高中物理第五章1交变电流练习含解析新人教版选修3210301100

高中物理第五章1交变电流练习含解析新人教版选修

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1.(2019·浙江丽水检测)一线圈在匀强磁场中匀速转动,在如图所示位置时( C )

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

解析:当线圈平面平行于磁感线时,磁通量最小,但e为最大,即最大,故C正确.

2.(2019·江苏南通检测)某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动,产生交变电流的图象如图所示,由图中信息可以判断( C )

A.在A和C时刻线圈处于中性面位置

B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零

C.从O时刻到D时刻线圈转过的角度为2π

D.若从O时刻到B时刻历时0.02 s,则交变电流的频率为50 Hz

解析:A,C时刻电流最大,位于与中性面垂直的位置,故A错.B,D时刻,电流最小,处于中性面位置,磁通量最大,故B错.从O时刻到D时刻是一个周期,线圈转过的角度为2π,故C对.若从O 时刻到B时刻历时0.02 s,则交变电流的频率为25 Hz,故D错.

3.(多选)如图所示为演示交变电流产生的装置图,关于这个实验,下列说法正确的是( AC )

A.线圈每转动一周,指针左右各摆动一次

B.图示位置为中性面,线圈中无感应电流

C.线圈逆时针转动到图示位置ab边的感应电流方向为a→b

D.线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变化率为零

解析:线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生呈周期性变化的交变电流,线圈经过中性面时电流改变方向,线圈每转动一周,有两次通过中性面,电流方向改变两次,指针左右各摆动一次,故选项A正确;线圈处于图示位置时,ab边向右运动,由右手定则,ab边的感应电流方向为a→b,故选项B错误,C正确;线圈平面与磁场方向平行时,ab,cd边垂直切割磁感线,线圈产生的电

动势最大,也可以这样认为,线圈平面与磁场方向平行时,磁通量为零,磁通量的变化率最大,故选项 D 错误.

4.(2019·甘肃兰州检测)如图所示,有一矩形线圈abcd,已知ab边长为l1,bc边长为l2,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图示位置开始匀速转动,则t时刻线圈中的感应电动势为( D )

A.0.5Bl1l2ωsin ωt

B.0.5Bl1l2ωcos ωt

C.Bl1l2ωsin ωt

D.Bl1l2ωcos ωt

解析:公式e=E m sin ωt只适用于线圈平面位于中性面时开始计时的情况,若t=0时线圈不在中性面,上式就不适用了.题中所给初始时刻线圈平面与磁感线平行,即与中性面垂直,此时

e=E m sin(ωt+)=E m cos ωt=Bl1l2ωcos ωt,故应选D.

5.(多选)如图所示,abcd为一边长为L、匝数为N的正方形闭合线圈,绕对称轴OO′匀速转动,角速度为ω.空间中只有OO′左侧存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.若闭合线圈的总电阻为R,则( BD )

A.线圈中电动势的最大值为NBL2ω

B.线圈中电动势的最大值为NBL2ω

C.在线圈转动一圈的过程中,线圈中有一半时间没有电流

D.当线圈转到图中所处的位置时,穿过线圈的磁通量为BL2

解析:最大值E m=NBL2ω,故A错误,B正确;在线圈转动的过程中,线圈始终有一半在磁场中运

动,不会有一半时间没有电流,故C错误;题图中所示位置,穿过线圈的磁通量为BL2,故D正确.

6.如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中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( A )

A.线圈绕P1转动时产生的感应电流等于绕P2转动时产生的感应电流

B.线圈绕P1转动时产生的感应电动势小于绕P2转动时产生的感应电动势

C.线圈绕P1和P2转动时产生的感应电流的方向相同,都是a→b→c→d

D.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:线圈转动产生的感应电动势的大小与转动轴的位置无关,选项A正确,B错误;绕两个轴转动产生的感应电流的大小相等,从上向下看,线框逆时针旋转,电流的方向应为a→d→c→b,选项C错误;电流相等,cd受到的安培力也相等,选项D错误.

7.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的感应电动势最大值为50 V,那么该线圈由图示位置转过30°,线圈中的感应电动势大小为( B )

A.50 V

B.25 V

C.25 V

D.10 V

解析:由题给条件知:交变电流瞬时值表达式为e=50cos ωt V=50cos θ V,当θ=30°时,e=25 V,故B对.

8.(多选)一矩形线圈在匀强磁场中以一边为轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直,线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示,在时刻,线圈平面与磁场方向的夹角等于( AD )

A.30°

B.60°

C.120°

D.150°

解析:由题图可知e=E m cos t.在t=时,e=E m,即cos θ=,由此可以确定θ=30°或

150°,故A,D正确.

9.(2019·浙江嘉兴检测)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=0.5 T,线圈匝数n=50,每匝线圈面积0.48 m2,转速150 r/min,在匀速转动过程中,从图示位置开始计时.

(1)写出交变感应电动势瞬时值的表达式.

(2)画出e t图线.

解析:(1)从线圈平面经过中性面开始计时,则线圈在时间t内转过角度ωt,于是感应电动势瞬时值e=E m sin ωt,其中E m=nBSω.

由题意知n=50,B=0.5 T,ω= rad/s=5π rad/s,S=0.48 m2,E m=

nBSω=50×0.5×0.48×5π V≈188 V,所以e=188sin(5πt)V.

(2)根据交变电流的方程画图线时,最大值是正弦图线的峰值,由纵轴上的刻度值标出,交变电

流的频率与正弦图线的周期相对应,ω=,而周期由时间轴上的刻度值标出,T==0.4 s,e t 图线如图所示.

答案:(1)e=188sin(5πt)V

(2)见解析

(教师备用)

1.如图所示是一台发电机的结构示意图,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状.M是圆柱形铁芯,它与磁极的柱面共轴,铁芯上有一矩形线框,可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转.磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场.若从图示位置开始计时,当线框绕固定转动轴匀速转动时,下列图象中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是( D )

解析:因发电机的两个磁极N,S呈半圆柱面形状,磁极间的磁感线呈辐向分布,磁感应强度的大小不变,仅方向发生改变,故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线,产生的感应电动势的大小