs,感应电动势的峰值将变为原来的2倍,所以e=2nbscos2t,选项c正确。答案:c6.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流,从中性面开始转动180的过程中,平均感应电动势和最大感应电动势之比为()a.2b.2c.21d.无法确定解析:转动180过程中,平均感应电动势由e=t计算,得e=2bs122=2bs,最大值em=bs,二者之比为2,选项a正确。答案:a7.(多选题)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生电动势的e-t图象如图所示,则在时刻()a.t1、t3时刻线圈通过中性面b.t2、t4时刻线圈中磁通量最大c.t1、t3时刻线圈中磁通量变化率最大d.t2、t4时刻线圈平面与中性面垂直解析:t1、t3时刻电动势为零,磁通量的变化率为零,线圈通过中性面,选项a对,选项c错;t2、t4时刻电动势最大,线圈平面与磁场平行及与中性面垂直线圈中磁通量为零,选项b错,选项d对。答案:ad8.如图甲所示,单匝矩形线圈的一半放在有理想边界的匀强磁场中,线圈按图示方向(俯视逆时针)匀速转动,轴oo与磁场的边界重合,开始计时线圈平面与磁场方向垂直,规定电流方向沿abcd为正方向,则线圈中感应电流i随时间t变化的图象是图乙中的()甲乙解析:线圈由中性面开始匀速转动,开始ad边切割磁感线,转过90后ad边出磁场,bc边进磁场,按同样的规律切割磁感线,所以产生按正弦规律变化的交变电流。再结合右手定则可判断d正确。答案:d9.一矩形线圈在匀强磁场中以一边为轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直,线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示,在t12时刻,线圈平面与磁场方向的夹角等于。解析:由题图可知e=emcos2tt。在t=t12时,e=32em,根据电磁感应定律e=blvcos=emcos得cos=32,由此可以确定=30或150。答案:30或15010.如图所示为演示用的手摇发电机模型,匀强磁场磁感应强度b=0.5 t,线圈匝数n=50,每匝线圈面积0.48 m2,转速150 r/min,在匀速转动过程中,从图示位置开始计时。(1)写出交流感应电动势瞬时值的表达式。(2)画出e-t图线。解析:(1)当线圈平面经过中性面开始计时,则线圈在时间t内转过角度t,于是感应电动势瞬时值e=emsint,其中em=nbs。由题意知n=50,b=0.5t,=215060rad/s=5rad/s,s=0.48m2,em=nbs=500.50.485v188v,所以e=188sin5tv。(2)根据交变电流的方程画图线时,最大值是正弦图线的峰值,由纵轴上的刻度值标出,交变电流的频率与正弦图线的周期相对应,=2t,而周期由时间轴上的刻度值标出,t=2=0.4s,e-t图象如图所示。答案:(1)e=188sin 5t v(2)见解析(建议用时:30分钟)1.(多选题)如图所示图象中属于交变电流的有()解析:图a、b、c中e的方向均发生了变化,故它们属于交变电流,选项a、b、c正确。答案:abc2.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,当线圈通过中性面时,下列说法正确的是()a.穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势最大b.穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势最大c.穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势等于零d.穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势等于零解析:线圈位于中性面时,线圈平面与磁感线垂直,穿过线圈的磁通量最大,但此时切割磁感线的线圈边的速度方向与磁感线平行,线圈中的各个边均不切割磁感线,线圈中的感应电动势等于零。答案:c3.一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动。线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是()a.t1时刻通过线圈的磁通量为零b.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大c.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大d.每当感应电动势e变换方向时,通过线圈的磁通量绝对值都为最大解析:t1、t3时刻感应电动势为零,线圈位于中性面位置,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,选项a、c错误;t2时刻感应电动势最大,线圈位于中性面的垂面位置,穿过线圈的磁通量为零,选项b错误;由于线圈每过一次中性面时,穿过线圈的磁通量的绝对值最大,感应电动势e变换方向,所以选项d正确。答案:d4.矩形线圈在磁场中匀速转动时,产生的感应电动势最大值为50 v,那么该线圈由如图所示位置转过30,线圈中的感应电动势大小为()a.50 vb.253 vc.25 vd.10 v解析:由题示条件知:交变电流瞬时值表达式为e=50costv=50cosv,当=30时,e=253v,选项b正确。答案:b5.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示。则下列说法正确的是()a.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直b.t=0.01 s时刻,的变化率最大c.t=0.02 s时刻,交流电动势达到最大d.该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示解析:由题图甲可知,t=0时,通过线圈的磁通量最大,线圈处于中性面位置。t=0.01s时刻,磁通量为零,但磁通量变化率最大,所以a项错误,b项正确。t=0.02s时,交流电动势应为0,c、d项均错误。答案:b6.一个矩形线圈绕与匀强磁场垂直的oo轴逆时针转动,线圈的两条引线分别与a、b两半圆铜环相连,两个铜环通过滑动电刷连入电路,电路中仅有一个电阻r。如图所示,在线圈转动过程中,通过电阻r的电流()a.大小和方向都不断变化b.大小不断变化,方向从arbc.大小和方向都不变d.大小不断变化,方向从bra解析:矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动,线圈中产生的是正弦式交变电流,但通过两半圆铜环a、b(换向器)后,通过电阻r的电流只是大小不断变化,方向不变。由右手定则可以判断通过r的电流的方向从bra。d选项正确。答案:d7.风速仪的简易装置如图甲所示。在风力作用下,风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动,线圈中的感应电流随风速的变化而变化。风速为v1时,测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示;若风速变为v2,且v2v1,则感应电流的峰值im、周期t和电动势e的变化情况是()a.im变大,t变小b.im变大,t不变c.im变小,t变小d.im不变,e变大解析:风速增大,感应电流的峰值im变大,周期t变小,电动势e变大,选项a正确。答案:a8.(多选题)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的交流电动势e=2202sin 100t v,则下列判断正确的是()a.t=0时,线圈位于中性面位置b.t=0时,穿过线圈平面的磁通量最大c.t=0时,线圈的有效切割速度方向垂直磁感线d.t=0时,线圈中感应电动势达到峰值解析:因按正弦规律变化,故t=0时线圈位于中性面,选项a正确;此时穿过线圈的磁通量最大,选项b正确;t=0时,线圈的有效切割速度方向与磁感线平行,不产生感应电动势,故选项c、d错误。答案:ab9.某兴趣小组设计了一种发电装置,如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为49,磁场均沿半径方向。匝数为n的矩形线圈abcd的边长ab=cd=l、bc=ad=2l。线圈以角速度绕中心轴匀速转动,bc和ad边同时进入磁场。在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为b、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r,外接电阻为r。求:(1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小em。(2)线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小f。解析:(1)bc、ad边的运动速度v=l2感应电动势em=4nblv解得em=2nbl2。(2)电流im=emr+r安培力f=2nbiml,解得f=4n2b2l3r+r。答案:(1)2nbl2(2)4n2b2l3r+r10.发电机的转子是匝数为100、边长为20 cm的正方形线圈,将它置于磁感应强度b=0.05 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r=10 。(1)写出交变电流瞬时值表达式。(2)线圈从计时开始,转