高中物理-选择性必修2-第三章-1-交变电流

第三章交变电流1交变电流基础过关练题组一交变电流1.(2020甘肃天水一中高二月考,改编)关于交变电流的理解,下列说法正确的是()A.大小随时间做周期性变化的电流叫交变电流B.交流就是正弦式交变电流C.我们的照明用电是交流电D.电池提供的也是交变电流2.(2020江苏宿迁高二上月考)下列e-t图像中不属于交流的有()3.关于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图像,下列描述正确的是()A.电流的大小变化,方向也变化,是交流电B.电流的大小变化,方向不改变,不是交流电C.电流的大小不变,方向不变,是直流电D.电流的大小不变,方向变化,是交流电题组二交变电流的产生4.(2019重庆大学城一中高二月考)如图所示,哪种情况线圈中不能产生交变电流()5.(2020福建平和一中高二月考)如图所示是交流发电机的示意图,甲、乙、丙、丁分别表示线圈转动过程中的四个位置,其中甲、丙中的线圈与磁场方向垂直,乙、丁中线圈与磁场方向平行,则在线圈转动的过程中,电流表有电流通过的位置是(深度解析)A.甲、丙 B.丙、丁 C.甲、乙 D.乙、丁6.(2020安徽阜阳三中高二月考)交流发电机发电示意图如图所示,线圈转动过程中,下列说法正确的是(深度解析)A.转到图甲位置时,通过线圈的磁通量变化率最大B.转到图乙位置时,线圈中产生的感应电动势为零C.转到图丙位置时,线圈中产生的感应电流最大D.转到图丁位置时,AB边中感应电流方向为A→B7.(2019湖北宜昌示范高中协作体高二联考)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.线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次B.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C.线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次D.线圈转动一周,感应电流和感应电动势方向都要改变一次题组三交变电流的变化规律8.(2020山西实验中学高二月考)如图所示,各图中面积均为S的线圈绕其对称轴或中轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动,从图示时刻开始计时,能产生正弦交变电动势e=BSωsinωt的是()9.如图甲所示,矩形线圈ABCD在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中产生的交变电流如图乙所示。设沿ABCDA方向为电流正方向,则下列说法正确的是()甲乙A.乙图中Oa时间段对应甲图中(a)至(b)图的过程B.乙图中c时刻对应甲图中的(c)图C.若乙图中d表示0.02s,则1s内电流的方向改变50次D.若乙图中b表示0.02s,则线圈转动一周的时间为0.01s10.(2020湖北汉川二中高二月考)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的感应电动势与时间的关系图像如图所示,则()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时刻线圈通过中性面11.如图所示,单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中,线圈轴线OO'与磁场边界重合,线圈按图示方向匀速转动,t=0时刻线圈平面与磁场方向垂直,规定沿abcda方向为电流正方向,则线圈内感应电流随时间变化的图像是()12.有一个正方形线框,线圈匝数为10匝,边长为20cm,线框总电阻为1Ω,线框绕OO'轴以10πrad/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0.5T。(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?(3)写出感应电动势随时间变化的表达式。能力提升练题组一交变电流图像的物理意义1.(2019广东潮州高二期末,)某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生的交变电流的图像如图所示,由图中信息可以判断(深度解析)A.在A、C时刻线圈位于中性面B.在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零C.从A~D线圈转过的角度为2πD.若从O~D历时0.02s,则在1s内交变电流的方向改变100次2.(2020山东泰安高二上月考,)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变化的规律如图所示,下列说法中正确的是()A.t1时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大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e变换方向时,线圈的感应电动势都为最大3.(2019山东菏泽一中高二月考,)已知矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示,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=0.01s时刻Φ的变化率达到最大C.t=0.02s时刻感应电动势达到最大D.该线圈相应的感应电动势随时间变化的图像如图乙所示4.(2020重庆北碚高二期末,)(多选)在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁场垂直的轴匀速转动,如图甲所示,产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示,则下列说法正确的是()A.t=0.01s时穿过线框的磁通量最小B.t=0.01s时穿过线框的磁通量变化率最大C.