2019高中物理 第二章 交變電流與發(fā)電機(jī) 2.1 怎樣產(chǎn)生交變電流練習(xí)(含解析)滬科選修3-2.docx
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怎樣產(chǎn)生交變電流課時(shí)演練促提升A組1.(多選)關(guān)于中性面,以下說(shuō)法正確的是()A.中性面就是穿過(guò)線圈的磁通量為零的面B.中性面就是線圈中磁通量變化率為零的面C.線圈過(guò)中性面時(shí),電流方向必改變D.中性面就是線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零的面解析:線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí),線圈平面與磁感線垂直,所以此時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量最大,磁通量變化率為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,電流方向改變。答案:BCD2.(多選)如圖所示的各圖線中表示交變電流的是()解析:A圖表示的電流大小發(fā)生了周期性變化,而方向沒有變化。C、D圖中的電流大小和方向均發(fā)生了周期性變化。B圖中電流大小不變而方向周期性變化。答案:BCD3.一矩形線圈,繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨時(shí)間t的變化如圖所示。則下列說(shuō)法中正確的是()A.t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零B.t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大C.t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大D.每當(dāng)電動(dòng)勢(shì)E變換方向時(shí),通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大解析:t1、t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,線圈位于中性面位置,所以穿過(guò)線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,線圈位于中性面的垂面位置,穿過(guò)線圈的磁通量為零,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由于線圈每過(guò)一次中性面時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大,電動(dòng)勢(shì)E變換方向,所以選項(xiàng)D正確。答案:D4.某交流發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為e=Emaxsin t,如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高一倍,線圈匝數(shù)也同時(shí)增加一倍,其他條件不變,則發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為()A.e=4Emaxsin 2tB.e=4Emaxsin tC.e=2Emaxsin 2tD.e=2Emaxsin t解析:由公式e=NBSsint=NBS2nsin2nt可知,當(dāng)轉(zhuǎn)速n、線圈匝數(shù)N同時(shí)增加一倍,則e=4Emaxsin2t,故選項(xiàng)A正確。答案:A5.面積為S的矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,從中性面起以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在t時(shí)刻線圈磁通量的瞬時(shí)值為()A.BSB.BScos tC.BSsin tD.BS/sin t解析:中性面指的是和磁感線垂直的平面,此位置通過(guò)線圈的磁通量最大為BS,而當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到與磁感線平行的位置時(shí)通過(guò)線圈的磁通量最小,為0,故磁通量變化規(guī)律為BScost,選項(xiàng)B正確。答案:B6.如圖甲所示,單匝矩形線圈的一半放在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,中心軸線OO與磁場(chǎng)邊界重合,線圈繞中心軸線按圖示方向(從上向下看逆時(shí)針?lè)较?勻速轉(zhuǎn)動(dòng),t=0時(shí)刻線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直,規(guī)定電流方向沿abcd為正方向,則圖乙中能表示線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化規(guī)律的是()圖甲圖乙解析:在0T4內(nèi),ab一側(cè)的線框在磁場(chǎng)中繞OO轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦交變電流,電流方向由楞次定律判斷為dcba且越來(lái)越大。T4T2內(nèi),ab一側(cè)線框在磁場(chǎng)外,而dc一側(cè)線框又進(jìn)入磁場(chǎng)產(chǎn)生交變電流,電流方向?yàn)閐cba且越來(lái)越小,以此類推,可知i-t圖像正確的為B。答案:B7.(多選)(2014福建寧德檢測(cè))如圖所示,一單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e=0.5sin 20t(V),由該表達(dá)式可推知以下哪些物理量()A.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.線框的面積C.穿過(guò)線框的磁通量的最大值D.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度解析:由e=nBS及e=0.5sin20t可知=20rad/s,em=0.5V。由m=BS=em=0.520Wb=0.025Wb,選項(xiàng)C、D正確。答案:CD8.如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=0.1 T,所用矩形線圈的匝數(shù)N=100,邊長(zhǎng)ab=0.2 m,bc=0.5 m,以角速度=100 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開始計(jì)時(shí),試求:(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。(2)由t=0至t=T4過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)值。點(diǎn)撥:正弦式電流的瞬時(shí)值表達(dá)式,從中性面開始計(jì)時(shí)為e=NBSsint,將相關(guān)量代入即可求解,平均電動(dòng)勢(shì)可以由前面學(xué)習(xí)過(guò)的法拉第電磁感應(yīng)定律E=Nt求解。解析:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e=NBSsint,由題可知S=abbc=0.20.5m2=0.1m2Emax=NBS=1000.10.1100V=314V所以e=314sin100tV。(2)用E=Nt計(jì)算t=0至t=T4過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)E=N|2-0|T4-0=N|0-BS|T4=4NBS2即E=2NBS,代入數(shù)值得E=200V。答案:(1)e=314sin 100t V(2)200 V9.如圖所示,一小型發(fā)電機(jī)內(nèi)有n=100匝的矩形線圈,線圈面積S=0.10 m2,線圈電阻可忽略不計(jì)。在外力作用下矩形線圈在B=0.10 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,以恒定的角速度=100 rad/s繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)電機(jī)線圈兩端與R=100 的電阻構(gòu)成閉合回路。求:(1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值;(2)從線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開始,線圈轉(zhuǎn)過(guò)90角的過(guò)程中通過(guò)電阻R橫截面的電荷量。解析:(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Emax=nBS=3.14102V。(2)設(shè)從線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開始,線圈轉(zhuǎn)過(guò)90角所用時(shí)間為t,線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=nBSt通過(guò)電阻R的平均電流I=ER=nBSRt在t時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻橫截面的電荷量Q=It=nBSR=1.010-2C。