2018-2019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.doc
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5-1 交變電流 時(shí)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(chǎng)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(cuò)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(dòng),就可以產(chǎn)生交變電流,對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(jiǎn)單的一種。故選D。 3.已知交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i=311sin314t(A),從t=0到第一次電流出現(xiàn)最大值時(shí)間是( ) A.0.005 s B.0.001 s C.0.02 s D.0.01 s 答案 A 解析 交變電流瞬時(shí)表達(dá)式i=311sin314t(A) 故角頻率為ω=314 rad/s 故周期為:T= s=0.02 s 因?yàn)槭钦沂浇蛔冸娏?,從線圈經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí),故在時(shí)刻第一次出現(xiàn)電流峰值,即:0.005 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(dòng)勢(shì)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ω,轉(zhuǎn)速n單位采用r/s時(shí)f=n,由Em=NBSω=NBS2πn,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(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),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(shí)刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值 B.在t2時(shí)刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值 C.在t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率達(dá)到峰值 D.在t4時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率達(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(duì)應(yīng)關(guān)系。從圖中可知,t1時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shí)刻感應(yīng)電流為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)與時(shí)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(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)? ) A.400 V,0.02 s B.200 V,0.02 s C.400 V,0.08 s D.200 V,0.08 s 答案 B 解析 根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值的表達(dá)式Em=NBSω得知,Em與ω成正比,又知道ω=2πn,T=,所以可得Em′=2Em=200 V,T′=T=0.02 s,故選B。 7.在垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置了矩形線圈abcd,線圈cd邊沿豎直方向且與磁場(chǎng)的右邊界重合。線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直,從t=0時(shí)刻起,線圈以恒定角速度ω=繞cd邊沿如圖所示方向轉(zhuǎn)動(dòng),規(guī)定線圈中電流沿abcda方向?yàn)檎较?,則從t=0到t=T時(shí)間內(nèi),線圈中的電流i隨時(shí)間t變化關(guān)系圖象為( ) 答案 B 解析 在t=0時(shí)刻,磁通量最大,磁通量的變化率最小,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,即感應(yīng)電流為零,所以C、D錯(cuò)誤;根據(jù)楞次定律可得,t=0之后的四分之一周期內(nèi),線圈的磁通量減小,故產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→d→c→b→a為負(fù)方向,故B正確,A錯(cuò)誤。 8. (多選)如圖所示,一正方形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),沿著OO′軸觀察,線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,線圈匝數(shù)為n,邊長(zhǎng)為l,電阻為R,轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω,則當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí)( ) A.線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcda B.穿過線圈的磁通量為0,但磁通量的變化率為Bl2ω C.線圈中的感應(yīng)電流為 D.線圈從圖示位置起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為nBl2ω 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a→d;bc邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向由c→b B 因?yàn)榫€圈平面與磁感線平行,所以穿過線圈的磁通量為0;e=Em=nBl2ω,由E=n得==Bl2ω √ C 因?yàn)閑=nBl2ω,所以i== √ D t=,ω=,由e=nBl2ωcosωt=nBl2ωcos=nBl2ω √ 9.(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(dòng),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(shí)間是( ) A.0~t1 B.t1~t2 C.t2~t3 D.t3~t4 答案 AC 解析 0~t1時(shí)間內(nèi),電流I由c→d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a→b;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t1~t2、t3~t4時(shí)間內(nèi)ab棒所受安培力向右,t2~t3時(shí)間內(nèi)ab棒所受安培力向左,C項(xiàng)正確,B、D錯(cuò)誤。 10.(多選)矩形線圈的匝數(shù)為50匝,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示,下列結(jié)論正確的是( ) A.在t=0.1 s和t=0.3 s時(shí),電動(dòng)勢(shì)最大 B.在t=0.2 s和t=0.4 s時(shí),電動(dòng)勢(shì)改變方向 C.電動(dòng)勢(shì)的最大值約是157 V D.在t=0.4 s時(shí),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(shí)刻,穿過線圈的磁通量最大,此時(shí)刻磁通量的變化率等于零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,A錯(cuò)誤;0.2 s和0.4 s時(shí)刻,穿過線圈的磁通量為零,但此時(shí)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(dòng)勢(shì)達(dá)到峰值,但方向不變,B錯(cuò)誤。根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的最大值公式:Em=NBSω,Φm=BS,ω=,可得:Em≈157 V;由E=N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(zhǎng)為20 cm 的正方形線圈,將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.05 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,繞著垂直于磁場(chǎng)方向的軸以ω=100π rad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)線圈平面跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)開始計(jì)時(shí),線圈和外電路的總電阻 R=10 Ω。 (1)寫出交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式; (2)從計(jì)時(shí)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)i=2πsin100πt(A) (2)110-2 C 解析 (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為Em=nBSω Em=1000.050.20.2100π(V)=20π(V) Im==2π(A),所以i=Imsinωt=2πsin100πt(A) (2)從中性面開始計(jì)時(shí),線圈轉(zhuǎn)過,則 ΔΦ=BΔS=BS=BS 此過程中通過線圈某一橫截面的電荷量 q=t=Δt== 代入數(shù)據(jù)解得q=110-2 C。 12.(12分)一矩形線圈,面積是0.05 m2,共100匝,線圈電阻r=1 Ω,外接電阻R=4 Ω,線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以n=300 r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,若從中性面開始計(jì)時(shí),求: (1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式; (2)開始計(jì)時(shí)經(jīng) s時(shí)線圈中感應(yīng)電流的瞬時(shí)值; (3)外電路R兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式。 答案 (1)e=50sin10πt(V) (2)8.66 A (3)u=40sin10πt(V) 解析 (1)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從中性面開始計(jì)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e=Emsinωt,其中ω=2πn,Em=NBSω,代入數(shù)據(jù)可得ω=2πn=2π5 rad/s=10π rad/s,Em=NBSω=1000.0510π V=50 V,所以e=50sin10πt(V)。 (2)由閉合電路歐姆定律有i==10sin10πt(A), 當(dāng)t= s時(shí),i=10sin=10sin60=5 A≈8.66 A。 (3)由u=iR得,u=40sin10πt(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(chǎng),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ω繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng),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(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖象(規(guī)定與圖甲中線框的位置相應(yīng)的時(shí)刻為t=0)。 答案 (1)ωBl2 (2)見解析 解析 (1)從題圖中所示位置開始(t=0)轉(zhuǎn)過60的過程中,經(jīng)Δt時(shí)間的轉(zhuǎn)角Δθ=ωΔt, 回路的磁通量的變化量ΔΦ=Δθl2B。 由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=。 因勻速轉(zhuǎn)動(dòng),所以這就是最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 由歐姆定律可求得電流最大值I0=ωBl2。 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。 f=2=。 (2)it圖象如圖所示。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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