2019-2020学年高中物理 第5章 交变电流 1 交变电流训练（含解析）新人教版选修3-2

交变电流基础达标一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第14题只有一项符合题目要求，第56题有多项符合题目要求)1关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法中正确的是()a线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变b线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次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要改变一次d线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次【答案】c【解析】根据交流电的变化规律可得，如果从中性面开始计时有eemsin t和iimsin t；如果从垂直于中性面的位置开始计时有eemcos t和iimcos t.不难看出线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向也改变一次；线圈每转动一周，感应电流和感应电动势方向都改变两次，c正确2如图所示为演示交变电流的装置图，关于这个实验，正确的说法是()a线圈每转动一周，指针左右摆动两次b图示位置为中性面，线圈中无感应电流c图示位置，ab边的感应电流方向为由abd线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零【答案】c【解析】线圈在磁场中匀速转动，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流方向改变，线圈每转动一周，有两次经过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故选项a错误；线圈平面跟磁感线垂直的位置称为中性面，显然图中并不是中性面，选项b错误；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则可知，ab边中感应电流方向为由ab，选项c正确；线圈平面跟磁场平行时，线圈产生的感应电动势最大，而此时的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，故选项d错误3一矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电动势为e10sin(20t) v，则下列说法正确的是()at0时，线圈位于中性面bt0时，穿过线圈的磁通量为零ct0时，线圈切割磁感线的有效速度最大dt0.4 s时，电动势第一次出现最大值【答案】a【解析】由电动势e10sin(20t) v知，计时从线圈位于中性面时开始，所以t0时，线圈位于中性面，磁通量最大，但此时线圈切割磁感线的线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速度为零，a正确，b、c错误；当t0.4 s时，e10sin(200.4) v0，d错误4矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生如图所示的交流电，设沿abcda方向为电流正方向，则对应t1时刻线圈位置为下列哪一个图()abcd【答案】b【解析】由题图知在t1时刻线圈获得最大正向电流，电流方向为abcda，又线圈为逆时针转动，故只有b图符合电流方向为abcda且最大5如图甲所示，一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动线圈内磁通量随时间t的变化如图乙所示，则下列说法中正确的是()at1时刻线圈中的感应电动势最大bt2时刻ab的运动方向与磁场方向垂直ct3时刻线圈平面与中性面重合dt4、t5时刻线圈中感应电流的方向相同【答案】bc【解析】t1时刻通过线圈的最大，磁通量变化率最小，此时感应电动势为零，a错误；在t2、t4时刻感应电动势为em，此时ab、cd的运动方向垂直于磁场方向，b正确；t1、t3、t5时刻，最大，0，此时线圈平面垂直于磁场方向，与中性面重合，c正确；t5时刻感应电流为零，d错误6(2019江西校级期中)如图所示的四种随时间变化的电流图象，其中不属于交变电流的是(),a),b),c),d)【答案】ad【解析】只要电流的大小和方向均随时间做周期性变化，即为交变电流，故b、c均为交变电流；a、d中电流大小虽然在周期性变化，但方向不变，故a、d不是交变电流二、非选择题7有一10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 ，线框绕oo轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 t问：(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？【答案】(1)6.28 v6.28 a(2)5.44 v【解析】(1)交变电流电动势最大值为emnbs100.50.2210 v6.28 v，电流的最大值为im a6.28 a.(2)线框转过60时，感应电动势eemsin 605.44 v.8如图所示，匀强磁场的磁感应强度为b0.50 t，矩形线圈的匝数n100匝，边长lab0.20 m，lbc0.10 m，以3 000 r/min的转速匀速转动，若从线圈平面通过中性面时开始计时，求：(1)交变电动势的瞬时值表达式；(2)若线圈总电阻为2 ，线圈外接电阻为8 ，写出交变电流的瞬时值表达式；(3)线圈由图示位置转过的过程中，交变电动势的平均值【答案】(1)e314sin(314t) v(2)i31.4sin(314t) a (3)200 v【解析】(1)线圈的角速度2n314 rad/s线圈电动势的最大值emnbs314 v故交变电动势的瞬时值表达式为eemsin t314sin(314t) v.(2)im31.4 a所以交变电流的瞬时值表达式为i31.4sin(314t) a.(3)nn4nbsn200 v.能力提升9(2019重庆名校期末)如图所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框沿与磁感线垂直的转轴匀速转动，则下列说法中正确的是()a矩形金属线框中能产生正弦式交变电流b线圈平面每经过中性面一次，感应电动势的方向就改变一次，感应电流的方向不变c当线框平面与中性面重合，磁通量最大，感应电动势最大d当线框平面与中性面垂直时，线框的磁通量及磁通量变化率均为零【答案】a【解析】由图可知，矩形金属线框沿与磁感线垂直的转轴匀速转动，金属线框中能产生正弦交变电流，故a正确；线框平面每经过中性面一次，感应电动势的方向就改变一次，感应电流的方向也改变一次，故b错误；当线框平面与中性面重合，磁通量最大，感应电动势为0，故c错误；当线框平面与中性面垂直时，线框的磁通量为零，磁通量变化率最大，故d错误10(2018西安名校期末)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电动势的最大值是50 vd在t0.4 s时，磁通量变化率最大，其值为100 wb/s【答案】c【解析】在t0.1 s和t0.3 s时，磁通量最大，线圈位于中性面位置，感应电动势为零，故a错误；在t0.2 s和t0.4 s时，磁通量为零，线圈垂直于中性面，感应电动势最大，故b错误；根据t图象，bs0.2 wb，t0.4 s，故电动势的最大值emnbsnbs500.250 v，故c正确；在t0.4 s时，磁通量为零，线圈垂直于中性面，感应电动势最大，故磁通量变化率最大，其值为 wb/s，故d错误11如图甲所示，矩形线圈匝数n100匝，ab30 cm，ad20 cm，匀强磁场磁感应强度b0.8 t，绕轴oo从图示位置开始匀速转动，角速度100 rad/s，试求：(1)穿过线圈的磁通量最大值m为多大？线圈转到什么位置时取得此值？(2)线圈产生的感应电动势最大值em为多大？线圈转到什么位置时取得此值？(3)写出感应电动势e随时间变化的表达式，并在图乙中作出图象甲乙【答案】见解析【解析】(1)当线圈平面与磁感线垂直时，磁通量有最大值mbs0.80.30.2 wb0.048 wb.(2)当线圈平面与磁感线平行时，感应电动势有最大值emnbs480 v.(3)表达式eemcos t480cos (100t) v图象如图所示12如图所示，在匀强磁场中有一个“”形导线框可绕ab轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度b t，线框cd边长为20 cm，ce、df边长均为10 cm，转速为50 r/s.若从图示位置开始计时：(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；(2)作出线框中感应电动势e随时间t变化关系的图象【答案】(1)e1