答案:(1)3.14102 V(2)1.010-2 CB組1.(2014福建泉州檢測(cè))如圖所示,面積均為S的線圈均繞其對(duì)稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢(shì)e=BSsin t的圖是()解析:正弦交變電流是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸轉(zhuǎn)動(dòng),從中性面開始計(jì)時(shí),只有選項(xiàng)A合適。答案:A2.(2014安徽黃山期末檢測(cè))某臺(tái)家用柴油發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)能夠產(chǎn)生與我國(guó)照明電網(wǎng)相同的交變電流。現(xiàn)在該發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障,轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速只能達(dá)到正常工作時(shí)的一半,則它產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像是()解析:線圈轉(zhuǎn)速為正常時(shí)的一半,據(jù)=2n=2T知,周期變?yōu)檎r(shí)的2倍,又據(jù)Em=NBS知,最大值變?yōu)檎r(shí)的一半,結(jié)合我國(guó)電網(wǎng)交變電流實(shí)際情況,選項(xiàng)B正確。答案:B3.(2014遼寧丹東期末檢測(cè))單匝閉合金屬線框abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),設(shè)穿過(guò)線框的最大磁通量為m,線框中的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是Em,從線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)刻開始計(jì)時(shí),下面說(shuō)法不正確的是()A.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為m2時(shí),線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是Em2B.線框中的電流強(qiáng)度隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化C.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為EmmD.線框在垂直于磁場(chǎng)方向平面內(nèi)的投影面積隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化解析:當(dāng)穿過(guò)線框磁通量為m2時(shí),即線框與磁場(chǎng)B的方向成45,則線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Emcos45=2Em2,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于從線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)刻開始計(jì)時(shí),因此線框中的電流強(qiáng)度隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化,選項(xiàng)B正確;由m=BS,Em=BS知,線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度=Emm,選項(xiàng)C正確;由于在垂直磁場(chǎng)B的方向上的投影面積S投=Ssin=Ssint,選項(xiàng)D正確。答案:A4.(多選)(2014湖南長(zhǎng)沙檢測(cè))如圖所示,閉合的矩形導(dǎo)體線圈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方向觀察,線圈沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,線圈匝數(shù)為n,ab邊的邊長(zhǎng)為l1,ad邊的邊長(zhǎng)為l2,線圈電阻為R,轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為,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bcdaB.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為2nBl2C.穿過(guò)線圈磁通量隨時(shí)間的變化率最大D.線圈ad邊所受安培力的大小為n2B2l1l22R解析:當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖示的位置時(shí),線圈的磁通量即將向右增加,由楞次定律結(jié)合右手螺旋定則可知,線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍dcba,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;當(dāng)轉(zhuǎn)到圖示的位置時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大,由法拉第電磁感應(yīng)定律可得,穿過(guò)線圈的磁通量的變化率最大。此時(shí)電動(dòng)勢(shì)的大小為E=2nBl2l12=nBl1l2,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;線圈此時(shí)的感應(yīng)電流大小為:I=ER=nBl1l2R,所以ad邊所受的安培力的大小為:F=nBIl2,代入I可得:F=n2B2l1l22R,選項(xiàng)D正確。答案:CD5.如圖所示,單匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO軸從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動(dòng),已知從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)6時(shí),線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為10 V,求:(1)交變電動(dòng)勢(shì)的峰值;(2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)2的過(guò)程中,交變電動(dòng)勢(shì)的平均值。解析:(1)圖示位置為中性面,從圖示位置開始計(jì)時(shí),交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e=Emsint將t=6,e=10V代入上式,有10=Emsin6解得Em=20V(2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)2的過(guò)程中,磁通量的變化量為=BS,經(jīng)歷的時(shí)間t=2,所以此過(guò)程中交變電動(dòng)勢(shì)的平均值為E=t=2BS=2Em=220V=12.7V答案:(1)20 V(2)12.7 V6.一矩形線圈,面積為S,匝數(shù)為N,在場(chǎng)強(qiáng)為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞著中軸OO做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度為,磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直,當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到中性面時(shí)開始計(jì)時(shí),求:(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。(2)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式。(3)若線圈中的電阻為R,則線圈中的電流的最大值為多少?(4)線圈中的電流瞬時(shí)表達(dá)式。點(diǎn)撥:應(yīng)用交變電流的變化規(guī)律解題。注意區(qū)分好最大值和瞬時(shí)值。解析:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Emax=NBL1L2=NBS。(2)因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)的最大值Emax=NBS,角速度,線圈轉(zhuǎn)到中性面開始計(jì)時(shí),所以電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式是e=NBSsint。(3)根據(jù)歐姆定律,電路中電流最大值為Imax=EmaxR=NBSR。(4)因?yàn)殡娐分须娏鞯淖畲笾禐镮max=EmaxR=NBSR,所以通過(guò)負(fù)載的電流的瞬時(shí)值表達(dá)式是i=NBSRsint。答案:(1)NBS(2)e=NBSsin t(3)NBSR(4)i=NBSRsin t- 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