2024-2025學(xué)年高中物理第五章交變電流第1節(jié)交變電流練習(xí)含解析新人教版選修3-2

PAGE8-第五章第1節(jié)交變電流「基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練」1．關(guān)于交變電流與直流電的說法中，不正確的是()A．假如電流大小做周期性變更，則不肯定是交變電流B．直流電的大小可以變更，但方向肯定不變C．交變電流肯定是按正弦或余弦規(guī)律變更的D．交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性變更解析：選C交變電流與直流電的區(qū)分是電流方向是否發(fā)生變更，假如電流大小做周期性變更而電流方向不變，則為直流電，A選項(xiàng)正確；直流電的大小可以變更，但方向肯定不變，B選項(xiàng)正確；溝通電的衡量標(biāo)準(zhǔn)是電流方向是否發(fā)生變更，假如電流的方向發(fā)生變更，就是溝通電，交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性變更，不肯定是按正弦或余弦規(guī)律變更的，C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確．2.(多選)如圖所示，矩形線框置于豎直向下的磁場中，通過導(dǎo)線與靈敏電流表相連，線框在磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圖中線框處于豎直面內(nèi)，下述說法正確的是()A．因?yàn)榫€框中產(chǎn)生的是交變電流，所以電流表示數(shù)始終為零B．線框通過圖中位置瞬間，穿過線框的磁通量最大C．線框通過圖中位置瞬間，通過電流表的電流瞬時(shí)值最大D．若使線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大一倍，那么通過電流表電流的峰值也增大一倍解析：選CD線框在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在中性面即線框與磁感線垂直時(shí)，磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最小，而在題中圖示位置線框與磁感線平行時(shí)，磁通量最小，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，A、B錯(cuò)誤，C正確；由交變電流的峰值表達(dá)式Im＝eq\f(nBSω,R＋r)可知，角速度增大一倍后，電流的峰值增大一倍，D正確．3.矩形線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大值為50V，那么該線圈由圖所示位置轉(zhuǎn)過30°，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為()A．50V B．25eq\r(3)VC．25V D．10V解析：選B由題中條件可知交變電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝50cosωtV＝50cosθV，當(dāng)θ＝30°時(shí)，e＝25eq\r(3)V，B正確．4．(多選)如圖甲所示，“”形金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌上跨接一金屬棒ab，與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路，并能在導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)．在導(dǎo)軌左側(cè)與ab平行放置的導(dǎo)線cd中通以如圖乙所示的交變電流，規(guī)定電流方向自c向d為正，則ab棒受到向左的安培力的時(shí)間是()A．0～t1 B．t1～t2C．t2～t3 D．t3～t4解析：選AC0～t1時(shí)間內(nèi)，電流漸漸增大，線框中磁場變大，由楞次定律可知，B變大，S有變小趨勢，ab棒受力向左；t1～t2時(shí)間內(nèi)，電流漸漸變小，線框中磁場變小，由楞次定律可知，B變小，S有變大趨勢、ab棒受力向右；同理，t2～t3、受力向左；t3～t4，受力向右，選項(xiàng)A、C正確．5.如圖所示，在水平方向的勻強(qiáng)磁場中，有一單匝矩形導(dǎo)線框可繞垂直于磁場方向的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)．在線框由水平位置以角速度ω勻速轉(zhuǎn)過90°的過程中，穿過線框面的最大磁通量為Φ，已知導(dǎo)線框的電阻為R，則下列說法中正確的是()A．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時(shí)電流的方向?qū)l(fā)生變更B．導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時(shí)電流的方向?yàn)閎adcC．以圖中位置作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，該導(dǎo)線框產(chǎn)生的溝通電瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝ΦωsinωtD．以圖中位置作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，該導(dǎo)線框產(chǎn)生的溝通電瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Φωcosωt解析：選D圖中位置為電流最大值位置，A錯(cuò)誤；依據(jù)右手定則，B錯(cuò)誤；以圖中位置起先計(jì)時(shí)，瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Φωcosωt，C錯(cuò)誤，D正確．6．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從中性面起先轉(zhuǎn)動(dòng)180°角過程中，平均感應(yīng)電動(dòng)勢和最大感應(yīng)電動(dòng)勢之比為()A.eq\f(π,2) B.eq\f(2,π)C．