2020高中物理 第五章 交變電流 1 交變電流練習(xí)（含解析）

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE11-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精交變電流[A組素養(yǎng)達(dá)標(biāo)]1．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B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢e＝BSωsinωt的圖是()解析：線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且從中性面開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢e＝BSωsinωt，由此判斷，只有A選項(xiàng)符合．答案：A2．如圖所示是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該交變電流的()A．周期是0。02sB．電壓的峰值是10VC．角速度為314rad/sD．表達(dá)式為u＝10sin25πt(V）解析:由題圖知：峰值Um＝10V，周期T＝4×10－2s，故A錯(cuò)，B對(duì)；角速度ω＝eq\f（2π,T）＝eq\f(2π，0。04）rad/s＝50πrad/s＝157rad/s,故C錯(cuò)；表達(dá)式u＝10sin50πt(V），故D錯(cuò)．答案：B3.如圖所示，在水平勻強(qiáng)磁場中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若要使線圈中的電流峰值減半，不可行的方法是()A．只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B．只將線圈的匝數(shù)減半C．只將勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半D．只將線圈的邊長都減半解析：由Im＝eq\f（Em,R)，Em＝NBSω,ω＝2πn，得Im＝eq\f（NBS·2πn，R)，故A、C可行；又電阻R與匝數(shù)有關(guān)，當(dāng)匝數(shù)減半時(shí)電阻R也隨之減半，則Im不變，故B不可行；當(dāng)邊長減半時(shí)，面積S減為原來的eq\f(1，4），而電阻減為原來的eq\f（1,2)，故D可行．答案:B4。一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖所示．則下列說法中正確的是（）A．t＝0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時(shí)刻，Φ的變化率為0C．t＝0.02s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到最大D．從t＝0.01s時(shí)刻至t＝0.04s時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度是eq\f(3，2)π解析：由圖象可知t＝0、t＝0.02s、t＝0。04s時(shí)刻線圈平面位于中性面位置,Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt）＝0，故E＝0；t＝0.01s、t＝0。03s、t＝0.05s時(shí)刻線圈平面與磁感線平行，Φ最小，eq\f(ΔΦ，Δt)最大，故E最大;從圖象可知，從t＝0.01s時(shí)刻至t＝0.04s時(shí)刻線圈旋轉(zhuǎn)eq\f（3,4)周，轉(zhuǎn)過的角度為eq\f(3，2）π.答案：D5．如圖所示為一臺(tái)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,其中N、S是永久磁鐵的兩個(gè)磁極，它們的表面呈半圓柱面形狀．M是圓柱形鐵芯，它與磁極的柱面共軸，鐵芯上有一矩形線框，可繞與鐵芯M共軸的固定轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)．磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑、大小均勻的磁場．若從圖示位置開始計(jì)時(shí),當(dāng)線框繞固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下圖所示的圖象中能正確反映線框中感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t變化規(guī)律的是()解析:因發(fā)電機(jī)的兩個(gè)磁極N、S呈半圓柱面形狀，磁極間的磁感線如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，僅方向發(fā)生改變，故線框在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小不變,線框越過空隙段后，由于線框切割磁感線的方向發(fā)生變化，所以感應(yīng)電動(dòng)勢的方向發(fā)生變化．故選D.答案：D6．一根長直的通電導(dǎo)線中的電流按正弦規(guī)律變化,如圖（a）、（b）所示，規(guī)定電流從左向右為正，在直導(dǎo)線下方有一不閉合的金屬線框,則相對(duì)于b點(diǎn)來說，a點(diǎn)電勢最高的時(shí)刻在（)A．t1時(shí)刻 B．t2時(shí)刻C．t3時(shí)刻 D．t4時(shí)刻解析：線框中的磁場是直線電流i產(chǎn)生的，在t1、t3時(shí)刻，電流i最大,但電流的變化率為零，穿過線框的磁通量變化率為零，線框中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢，a、b兩點(diǎn)間的電勢差為零．在t2、t4時(shí)刻,電流i＝0，但電流變化率最大，穿過線框的磁通量變化率最大，a、b兩點(diǎn)間的電勢差最大,再根據(jù)楞次定律可得出a點(diǎn)相對(duì)b點(diǎn)電動(dòng)勢最高時(shí)刻在t4，故選項(xiàng)D正確．答案:D7．如圖所示,一矩形線圈繞與勻強(qiáng)磁場垂直的中心軸OO′沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，引出線的兩端分別與相互絕緣的兩個(gè)半圓形銅環(huán)M和N相連．M和N又通過固定的電刷P和Q與電阻R相連．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，通過電阻R的電流（)A．