该线框匀速转动的角速度大小为100πrad/sD.感应电动势瞬时值为22V时,线框平面与中性面的夹角可能为45°题组二计算交变电流的最大值(峰值)和瞬时值5.(2020安徽滁州高二月考,)(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场的对称轴OO'匀速转动,沿着OO'方向观察,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边长为L1,ad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化率最大D.线圈ad边所受安培力的大小为n2B6.(2020广东广州高三段考,)(多选)如图所示,图线a和图线b分别表示线圈A和线圈B在同一匀强磁场中匀速转动时通过线圈的磁通量随时间变化的规律。已知线圈A的匝数与线圈B的匝数分别为10匝和30匝,以下说法正确的是()A.线圈A与线圈B的转速之比为2∶3B.线圈A与线圈B产生的最大感应电动势之比为1∶1C.线圈A产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=500πcos5πtVD.线圈B在t=0.3s时刻的感应电流为零7.(2020辽宁沈阳一七⚫中学高二上期末,)如图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO'匀速转动,线圈的匝数n=100匝,电阻r=10Ω,线圈的两端经集流环与电阻R连接,R=90Ω,与R并联的交流电压表为理想电表。在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化。求:(1)交流发电机产生的感应电动势的最大值;(2)感应电动势的瞬时值表达式;题组三交变电流瞬时值表达式的理解及应用8.(2020江苏宿迁高二上月考,)某交流发电机在工作时产生的感应电动势为e=Emsinωt,若将电枢的转速提高一倍,同时将电枢所围的面积减小一半,其他条件不变,则其感应电动势变为()A.e=Emsinωt2 B.e=2EmsinC.e=Emsin2ωt D.e=2Emsin2ωt9.(2020安徽合肥一六八中学高二下测试,)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势瞬时值表达式为e=102sin4πtV,则()A.该线圈转动的角速度为4rad/sB.t=0时刻线圈平面与磁场垂直C.t=0.25s时,e达到最大值D.在1s时间内,线圈中电流方向改变10次10.(2020河北正定中学高二月考,)如图所示,虚线右侧有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,边长为L的单匝正方形线圈的中轴线位于磁场边界,并与磁场方向垂直,线圈每边电阻为R。线圈绕中轴线以角速度ω匀速转动,从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时,经过时间t,线圈中的感应电流为()A.BL2ω2Rsinωt B.BC.BL2ω2Rcosωt D.B11.()一矩形线圈,面积是0.05m2,共100匝,线圈电阻为2Ω,外接电阻为R=8Ω,线圈在磁感应强度为B=1πT的匀强磁场中以300r/min的转速绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,如图所示,若从线圈平面处于中性面开始计时,求:(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式。(2)从开始计时经130s时,(3)外电路电阻R两端电压的瞬时值表达式。深度解析

答案全解全析基础过关练1.C大小随时间做周期性变化的电流,若方向不变,不是交变电流,选项A错误;正弦式交变电流只是交变电流的一种,选项B错误;我们的照明用电是交流电,选项C正确;电池提供的电流大小和方向都不随时间变化,是直流,选项D错误。2.DA、B、C三图中的电压大小和方向都随时间做周期性变化,是交流,不符合题意;D中的电流大小虽然在周期性变化,但方向不变,是直流,符合题意。3.B由题图可知,电流的大小随时间变化,但是电流的方向不变,故此电流为直流,选项B正确。4.AB、C、D图中的线圈转动时,线圈中的磁通量发生周期性变化,线圈产生的感应电流大小、方向也发生周期性变化,即产生交变电流,不符合题意;A图中线圈的磁通量不发生变化,不会产生交变电流,A符合题意。5.D由题图可知,乙、丁中线圈平面虽与磁场方向平行,但切割速度与磁场垂直,故有感应电流产生,而甲、丙中的线圈平面与磁场方向垂直,切割速度与磁场平行,因此没有感应电流产生,选项D正确,A、B、C错误。方法技巧磁通量最大时,切割速度与磁场平行;磁通量最小时,切割速度与磁场垂直。6.D转到图甲位置时,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,但磁通量变化率最小,为零,选项A错误;转到图乙位置时,线圈平面与磁感线平行,线圈产生的感应电动势最大,选项B错误;转到图丙位置时,线圈位于中性面位置,此时感应电流最小,且感应电流方向改变,选项C错误;转到图丁位置时,线圈平面与磁感线平行,切割速度与磁感线垂直,根据右手定则可知,AB边中感应电流方向为A→B,选项D正确。方法技巧线圈平面与磁场垂直时,通过线圈的磁通量最大,磁通量变化率最小,为零,感应电动势为零;线圈平面与磁场平行时,通过线圈的磁通量为零,磁通量变化率最大,感应电动势最大。7.C感应电动势的方向即感应电流的方向。当线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时,线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次;线圈转动一周,线圈平面两次经过中性面,感应电流和感应电动势方向都要改变两次。