2024-2025学年高中物理第二章1交变电流练习含解析教科版选修3-2

PAGEPAGE91.交变电流基础巩固1.(多选)如图所示的四种电流中属于交变电流的是()答案:BC2.一线圈在匀强磁场中匀速转动,在如图所示位置时()A.穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变更率最小B.穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变更率最大C.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变更率最大D.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变更率最小解析:当线圈平面垂直于磁感线时,磁通量最大,但磁通量的变更率最小,故正确选项为A.答案:A3.沟通发电机在工作时电动势e=Emsinωt,若将发电机的转速提高一倍,同时将线圈面积减小一半,其他条件不变,则其电动势变为()A.e'=EmsinB.C.e'=Emsin2ωt D.e'=解析:当发电机的转速提高一倍时,角速度加倍,即ω'=2ω,而线圈的面积减小了一半,所以由Em=NBSω可得交变电动势的最大值Em不变,选项C正确.答案:C4.下图为演示交变电流的产生的装置图,关于这个试验,正确的说法是()A.线圈每转动一周,指针左右摇摆两次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a→bD.线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变更率为零解析:线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生呈周期性变更的交变电流,线圈经过中性面时电流变更方向,线圈每转动一周,有两次通过中性面,电流方向变更两次,指针左右摇摆一次.线圈处于图示位置时,ab边向右运动,由右手定则知,ab边的感应电流方向为a→b;线圈平面与磁场方向平行时,ab、cd边垂直切割磁感线,线圈产生的电动势最大,也可以这样认为,线圈处于竖直位置时,磁通量为零,但磁通量的变更率最大.答案:C5.(多选)线圈在磁场中匀速转动产生的沟通电电动势为e=102A.t=0时,线圈平面位于中性面B.t=0时,穿过线圈的磁通量最大C.t=0时,导线切割磁感线的有效速度最大D.t=0.4s时,e达到最大值10解析:依据沟通电电动势的瞬时值表达式可推断为正弦交变电流,当t=0时,e=0,所以此时磁通量的变更率为零,导线切割磁感线的有效速度为零,但此时穿过线圈的磁通量最大,线圈平面位于中性面,所以选项A、B正确,选项C错误;当t=0.4s时,e=102sin20πtV=102sin8π答案:AB6.如图所示,一矩形线圈abcd,已知ab边长为l1,bc边长为l2,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO'轴以角速度ω从图示位置起先匀速转动,则t时刻线圈中的感应电动势为()A.0.5Bl1l2ωsinωt B.0.5Bl1l2ωcosωtC.Bl1l2ωsinωt D.Bl1l2ωcosωt解析:感应电动势的最大值为Em=Bl1l2ω,线圈从垂直中性面的位置起先转动,则t时刻的感应电动势为e=Emsinωt+π2答案:D7.(多选)如图所示,闭合的矩形导体线圈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'方向视察,线圈沿顺时针方向转动.已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,ab边的边长为L1,ad边的边长为L2,线圈电阻为R,转动的角速度为ω,则当线圈转至图示位置时()A.线圈中感应电流的方向为abcdaB.线圈中的感应电动势为2nBL2ωC.穿过线圈的磁通量的变更率最大D.线圈ad边所受安培力的大小为解析:当线圈转至题图所示位置时,由楞次定律(或右手定则)可知,选项A正确;题图所示位置,穿过线圈的磁通量为零,但穿过线圈的磁通量的变更率最大,感应电动势最大,为Em=nBL1L2ω,选项C正确,选项B错误;此时线圈中的电流为i=nBL1L2答案:AC8.(多选)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所示,则()A.当t=0时,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大B.当t=πs时,e有最大值C.t=D.t=2πs时线圈经过中性面解析:t=0、t=πs和t=2πs时线圈经中性面,e最小,Φ最大,A、D对,B错;t=32πs时,e=-10V,e最大,ΔΦΔ答案:AD9.如图所示,匝数为100的圆形线圈绕与匀强磁场方向垂直的轴OO'以50r/s的转速转动,穿过线圈的最大磁通量为0.01Wb.从图示的位置起先计时,则线圈中感应电动势瞬时值的表达式为()A.e=50sinωtVB.e=314cos314tVC.e=50cosωtVD.e=314sin314tV解析:线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流,产生的交变电流与线圈形态无关,由Em=NBSω可知,Em与线圈面积S、角速度ω有关,角速度ω=2×3.14×50rad/s=314rad/s.