大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化B．大小和方向都不隨時(shí)間做周期性變化C．大小不斷變化，方向總是P→R→QD．大小不斷變化，方向總是Q→R→P解析:在題圖所示位置時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢，由右手定則可知，ab邊的感應(yīng)電動(dòng)勢方向由b→a，cd邊感應(yīng)電動(dòng)勢的方向由d→c，通過電刷將電流引出，在外電路中的電流方向?yàn)镻→R→Q,轉(zhuǎn)過180°后，ab、cd邊位置交換，由于M、N具有換向器的作用,電流方向仍為P→R→Q，故選項(xiàng)C正確．答案：C8．（多選)如圖甲所示,一個(gè)矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．線圈內(nèi)磁通量隨時(shí)間t的變化如圖乙所示，則下列說法中正確的是()A．t1時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢最大B．t2時(shí)刻ab的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直C．t3時(shí)刻線圈平面與中性面重合D．t4、t5時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流的方向相同解析：t1時(shí)刻通過線圈的Φ最大，磁通量變化率eq\f(ΔΦ，Δt)最小，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢為零，A錯(cuò)誤;在t2、t4時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢為Em，此時(shí)ab、cd的運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁場方向，B正確；t1、t3、t5時(shí)刻，Φ最大，eq\f（ΔΦ,Δt)＝0，此時(shí)線圈平面垂直于磁場方向,與中性面重合,C正確;t5時(shí)刻感應(yīng)電流為零，D錯(cuò)誤．答案：BC［B組素養(yǎng)提升]9．（多選)如圖所示，甲、乙兩個(gè)并排放置的共軸線圈，甲中通有如圖丙所示的電流，則(）A．在t1到t2時(shí)間內(nèi),甲、乙相吸B．在t2到t3時(shí)間內(nèi),甲、乙相斥C．t1時(shí)刻兩線圈間作用力為零D．t2時(shí)刻兩線圈間吸引力最大解析：甲回路電流減弱時(shí)，據(jù)楞次定律,乙回路將產(chǎn)生與甲同向環(huán)繞的感應(yīng)電流，甲、乙電流之間通過磁場發(fā)生相互作用,甲、乙相吸，同理，當(dāng)甲中電流增強(qiáng)時(shí)，甲、乙互相排斥，故選項(xiàng)A、B正確．在t1時(shí)刻，甲中電流產(chǎn)生的磁場變化率為零，則乙線圈感生電流瞬時(shí)值為零，而t2時(shí)刻，雖然乙中感生電流最強(qiáng)，但此時(shí)甲中電流瞬時(shí)值為零，所以t1、t2時(shí)刻，甲、乙電流間相互作用都為零,故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．答案：ABC10．如圖甲所示，一單匝矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．若以線圈平面與磁場方向間的夾角θ＝45°時(shí)(如圖乙所示)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)，電流方向?yàn)檎畡t如圖所示的四幅圖中正確的是（）解析：t＝0時(shí)刻，根據(jù)題圖乙表示的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由右手定則知，此時(shí)ad中電流方向由a到d，線圈中電流方向?yàn)閍→d→c→b→a，與規(guī)定的電流正方向相反，電流為負(fù)值．又因?yàn)榇藭r(shí)ad、bc兩邊的切割速度方向與磁場方向成45°角，由Em＝2Blv,可得E＝2×eq\f（\r（2），2）Blv＝eq\f（\r（2），2）Em,即此時(shí)電流是峰值的eq\f(\r（2)，2)，由題圖乙還能觀察到，線圈在接下來45°的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，ad、bc兩邊的切割速度越來越小，所以感應(yīng)電動(dòng)勢應(yīng)減小，感應(yīng)電流應(yīng)減小,故電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝－Im·cos（eq\f(π,4）＋ωt）．故選D.答案：D11．如圖所示為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0。5T，線圈匝數(shù)N＝50匝,每匝線圈面積為0。48m2（1)寫出交變電流感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式；(2）畫出et圖線．解析:(1)由題可知N＝50,B＝0.5T，ω＝2π×eq\f(150，60）rad/s＝5πrad/s，Em＝NBSω＝50×0。5×0。48×5π≈188V，由e＝Emsinωt得e＝188sin5πtV.(2)T＝eq\f（2π,ω）＝eq\f（2π，5π）s＝0.4s,et圖線如圖所示．答案:見解析［C組學(xué)霸沖刺]12.如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0。50T，矩形線圈的匝數(shù)N＝100匝,邊長Lab＝0.20m，Lbc＝0.10m,以3000r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若從線圈平面通過中性面時(shí)開始計(jì)時(shí),試求:（1)交變電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；（2)若線圈總電阻為2Ω，線圈外接電阻為8Ω，寫出交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式；(3）線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過eq\f(π，2）的過程中,交變電動(dòng)勢的平均值．解析：(1）線圈的角速度ω＝2πn＝314rad/s,線圈電動(dòng)勢的最大值Em＝NBSω＝314V，故交變電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsin