2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 交變電流 5-1 交變電流練習(xí) 新人教版選修3-2

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 交變電流 5-1 交變電流練習(xí) 新人教版選修3-2時間：40分鐘滿分：100分一、選擇題(每小題6分，共60分)1(多選)下列各圖中能產(chǎn)生交變電流的是()答案CD解析A圖中的轉(zhuǎn)軸與磁場方向平行，B圖中的轉(zhuǎn)軸與紙面方向垂直，但線圈中的磁通量始終為零，線圈中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故A、B錯誤；根據(jù)交變電流產(chǎn)生的條件可知，線圈繞垂直于磁感線且通過線圈平面的軸線轉(zhuǎn)動，就可以產(chǎn)生交變電流，對線圈的形狀沒有特別要求，故C、D正確。2關(guān)于交變電流和直流電流的說法中正確的是()A如果電流大小隨時間做周期性變化，則一定是交變電流B直流電流的大小和方向一定不變C交變電流一定是按正

2、弦規(guī)律變化的D交變電流的最大特征就是電流的方向隨時間做周期性的變化答案D解析直流電的特征是電流的方向不變，電流的大小可以改變。交變電流的特征是電流的方向隨時間改變。交變電流有多種形式，正弦式交流電只是交變電流中最基本、最簡單的一種。故選D。3已知交變電流的瞬時表達(dá)式為i311sin314t(A)，從t0到第一次電流出現(xiàn)最大值時間是()A0.005 s B0.001 sC0.02 s D0.01 s答案A解析交變電流瞬時表達(dá)式i311sin314t(A)故角頻率為314 rad/s故周期為：T s0.02 s因?yàn)槭钦沂浇蛔冸娏?，從線圈經(jīng)過中性面開始計時，故在時刻第一次出現(xiàn)電流峰值，即：0.00

3、5 s，所以A項(xiàng)正確。4欲增大交流發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動勢而不改變頻率，下面措施中不能采用的是()A增大轉(zhuǎn)速 B增大磁感應(yīng)強(qiáng)度C增加線圈匝數(shù) D增大線圈的包圍面積答案A解析設(shè)線圈匝數(shù)為N，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈圍成的面積為S，角速度為，轉(zhuǎn)速n單位采用r/s時fn，由EmNBSNBS2n，可知B、C、D項(xiàng)只改變Em的大小，沒有改變頻率，而A項(xiàng)改變了頻率，故選A。5(多選)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，所產(chǎn)生的交變電流的波形如圖所示，下列說法中正確的是()A在t1時刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值B在t2時刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值C在t3時刻穿過線圈的磁通量的變化率達(dá)到峰值D在t4時刻穿過線圈的磁通量的變化率

4、達(dá)到峰值答案BC解析本題考查交流電的圖象及法拉第電磁感應(yīng)定律，關(guān)鍵要清楚i(e)和的對應(yīng)關(guān)系。從圖中可知，t1時刻線圈中感應(yīng)電動勢達(dá)到峰值，磁通量變化率達(dá)到峰值，而磁通量最小，線圈平面與磁感線平行。t2、t4時刻感應(yīng)電流為零，感應(yīng)電動勢等于零，磁通量變化率為零，線圈處于中性面位置，磁通量達(dá)到峰值。t3時刻感應(yīng)電動勢達(dá)到峰值，線圈中的磁通量變化率達(dá)到峰值。正確答案為B、C。6下圖是某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間的關(guān)系圖象。如果其他條件不變，僅使線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼亩?，則交流電動勢的最大值和周期分別變?yōu)?)A400 V,0.02 s B200 V,0.02 sC400 V,0.08 s D2

5、00 V,0.08 s答案B解析根據(jù)感應(yīng)電動勢最大值的表達(dá)式EmNBS得知，Em與成正比，又知道2n，T，所以可得Em2Em200 V，TT0.02 s，故選B。7在垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場中放置了矩形線圈abcd，線圈cd邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合。線圈平面與磁場方向垂直，從t0時刻起，線圈以恒定角速度繞cd邊沿如圖所示方向轉(zhuǎn)動，規(guī)定線圈中電流沿abcda方向?yàn)檎较?，則從t0到tT時間內(nèi)，線圈中的電流i隨時間t變化關(guān)系圖象為()答案B解析在t0時刻，磁通量最大，磁通量的變化率最小，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零，即感應(yīng)電流為零，所以C、D錯誤；根據(jù)楞次定律可得，t0之后的四分之一周期內(nèi)，線圈

6、的磁通量減小，故產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)閍dcba為負(fù)方向，故B正確，A錯誤。8. (多選)如圖所示，一正方形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動，沿著OO軸觀察，線圈沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈匝數(shù)為n，邊長為l，電阻為R，轉(zhuǎn)動角速度為，則當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時()A線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcdaB穿過線圈的磁通量為0，但磁通量的變化率為Bl2C線圈中的感應(yīng)電流為D線圈從圖示位置起轉(zhuǎn)動時，電動勢的瞬時值為nBl2答案BCD解析選項(xiàng)內(nèi)容分析結(jié)論A根據(jù)右手定則判斷知，ad邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向由ad；bc邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向由cbB因?yàn)榫€圈平面與

