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2019-2020年高二人教版物理選修3-2練習(xí)冊：5.1　交變電流含答案 知識點一　交變電流的產(chǎn)生 1．(多選)當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的線圈轉(zhuǎn)到線圈平面與中性面重合時，下列說法中正確的是(　　) A．電流將改變方向 B．磁場方向和線圈平面平行 C．線圈的磁通量最大 D．線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大 2．(多選)如圖L511所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動，從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，則在0～這段時間內(nèi)(　　) 圖L511 A．線圈中的感應(yīng)電流一直在減小 B．線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小 C．穿過線圈的磁通量一直在減小 D．穿過線圈的磁通量的變化率一直在減小 知識點二　交變電流的變化規(guī)律 3．交流發(fā)電機(jī)在工作時電動勢為e＝Emsin ωt，若將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍，同時將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)?　　) A．e′＝Emsin B．e′＝2Emsin C．e′＝Emsin 2ωt D．e′＝sin 2ωt 4．如圖L512所示，勻強(qiáng)磁場B＝0.1 T，所用矩形線圈的匝數(shù)N＝100匝，邊長ab＝0.2 m，bc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s繞垂直于磁場方向的OO′軸勻速轉(zhuǎn)動．試求： (1)交變電動勢的峰值； (2)從線圈平面垂直于磁感線時開始計時，線圈中瞬時感應(yīng)電動勢的表達(dá)式； (3)若線圈平面平行于磁感線時開始計時，求線圈在t＝時刻的電動勢大?。? 圖L512 知識點三　交變電流的圖像 5．線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交流電的圖像如圖L513所示，由圖可知(　　) 圖L513 A．在A和C時刻線圈處于中性面位置 B．在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零 C．在A到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為π弧度 D．在A和C時刻磁通量變化率的絕對值最大 6．如圖L514甲所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，并繞過ab、cd中點的垂直于磁場方向的軸OO′以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動．若以線圈平面與磁場夾角θ＝45時(如圖乙所示)為計時起點，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時電流方向為正．則圖L515中描述電流變化規(guī)律的圖像正確的是(　　) 圖L514 圖L515 7．一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖L516甲所示，則下列說法中正確的是(　　) 圖L516 A．t＝0時刻，線圈平面與中性面垂直 B．t＝0.01 s時刻，Φ的變化率最大 C．t＝0.02 s時刻，電動勢達(dá)到最大 D．該線圈產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖像如圖乙所示 8．如圖L517所示，面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，能產(chǎn)生正弦交變電動勢e＝BSωsin ωt的是(　　) 圖L517 9．(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L518所示，下列結(jié)論正確的是(　　) 圖L518 A．在t＝0.1 s和t＝0.3 s時，電動勢最大 B．在t＝0.2 s和t＝0.4 s時，電動勢改變方向 C．電動勢的最大值是157 V D．在t＝0.4 s時，磁通量變化率達(dá)最大，其值為3.14 Wb/s 10．一矩形線圈有100匝，面積為50 cm2，線圈內(nèi)阻r＝2 Ω，在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，從線圈平面與磁場平行時開始計時，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T，線圈的轉(zhuǎn)速n＝1200 r/min，外接一電阻，阻值為R＝18 Ω，試寫出電阻兩端電壓瞬時值的表達(dá)式． 11．如圖L519所示，在勻強(qiáng)磁場中有一個“π”形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動，AB軸與磁場方向垂直，已知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝ T，線框的CD邊長為20 cm，CE、DF長均為10 cm，轉(zhuǎn)速為50 r/s.從圖示位置開始計時． (1)寫出線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式． (2)在et坐標(biāo)系中作出線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖像． 圖L519 1　交變電流 1．AC　[解析] 當(dāng)線圈平面與中性面重合時，磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動勢為零，電流將改變方向．故選A、C. 2．AD　[解析] 線圈在圖示位置時，線圈平面與磁場平行，感應(yīng)電流最大，因為＝，在0～時間內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過四分之一個周期，感應(yīng)電流從最大減小為零，磁通量逐漸增大． 3．C　[解析] 本題考查交變電壓的瞬時值表達(dá)式e＝Emsin ωt，而Em＝NBωS，當(dāng)ω加倍而S減半時，Em不變，故正確答案為C. 4．(1)314 V　(2)e＝314sin 100πt (V)　(3)157 V [解析] (1)由題可知：S＝abbc＝0.20.5 m2＝0.1 m2，感應(yīng)電動勢的峰值Em＝NBSω＝1000.10.1100π V＝100π V＝314 V. (2)感應(yīng)電動勢的瞬時值e＝Emsin ωt＝314sin 100πt (V)． (3)線圈從線圈平面平行于磁感線時開始計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為 e＝Emcos ωt，代入數(shù)值得e＝314cos 100πt (V) 當(dāng)t＝時，e＝314cos V＝157 V. 5．D　[解析] 當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)到位于中性面時，磁通量最大，感應(yīng)電動勢為零，感應(yīng)電流為零，B、D兩時刻線圈位于中性面，A，B錯誤．當(dāng)線圈平面與磁感線平行時，磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流最大，A、C時刻線圈平面與磁感線平行，D正確．在A到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為弧度，C錯誤． 6．D　[解析] 在初始位置ad和bc切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可知電流的方向為a→d→c→b→a，是負(fù)值，選項A、B錯誤．當(dāng)再轉(zhuǎn)過時，線圈處在中性面位置，感應(yīng)電流為零，則選項C錯誤，選項D正確． 7．B　[解析] 由題圖甲可知t＝0時刻，線圈的磁通量最大，線圈處于中性面，t＝0.01 s時刻，磁通量為零，但磁通量的變化率最大，所以A項錯誤，B項正確．t＝0.02 s時，電動勢應(yīng)為零，C、D項均錯誤． 8．A　[解析] 線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，且從中性面開始計時，產(chǎn)生的電動勢e＝BSωsin ωt，由此判斷，只有A選項符合． 9．CD　[解析] 由Φt圖像可知Φmax＝BS＝0.2 Wb，T＝0.4 s，又因為N＝50匝，所以Emax＝NBSω＝NΦmax＝157 V，C正確；t＝0.1 s 和0.3 s時，Φ最大，e＝0，電動勢改變方向；t＝0.2 s和0.4 s時，Φ＝0，e＝Emax最大，故A、B錯誤，根據(jù)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的特點知，當(dāng)t＝0.4 s時，最大，＝3.14 Wb/s，D正確． 10．u＝9πcos 40πt (V) [解析] 角速度ω＝2πn＝2π r/s＝40π rad/s， 最大值Em＝NBSω＝1000.55010－440π V＝10π V， 線圈中感應(yīng)電動勢e＝Emcos ωt＝10πcos 40πt (V)， 由閉合電路歐姆定律，有i＝＝＝ A， 故電阻兩端電壓u＝Ri＝1810πcos 40πt (V)＝9πcos 40πt (V)． 11．(1)e＝10 cos 100πt (V)　(2)如圖所示 [解析] (1)開始計時的位置為線圈平面與磁感線平行的位置，在t時刻線框轉(zhuǎn)過的角度為ωt，此時刻，e＝Bl1l2ωcos ωt，即e＝BSωcos ωt.其中B＝ T，S＝0.10.2 m2＝0.02 m2，ω＝2πn＝2π50 rad/s＝100π rad/s， 故e＝0.02100πcos 100πt (V)＝10 cos 100πt (V)． (2)線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖像如圖所示．