2π D．π解析：選B線圈從中性面轉(zhuǎn)過180°角過程中，磁通量的變更為ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BS－(－BS)＝2BS，平均感應(yīng)電動(dòng)勢eq\x\to(E)＝eq\f(NΔΦ,Δt)＝eq\f(2NBS,\f(π,ω))＝eq\f(2NBSω,π)，最大感應(yīng)電動(dòng)勢Em＝NBSω，則平均感應(yīng)電動(dòng)勢和最大感應(yīng)電動(dòng)勢之比為eq\f(2,π)，B正確．7.一臺(tái)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，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態(tài)．M是圓柱形鐵芯，鐵芯外套有一矩形線圈，線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．磁極與鐵芯之間的縫隙中形成沿半徑方向的輻向磁場．從如圖所示位置起先計(jì)時(shí)，規(guī)定此時(shí)電動(dòng)勢為正值，選項(xiàng)圖中能正確反映線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變更規(guī)律的是()解析：選D由于磁場為沿半徑的輻向磁場，可以認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，線圈始終垂直切割磁感線，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小不變，由于每個(gè)周期磁場方向要變更兩次，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的方向也要變更兩次，選項(xiàng)D正確．8.如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(\r(2),π)T，邊長L＝10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻r＝1Ω，線圈繞垂直于磁感線的軸OO1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω＝2πrad/s，外電路電阻R＝4Ω.求：(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值；(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過30°角的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢．解析：(1)設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為Em，則Em＝NBL2ω＝100×eq\f(\r(2),π)×0.01×2πV＝2eq\r(2)V.(2)設(shè)由圖示位置轉(zhuǎn)過30°角的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為eq\x\to(E)，則eq\x\to(E)＝Neq\f(ΔΦ,Δt)，Δt＝eq\f(\f(π,6),ω)，ΔΦ＝BL2sin30°，代入數(shù)據(jù)解得E＝eq\f(6\r(2),π)V.答案：(1)2eq\r(2)V(2)eq\f(6\r(2),π)V「實(shí)力提升練」1．長為a、寬為b的矩形線圈，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，繞垂直于磁場的OO′軸以恒定的角速度ω旋轉(zhuǎn)．設(shè)t＝0時(shí)，線圈平面與磁場方向平行，則此時(shí)的磁通量和磁通量的變更率分別是()A．0,0 B．0，BabωC.eq\f(Babω,\r(2))，0 D．Bab，Babω解析：選B事實(shí)上，線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交變電動(dòng)勢e＝Emcosωt＝Babωcosωt.當(dāng)t＝0時(shí)，cosωt＝1，雖然磁通量Φ＝0，但是電動(dòng)勢有最大值，即Em＝Babω，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，可知當(dāng)電動(dòng)勢為最大值時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁通量的變更率也最大，即Em＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(ΔΦ,Δt)))max＝Babω.綜上所述，正確選項(xiàng)為B.2.(多選)(2024·貴陽月考)如圖所示，邊長為l的正方形單匝金屬線圈PQMN，左半部分處在方向垂直于線圈平面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B、線圈的PN邊從圖中位置按俯視的逆時(shí)針方向，以線速度v繞固定對(duì)稱軸沿OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90°，則此過程線圈中()A．感應(yīng)電流方向沿P→N→M→Q→PB．磁通量的最大值為Bl2C．最大感應(yīng)電動(dòng)勢為BlvD．