7、磁感線平行，所以穿過線圈的磁通量為0；eEmnBl2，由En得Bl2C因?yàn)閑nBl2，所以iDt，由enBl2costnBl2cosnBl29(多選)如圖甲所示，U形金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌上跨接一金屬棒ab，與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合電路，并能在導(dǎo)軌上自由滑動，在導(dǎo)軌左側(cè)與ab平行放置的導(dǎo)線cd中通以如圖乙所示的交變電流，規(guī)定電流方向自c向d為正，則ab棒受到向左的安培力的作用時間是()A0t1 Bt1t2 Ct2t3 Dt3t4答案AC解析0t1時間內(nèi)，電流I由cd且逐漸增大，由安培定則知，穿過abEF回路的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直紙面向里，且逐漸增強(qiáng)，因此磁通量增大，由楞次定律判定金屬棒ab中的電流方向由ab；

8、再由左手定則可判定，此過程中ab棒所受安培力向左，選項(xiàng)A正確。同理，可判定出t1t2、t3t4時間內(nèi)ab棒所受安培力向右，t2t3時間內(nèi)ab棒所受安培力向左，C項(xiàng)正確，B、D錯誤。10(多選)矩形線圈的匝數(shù)為50匝，在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下列結(jié)論正確的是()A在t0.1 s和t0.3 s時，電動勢最大B在t0.2 s和t0.4 s時，電動勢改變方向C電動勢的最大值約是157 VD在t0.4 s時，磁通量變化率最大，其值約為3.14 Wb/s答案CD解析從題圖中可知，在0.1 s和0.3 s時刻，穿過線圈的磁通量最大，此時刻磁通量的變化

9、率等于零，感應(yīng)電動勢為零，A錯誤；0.2 s和0.4 s時刻，穿過線圈的磁通量為零，但此時刻磁通量的變化率最大，線圈平面與中性面垂直，感應(yīng)電動勢達(dá)到峰值，但方向不變，B錯誤。根據(jù)電動勢的最大值公式：EmNBS，mBS，可得：Em157 V；由EN知磁通量變化率的最大值應(yīng)為3.14 Wb/s，故選項(xiàng)C、D正確。二、非選擇題(共3小題，40分)11(12分)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為100匝、邊長為20 cm 的正方形線圈，將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.05 T的勻強(qiáng)磁場中，繞著垂直于磁場方向的軸以100 rad/s的角速度轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈平面跟磁場方向垂直時開始計時，線圈和外電路的總電阻 R10 。(1)寫出交

10、變電流的瞬時值表達(dá)式；(2)從計時開始，線圈轉(zhuǎn)過的過程中通過線圈某一橫截面的電荷量為多少？答案(1)i2sin100t(A)(2)1102 C解析(1)感應(yīng)電動勢最大值為EmnBSEm1000.050.20.2100(V)20(V)Im2(A)，所以iImsint2sin100t(A)(2)從中性面開始計時，線圈轉(zhuǎn)過，則BSBSBS此過程中通過線圈某一橫截面的電荷量qtt代入數(shù)據(jù)解得q1102 C。12(12分)一矩形線圈，面積是0.05 m2，共100匝，線圈電阻r1 ，外接電阻R4 ，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B T的勻強(qiáng)磁場中以n300 r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，若從中

11、性面開始計時，求：(1)線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式；(2)開始計時經(jīng) s時線圈中感應(yīng)電流的瞬時值；(3)外電路R兩端電壓的瞬時值表達(dá)式。答案(1)e50sin10t(V)(2)8.66 A(3)u40sin10t(V)解析(1)線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，從中性面開始計時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值eEmsint，其中2n，EmNBS，代入數(shù)據(jù)可得2n25 rad/s10 rad/s，EmNBS1000.0510 V50 V，所以e50sin10t(V)。(2)由閉合電路歐姆定律有i10sin10t(A)，當(dāng)t s時，i10sin10sin605 A8.66 A。(3)由uiR

12、得，u40sin10t(V)。13(16分)在圖甲所示區(qū)域(圖中直角坐標(biāo)系xOy的一、三象限)內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里，大小為B。半徑為l，圓心角為60的扇形導(dǎo)線框OPQ以角速度繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)線框回路電阻為R。(1)求導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的最大值I0和交變感應(yīng)電流的頻率f；(2)在圖乙中畫出導(dǎo)線框在轉(zhuǎn)動一周的時間內(nèi)的感應(yīng)電流i隨時間t變化的圖象(規(guī)定與圖甲中線框的位置相應(yīng)的時刻為t0)。答案(1)Bl2(2)見解析解析(1)從題圖中所示位置開始(t0)轉(zhuǎn)過60的過程中，經(jīng)t時間的轉(zhuǎn)角t，回路的磁通量的變化量l2B。由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動勢E。因勻速轉(zhuǎn)動，所以這就是最大的感應(yīng)電動勢。由歐姆定律可求得電流最大值I0Bl2。前半圈和后半圈的i(t)相同，故交變感應(yīng)電流的頻率等于旋轉(zhuǎn)頻率的2倍。f2。(2)it圖象如圖所示。