最大值Em=NBSω=NΦmω=314V.线圈从图示位置即与中性面垂直时起先计时,此时感应电动势达到最大值,据三角函数关系可得出e=314cos314tV,B对.答案:B10.一台发电机的结构示意图如图所示,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态.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、大小近似匀称的磁场.若从图示位置起先计时,当线框绕固定轴匀速转动时,下列图像中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变更规律的是()解析:切割磁感线的边以恒定的速率垂直于磁场运动,所处位置的磁感应强度大小不变,所以产生大小不变的电动势,由右手定则可推断电流方向每半周期变更一次,所以D正确.答案:D实力提升1.(多选)如图所示,面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动,不能产生交变电流的是()答案:BCD2.(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更规律如图所示.下列结论正确的是()A.在t=0.1s和t=0.3s时,电动势最大B.在t=0.2s和t=0.4s时,电动势变更方向C.电动势的最大值是157VD.在t=0.4s时,磁通量变更率最大,其值为3.14Wb/s解析:从题图中可知,在0.1s和0.3s时刻,穿过线圈的磁通量最大,此时刻磁通量的变更率等于零;0.2s和0.4s时刻,穿过线圈的磁通量为零,但此时刻磁通量的变更率最大,由此得选项A、B错误.依据电动势的最大值公式Em=nBSω,Φm=BS,ω=2πT,可得Em=50×0.2×2×3.140答案:CD3.如图所示,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,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C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→dD.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:如图所示,设ab=l1,ad=l2,O1a=r1,O1d=r2.线圈绕P1轴转动时,产生的感应电动势e1=Bl1v=Bl1l2ω.线圈绕P2轴转动时,产生的感应电动势e2=Bl1r1ω+Bl1r2ω=Bl1l2ω,即e1=e2,所以i1=i2,故选项A正确,选项B错误;由右手定则可知,线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,均是a→d→c→b方向,故选项C错误;再依据安培力公式可知F安=BIl1,即安培力相同,选项D错误.答案:A4.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.1T,所用矩形线圈总电阻为R=100Ω,线圈的匝数n=100,边长lab=0.2m,lbc=0.5m,以角速度ω=100πrad/s绕OO'轴匀速转动,试求当线圈平面从图示位置(与中性面垂直)转过90°的过程中:(1)线圈中的平均电动势;(2)通过线圈某一截面的电荷量.解析:(1)线圈平面从图示位置转过90°的过程中,线圈内磁通量的变更量为ΔΦ=Blablbc.线圈转动所经验的时间为Δt=E=nΔΦΔ(2)I=E又所以,线圈平面从图示位置转过90°的过程中,通过线圈某一截面的电荷量q=It=2×π2×100π答案:(1)200V(2)1×10-2C5.如图所示,在匀强磁场中有一个“π”形导线框可绕AB轴转动,已知匀强磁场的磁感应强度B=5(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随时间变更关系的图像.解析:(1)起先计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置,在t时刻线框转过的角度为ωt,此时刻e=Bl1l2ωcosωt,即e=BSωcosωt,其中B=52πT,S=0.1×0.2m2=0.02m2,ω=2πn=2π×50rad/s=100πrad/s,故e=52π×0.02×100(2)线框中感应电动势随时间变更关系的图像如图所示.答案:(1)e=106.如图所示,N=50匝的矩形线圈abcd,ab边长l1=20cm,ad边长l2=25cm,放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO'轴以ω=2πn=100πrad/s角速度匀速转动,线圈电阻r=1Ω,外电路电阻R=9Ω,t=0时线圈平面与磁感线平行,ab边正转出纸外、cd边转入纸里.求:(1)t=0时感应电流的方向;(2)感应电动势的瞬时值表达式;(3)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电