选项C正确,A、B、D错误。8.A由题图可知,只有A、C两图线圈转动时穿过线圈的磁通量发生变化,产生交变电流,但C图产生的感应电动势按余弦规律变化,即e=BSω·cosωt,A图产生的感应电动势按正弦规律变化,即e=BSωsinωt;B、D两图线圈转动时均没有导致磁通量变化,不能产生感应电动势。选项A正确,B、C、D错误。9.A乙图中Oa时间段对应电流沿ABCDA方向且逐渐变大,则根据楞次定律可知此过程对应甲图中(a)至(b)图的过程,选项A正确;乙图中c时刻的感应电流最大,则磁通量的变化率最大,磁通量最小,而甲图中的(c)图磁通量最大,选项B错误;若乙图中d表示0.02s,则线圈转动一周的时间为0.02s,而线圈转动一周电流方向改变两次,所以1s内电流的方向改变100次,选项C错误;若乙图中b表示0.02s,则线圈转动半周的时间为0.02s,故线圈转动一周的时间为0.04s,选项D错误。10.At1、t3时刻感应电动势为零,磁通量的变化率为零,故通过线圈的磁通量最大,线圈通过中性面,选项A正确,C错误;t2、t4时刻感应电动势最大,磁通量的变化率最大,通过线圈的磁通量为零,线圈平面与中性面垂直,选项B、D错误。11.C图示时刻后瞬间,由楞次定律结合安培定则可判断出线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a,即沿负方向;线圈中产生的感应电动势表达式为e=-Emsinωt=-BSωsinωt,其中S是线圈面积的一半,则感应电流的表达式为i=eR=-BSωRsinωt=-Imsinωt,选项12.答案(1)6.28V6.28A(2)5.44V(3)e=6.28sin10πtV解析(1)交变电流电动势最大值为Em=nBSω=10×0.5×0.22×10πV=6.28V电流的最大值为Im=EmR=6.281(2)线框转过60°时,感应电动势E=Emsin60°≈5.44V。(3)由于是从线框在中性面开始计时的,故感应电动势瞬时值表达式为e=Emsinωt=6.28sin10πtV。能力提升练1.D由图像可知,在B、D时刻,感应电流为零,此时线圈位于中性面,穿过线圈的磁通量最大;在A、C时刻,感应电流最大,此时线圈平面与中性面垂直,磁通量为零,选项A、B错误。从A到D,线圈转动四分之三个周期,线圈转过的角度为34×2π=3π2,选项C错误。从O~D线圈转动一个周期,历时0.02s,则1s内线圈转动50个周期,电流方向改变100次,选项方法技巧从交变电流图像可获取的信息(1)交变电流的最大值Im(或Em)、周期T。(2)因线圈在中性面时,感应电动势、感应电流均为零,穿过线圈的磁通量最大,所以可确定线圈位于中性面的时刻。(3)确定线圈平行于磁感线的时刻。(4)可判断线圈中磁通量的变化情况。(5)分析判断感应电流i、感应电动势e随时间的变化规律。2.At1时刻感应电动势为零,线圈位于中性面,磁通量最大,选项A正确;t2时刻感应电动势为最大值,通过线圈的磁通量为零,选项B错误;t3时刻感应电动势为零,磁通量的变化率为零,选项C错误;每当e变换方向时,线圈平面与磁场垂直,线圈位于中性面,磁通量最大,磁通量的变化率为零,线圈的感应电动势为零,选项D错误。3.Bt=0时刻磁通量最大,线圈位于中性面,选项A错误;t=0.01s时刻磁通量为零,线圈位于垂直中性面的位置,感应电动势最大,磁通量的变化率最大,选项B正确;t=0.02s时刻磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零,选项C错误;感应电动势与磁通量的变化率成正比,该线圈相应的感应电动势随时间变化的图像为正弦曲线,选项D错误。4.CD由图像知,t=0.01s时感应电动势为零,则穿过线框的磁通量最大,磁通量变化率最小,选项A、B错误;线框转动的周期T=0.02s,所以ω=2πT=100πrad/s,选项C正确;在t=0时刻感应电动势为零,线框平面与磁场方向垂直,故该交变电动势的瞬时值表达式为e=222·sin100πtV,感应电动势瞬时值为22V时,代入瞬时值表达式,可得线框平面与中性面的夹角α的正弦值sinα=22V222V=22,所以线框平面与中性面的夹角可能为5.AC图示时刻,ad速度方向向外,bc速度方向向里,根据右手定则可判断出ad中的感应电流方向为d→a,bc中的感应电流方向为b→c,则线圈中感应电流的方向为abcda,选项A正确;线圈中的感应电动势为E=nBSω=nBL1L2ω,选项B错误;图示时刻ad、bc两边垂直切割磁感线,线圈中产生的感应电动势最大,由法拉第电磁感应定律分析可知,磁通量的变化率最大,选项C正确;线圈ad边所受安培力的大小为F=nBIL2=nB·nBL1L2ωR·L2=n2B6.BC由图像可知,线圈A的转动周期为0.4s,线圈B的转动周期为0.6s,所以周期之比为2∶3,根据ω=2πT及ω=2πn可得转速之比为3∶2,选项A错误;根据Em=nωΦm可知EmAEmB=10×3×1030×2×5=11,选项B正确;EmA=nωAΦmA=10×2π0.4×10V=500πV,可得线圈A产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=500πcos5πtV,选项C正确;在t=0.3s时刻,7.答案(1)20πV(或62.8V)(2)e=20πcos10πtV(或e=62.8·cos31.4tV)解析(1)交流发电机产生的感应电动势最大值Em=nBSω而Φm=BS、ω=2πT,解得Em=nΦm·2πT=100×2.0×10-2×2π0.2V=20(2)线圈转动的角速度ω=2πT=2π0.2rad/s=10由于从线圈平面垂直于中性面时开始计时,所以感应电动势瞬时值表达式为e=Emcosωt=20πcos10πtV=62.8cos31.4tV8.C电枢所围面积减小一半,电枢的转速