平均感應(yīng)電動(dòng)勢為eq\f(2Blv,π)解析：選CD依據(jù)楞次定律可知，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中向里的磁通量減小，感應(yīng)電流方向沿P→Q→M→N→P，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；依據(jù)磁通量的定義可知，線圈平面垂直于磁場方向時(shí)，穿過線圈平面的磁通量最大，最大值為eq\f(1,2)Bl2，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；線圈切割磁感線，當(dāng)線圈平面平行于磁場方向時(shí)，切割速度最大，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢最大，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，最大值為Em＝Blv，C選項(xiàng)正確；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過程中穿過線圈的磁通量的變更量為eq\f(1,2)Bl2，運(yùn)動(dòng)時(shí)間Δt＝eq\f(\f(π,2)·\f(l,2),v)＝eq\f(πl(wèi),4v)，依據(jù)法拉第的電磁感應(yīng)定律可知，平均感應(yīng)電動(dòng)勢為eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(2Blv,π)，D選項(xiàng)正確．3．如圖甲所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，并繞過ab、cd中點(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铝羞x項(xiàng)中正確的是()解析：選D由楞次定律知，t＝0時(shí)，電流方向?yàn)樨?fù)，線圈平面與中性面的夾角為eq\f(π,4)，線圈再轉(zhuǎn)過eq\f(π,4)到達(dá)中性面，所以線圈中感應(yīng)電流為i＝Imsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωt－\f(π,4)))，D項(xiàng)正確．4．(多選)如圖所示是小型溝通發(fā)電機(jī)的示意圖，線圈繞垂直于磁場方向的水平軸OO′沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的匝數(shù)為n、電阻為r，外接電阻為R，溝通電流表A.線圈從圖示位置(線圈平面平行于磁場方向)起先轉(zhuǎn)過eq\f(π,3)時(shí)的感應(yīng)電流為I.下列說法中正確的有()A．流過電阻的最大電流為2IB．轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的磁通量的最大值為eq\f(2IR＋r,nω)C．從圖示位置起先轉(zhuǎn)過eq\f(π,2)的過程中，通過電阻R的電荷量為eq\f(2I,ω)D．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，通過電阻R的電荷量為eq\f(8I,ω)解析：選ABC線圈繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為Em＝NBSω，從圖示位置(線圈平面平行于磁場方向)起先計(jì)時(shí)感應(yīng)電流的瞬時(shí)值為i＝Imcosωt，ωt＝eq\f(π,3)時(shí)，i＝I，則Im＝2I，A選項(xiàng)正確；轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的磁通量的最大值Φm＝BS＝eq\f(Em,nω)＝eq\f(ImR＋r,nω)＝eq\f(2IR＋r,nω)，B選項(xiàng)正確；依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，從圖示位置起先轉(zhuǎn)過eq\f(π,2)的過程中，通過電阻R的電荷量q＝eq\x\to(I)t＝neq\f(\f(ΔΦ,Δt),R＋r)·Δt＝neq\f(ΔΦ,R＋r)＝neq\f(Em,R＋rnω)＝eq\f(2I,ω)，C選項(xiàng)正確；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，磁通量的變更量為零，通過電阻R的電荷量為零，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．5．一個(gè)100匝的矩形線圈，其面積為200cm2、電阻為10Ω，與外電阻R＝90Ω相接后，它在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨時(shí)間變更的圖象如圖所示，求線圈所在處勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。馕觯涸O(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值Em＝NBSω＝NBSeq\f(2π,T)，由閉合電路歐姆定律得：Im＝eq\f(Em,R＋r)，由此可得B＝eq\f(R＋rTIm,2πNS)由圖知：Im＝π×10－2A，T＝0.10s，由題可得S＝200cm2＝0.02m2，R＋r＝90Ω＋10Ω＝100Ω，N＝100，把上述條件代入后B＝eq\f(R＋rTIm,2πNS)得B＝0.025T.答案：0.025T6．如圖甲是一種自行車上照明用的車頭燈，圖乙是這種車頭燈發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖，轉(zhuǎn)軸的一端裝有一對(duì)隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磁極，另一端裝有摩擦小輪．電樞線圈繞在固定的U形鐵芯上，自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過摩擦小輪帶動(dòng)磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈中產(chǎn)生正弦交變電流，給車頭燈供電．已知自行車車輪半徑r＝35cm，摩擦小輪半徑r0＝1.00cm.線圈有N＝800匝，線圈框橫截面積S＝20cm2，總電阻R1＝40Ω.旋轉(zhuǎn)磁極的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.010T，車頭燈電阻R2＝10Ω.當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝8rad/s時(shí)，求：(1)發(fā)電機(jī)磁極轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度；(2)車頭燈中電流的最大值.解析：(1)