2018学年高二物理选修3-2第5-1 交变电流 含解析

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人教版选修3-2 第五章交变电流课时1 交变电流
第Ⅰ部分选择题
一、选择题：本题共8小题。

将正确答案填写在题干后面的括号里。

1．如图所示，属于交流电的是( )
2．一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，磁通量的变化率最小
B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大
C．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大
D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小
3．如图所示的线圈中不能产生交变电流( )
4．长为a、宽为b的矩形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的OO′轴以恒定的角速度ω旋转。

设t＝0时，线圈平面与磁场方向平行，则此时的磁通量和磁通量的变化率分别是( )
A．0，0 B．0，Babω
，0 D．Bab，Babω
C
5．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( )
6．一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象如图所示，则( )
A．交流电的频率是4π Hz
B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大
C．当t＝π s 时e有最大值
D．t＝3
2
π s时，e＝－10 V最小，磁通量变化率最小
7．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示。

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=0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C．t=0.02 s时刻，交流电动势达到最大
D．该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示
8．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P
2
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→d
D．线圈绕P1转动时cd边受到的安培力大于绕P2转动时cd边受到的安培力
第Ⅱ部分非选择题
二、非选择题：本题4个小题。

将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

9．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示。

在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域，磁场均沿半径方向。

匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=l、bc=ad=2l。

线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。

在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。

线圈的总电阻为r，外接电阻为R。

线圈切割磁感线时，感应电动势的大小E
=______，bc边所受安培力的大小F=______。

m
10．如图所示，矩形线圈abcd的匝数为n＝50匝，线圈ab的边长为l1＝0.2 m，bc的边长为l
＝0.25 m，在磁感应强度为B＝0.4 T的匀强磁场中，绕垂直于磁感
2
线且通过线圈中线的OO′轴匀速转动，转动的角速度ω＝，穿过线
=______，线圈在题图所示位置(线圈平面与磁感线平行)圈平面的最大磁通量Φ
m
时，感应电动势e=______。

11．如图所示，在匀强磁场中有一个“П”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁
T，线框的CD边长为l1＝20 cm，CE、DF边长均为l2＝场的磁感应强度B＝
10 cm，转速为50 r/s。

若从图示位置开始计时：
(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)在e-t坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象。

12．交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈电阻为r，外电路电阻为R。

当线圈处于中性面时开始计时，逆时针匀速转动180°过程中，求：
(1)通过R的电荷量q；
(2)写出R两端的电压瞬时值的表达式。

人教版选修3-2 第五章 交变电流 课时1 交变电流
参考答案与解析
第Ⅰ部分 选择题
一、选择题：本题共8小题。

将正确答案填写在题干后面的括号里。

1． 【答案】C
【解析】交流电是指电流的方向随时间做周期性变化的电流；由图可知，符合条件的只有C 。

2． 【答案】C
【解析】当线框平面平行于磁感线时，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大，即t
Φ
∆∆最大，故正确选项为C 。

3．
【解析】B 、C 、D 中线圈产生的感应电流方向均发生变化，故产生交变电流，A 中不产生感应电流。

4． 【答案】B
【解析】实际上，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时，线圈平面与磁场方向平行开始计时，产生交变电动势：e ＝E m cos ωt ＝Bab ωcos ωt 。

当t ＝0时，cos ωt ＝1，虽然磁通量Φ＝0，但是电动势有最大值E m ＝Bab ω，根据法拉第电磁感应定律：E ＝n t
Φ
∆∆，可知当电动势为最大值时，对应的磁通量的变化率也最大，即E m ＝（n t
Φ
∆∆）max ＝Bab ω。

故正确选项为B 。

5． 【答案】A
【解析】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时，产生的电动势e ＝BS ωsin ωt ，由此判断，只有A 选项符合。

6． 【答案】B
【解析】从图象可知交流电的周期为2π s ，频率为
1
2π Hz ，t ＝π s 时，e ＝0最小，A 、C 错；t ＝0时，e 最小，Φ最大，B 对；t ＝3
2
π s 时，e ＝－10 V ，e 最
大，t
Φ∆∆最大，“－”号表示方向，D 错。

7． 【答案】B
【解析】由题图甲可知，t=0时，通过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面位置。

t=0.01 s 时刻，磁通量为零，但磁通量变化率最大，所以A 错误，B 正确；t=0.02 s 时，交流电动势应为0，C 、D 均错误。

8． 【答案】A
【解析】无论是绕P 1转动还是绕P 2转动，线圈转到图示位置时产生的电动势都为最大值E m =nBS ω，由欧姆定律可知此时I 相等，A 对，B 错；由右手定则可知线圈中电流方向为a →d →c →b →a ，故C 错；cd 边所受的安培力F ＝BL cd I ，故F 一样大，D 错。

第Ⅱ部分 非选择题
二、非选择题：本题4个小题。

将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

9．
【答案】2NBl 2
ω 2234N B l R r
ω+
【解析】bc 、ad 边的运动速度v=1
2
ωl
感应电动势E m =4NBlv 解得E m =2NBl 2ω
电流I m =m
E R r +=22NBl R r ω+
F =2NBIl =2234N B l R r
ω
+
10．
【答案】0.02 Wb 【解析】穿过线圈平面的最大磁通量
Φm ＝BS ＝Bl 1l 2＝0.4×0.2×0.25 Wb＝0.02 Wb
线圈在题图所示位置时电动势达到最大值，此时感应电动势的值为
e ＝E m ＝nBS ω＝nBl 1l 2ω＝11．
【答案】(1)e ＝πt V (2)
【解析】 (1)线框转动，开始计时的位置为线圈平面与磁感线平行的位置，产生的交变电流按余弦规律变化，在t 时刻线框转过的角度为ωt ，此时刻e ＝
Bl 1l 2ωcos ωt 即e ＝BS ωcos ωt
其中B ＝π
，S ＝0.1×0.2 m 2＝0.02 m 2，ω＝2πn ＝2π×50 rad/s＝100π rad/s
故e πcos 100πt V
即e ＝πt V (2)T ＝
2ω
π
＝0.02 s ，线框中感应电动势随时间变化关系的图象如图所示
12．
【答案】(1)
2nBS R r ＋ (2)u ＝R
R r
＋nBS ωsin ωt V 【解析】(1)通过电阻R 的电荷量q ＝·Δt 由闭合电路欧姆定律得，＝
E
R r
+ 由法拉第电磁感应定律得，E ＝n t
Φ
∆∆ ΔΦ＝BS －(－BS )＝2BS 联立以上四式得：q ＝
2nBS
R r
＋ (2)线圈由中性面开始转动，感应电动势的瞬时值表达式为e ＝nBS ωsin ωt V 由闭合电路欧姆定律可知，i ＝e
R r
＋ 电阻R 两端的电压u ＝i ·R 解以上三式得：u ＝
R
R r
＋nBS ωsin ωt V。