2025版高中物理第五章交变电流第1节交变电流课时作业新人教版选修3-2

PAGEPAGE1第五章第1节交变电流基础夯实一、选择题(1～5题为单选题，6题为多选题)1．如图所示，属于沟通电的是(C)解析：沟通电是指电流的方向随时间做周期性变更的电流；由图可知，符合条件的只有C。2．(2024·四川省资阳中学高二下学期期中)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ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsinωt的图是(A)解析：由题意可知，只有A图在切割磁感线，导致磁通量在变更，从而产生正弦交变电动势e＝BSωsinωt，而BCD图均没有导致磁通量变更，故A正确，BCD错误，故选A。3．(2024·辽宁省试验中学分校高二上学期期末)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中不正确的是(C)A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大B．在中性面时，感应电动势为零C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D．线圈每通过中性面一次，电流方向变更一次解析：在中性面时，线圈与磁场垂直，磁通量最大，故A正确。在中性面时，没有边切割磁感线，感应电动势为零，线圈每通过中性面一次，电流方向变更一次，故BD正确，穿过线圈的磁通量为零时，线圈与磁场平行，有两边垂直切割磁感线，感应电动势最大，故C错误。本题选不正确的，故选C。4．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直，在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合(如图所示)，线圈的cd边离开纸面对外运动，若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流方向为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变更的图象是下图中的(C)解析：分析交变电流的图象问题应留意图线上某一时刻对应线圈在磁场中的位置，将图线描述的变更过程对应到线圈所处的详细位置是分析本题的关键，线圈在图示位置时磁通量为零，但感应电流为最大值；再由楞次定律可推断线圈在转过90°的过程中，感应电流方向为正，故选项C正确。5．在垂直于纸面对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t＝0时刻起，线圈以恒定的角速度ω＝eq\f(2π,T)绕cd边沿如图所示的方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变更的图像是图中的(B)解析：t＝0时线圈位于中性面处，i＝0，故选项C、D错误；t＝0后的eq\f(T,4)内，线圈的有效面积减小，穿过线圈的磁通量削减，由楞次定律知线圈内的电流流向adcba，与规定的正方向相反，故选项A错误，选项B正确。6．(2024·河北衡水中学高二上学期调研)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(CD)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：在t＝0.1s和t＝0.3s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t＝0.2s和t＝0.4s时，磁通量为零，线圈垂直于中性面，感应电动势最大，电动势不变更方向，故B错误；依据Φ－t图象，BS＝0.2Wb，T＝0.4s，故电动势的最大值：Em＝NBSω＝50×0.2×eq\f(2π,0.4)＝50πV＝157V；故C正确；磁通量为0，磁通量变更率最大，由Em＝Neq\f(ΔΦ,Δt)得，eq\f(ΔΦ,Δt)＝3.14Wb/s，故D正确，故选CD。二、非选择题7．有一10匝正方形线框，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对里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T。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？(3)写出感应电动势随时间变更的表达式。答案：(1)6.28V6.28A(2)5.44V(3)e＝6.28sin10πt(V)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＝Em/R＝6.28A(2)线框转过60°时，感应电动势E＝Emsin60°＝5.44V(3)由于线框转动是从中性面起先计时的，所以瞬时值表达式为e＝Emsinωt＝6.28sin10πt(V)实力提升一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)1．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图可知(D)A．在A、C时刻线圈处于中性面位置B．在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零C．从A时刻到D时刻线圈转过的角度为πD．若从0时刻到D时刻经过0.02s，则在1s内交变电流的方向变更100次解析：A、C时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直，B、D时刻感应电流为零，线圈在中性面，此时磁通量最大。从A时刻到D时刻线圈转过角度为eq\f(3π,2)。若从0时刻到D时刻经过0.02s，则T＝0.02s，则在1s内交变电流的方向变更eq\f(1,0.02)×2＝100次，故D正确。2．一台发电机的结构示意图如图甲所示，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，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图甲所示位置起先计时，此时电动势为正值，图乙中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变更规律的是(D)解析：由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由于每个周期磁场方向要变更两次，所以产生的感应电动势的方向也要变更两次，选项D正确。3．如图甲为风速仪的结构示意图。在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁体转动，线圈产生的电流随时间变更的关系如图乙。若风速减小到原来的一半，则电流随时间变更的关系图可能是(C)解析：依据Em＝NBSω，若风速减小到原来的一半时，则最大感应电动势也变小，所以感应电流也变小；依据转速与周期成反比，可知，若风速减小到原来的一半时，则周期变大为原来两倍，故C正确，A、B、D错误。4．如图甲所示，单匝矩形线圈的一半放在具有志向边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动。若从图示位置起先计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变更的图像是图乙中的(A)解析：若从图示位置起先计时，在线圈转动90°的过程中，只有ab边切割磁感线，相当于向右切割，故感应电流的方向为a→d→c→b→a，为负方向，大小相当于半个线圈在磁场中转动，但还是正弦的形式，这一部分A、B的表示都是正确的；在线圈转动90°到180°的过程中，只有cd边切割磁感线，相当于向左切割，故感应电流的方向为a→d→c→b→a，为负方向，大小相当于半个线圈在磁场中转动，但还是正弦的形式，这一部分B项表示的方向是不正确的；再按同样的方法接着分析可以得到A项是正确的。5．(多选)(2024·山东省烟台二中高二下学期检测)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(AC)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转动时的电流的方向相同，都是a→d→c→bD．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：产生正弦交变电流的条件是轴和磁感线垂直，与轴的位置和线框形态无关，转到图示位置时产生的电动势E具有最大值Em＝nBSω由欧姆定律I＝eq\f(E,R总)可知此时I相等，故A对，B错。由右手定则可知电流为a→d→c→b，故C对。cd边受的安培力F＝BLcdI，故F一样大，D错。二、非选择题6．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＝0.5T，线圈匝数n＝50，每匝线圈面积为0.48m2，转速为150rad/min，在匀速转动过程中，从图示位置起先计时。(1)写出交变感应电动势瞬时值的表达式。(2)画出e－t图线。答案：(1)e＝188sin5πt(V)(2)见解析图解析：(1)当线圈平面经过中性面起先计时，则线圈在时间t内转过角度ωt，于是感应电动势瞬时值e＝Emsinωt，其中Em＝nBSω，由题意知n＝50，B＝0.5T，ω＝eq\f(2π·150