2019-2020年高中物理第五章交变电流5.1交变电流课时提升作业六新人教版.doc

2019-2020年高中物理第五章交变电流5.1交变电流课时提升作业六新人教版一、不定项选择题1.关于交变电流和直流电的说法中,正确的是()A.如果电流大小随时间做周期性变化,则一定是交变电流B.直流电的大小和方向一定不变C.交变电流一定是按正弦规律变化的D.交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化【解析】选D。直流电的特征是电流的方向不变,电流的大小可以做周期性变化,A、B错误。交变电流的特征是电流的方向随时间改变。交变电流有多种形式,正弦式交流电只是交变电流中最基本、最简单的一种。故C错误,D正确。2.(xx丽水高二检测)一线圈在匀强磁场中匀速转动,在如图所示位置时()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】选C。当线圈平面平行于磁感线时,磁通量最小,但Em最大,即最大,故正确答案为C。3.一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的交流电动势e=220sin100tV,则下列判断正确的是()A.t=0时,线圈位于中性面位置B.t=0时,穿过线圈平面的磁通量最大C.t=0时,线圈的有效切割速度方向垂直磁感线D.t=0时,线圈中感应电动势达到峰值【解析】选A、B。因按正弦规律变化,故t=0时线圈位于中性面,A正确;t=0时穿过线圈的磁通量最大,B正确;t=0时,线圈的有效切割速度方向与磁感线平行,不产生感应电动势,故C、D错误。【补偿训练】已知交变电流的瞬时表达式为i=311sin100t(A),从t=0到第一次电流出现最大值时间是()A.0.005 sB.0.001 sC.0.02 sD.0.01 s【解析】选A。交变电流瞬时表达式i=311sin100t(A),是从线圈经过中性面开始计时的,故在100t=时刻第一次出现电流峰值,即0.005s。4.处在匀强磁场中的矩形线圈abcd以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向平行于纸面并与ab垂直。在t=0时刻,线圈平面与纸面重合(如图),线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由abcda方向的感应电流为正,则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是()【解析】选C。从图示位置计时,应为余弦曲线,故A、B错;根据法拉第电磁感应定律可知开始时电流为正方向,D错误,C正确。5.如图所示,观察电流表的指针,下列说法正确的是()A.指针随着线圈转动而摆动,并且线圈转动一周,指针左右摆动一次B.当线圈平面转到跟磁感线垂直的平面位置时,电流表的指针的偏转最大C.当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时,电流表的指针的偏转最大D.以图示位置为计时起点,线圈里产生的感应电动势和感应电流是按正弦规律变化的【解题指南】(1)线圈平面与磁感线平行时,切割磁感线最快,产生的电动势最大。(2)在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动的线圈产生的电动势是按正弦规律(或余弦规律)变化的。【解析】选A、C。由右手定则可以判断线圈转一周电流方向改变两次,A选项正确;当线圈平面转到跟磁感线垂直的平面位置时,磁通量最大,但磁通量的变化率为零,感应电动势为零,则感应电流为零,故B错;当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时,磁通量的变化率最大,感应电动势最大,则感应电流最大,C选项正确;以图示位置为计时起点,线圈里产生的感应电动势和感应电流是按余弦规律变化的,所以D错。6.(xx宁波高二检测)如图所示,形状或转轴位置不同,但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中,以相同的角速度匀速转动,从图示的位置开始计时,则下列说法正确的是()A.感应电动势最大值相同B.感应电动势瞬时值不同C.感应电动势最大值、瞬时值都不同D.感应电动势最大值、瞬时值都相同【解析】选A、D。感应电动势的最大值为Em=BS,A正确;感应电动势的瞬时值e=Emsint与转轴位置无关,图中都以中性面位置计时,故瞬时值相同,D正确,B、C错误。7.(xx温州高二检测)如图所示是某正弦式交流发电机产生的感应电动势e与时间t的关系图象。如果其他条件不变,仅使线圈的转速变为原来的二倍,则感应电动势的最大值和周期分别变为()A.220 V,0.02 sB.311 V,0.01 sC.440 V,0.01 sD.440 V,0.02 s【解析】选C。由正弦式交变电流的图象可得原来交变电流电动势的最大值为220 V、周期为0.02s,线圈的转速变为原来的二倍,由Em=NBS可知,感应电动势的最大值变为原来的两倍,即440V,而周期变为原来的一半,即0.01 s,C项正确。8.如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象,当调整线圈转速后,所产生正弦交流电的图象如图线b所示,以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零B.线圈先后两次转速之比为32C.交流电a的瞬时值表达式为u=10sin5tVD.交流电b的最大值为5V【解析】选B、C。t=0时刻穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,故电压为零,A错。读图得两次周期之比为23,由转速n=得转速与周期成反比,故B正确。读图得a的最大值为10V,=5rad/s,由交流电感应电动势的瞬时值表达式e=EmsintV(从线圈在中性面位置开始计时)得,u=10sin5tV,故C正确。交流电的最大值Em=nBS,所以根据两次转速的比值可得,交流电b的最大值为10V=V,故D错。9.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.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abcdD.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】选A。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,线圈逆时针旋转,电流的方向应为adcb,选项C错误;电流相等,cd受到的安培力也相等,选项D错误。二、非选择题10.如图所示,匀强磁场B=0.1T,所用矩形线圈的匝数N=100,边长ab=0.2m, bc=0.5m,以角速度=100rad/s绕OO轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时,试求:(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式。(2)由t=0至t=过程中的平均电动势值。【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)根据Em=NBL2求出转动过程中感应电动势的最大值。(2)通过法拉第电磁感应定律,结合磁通量的变化量求出平均感应电动势。【解析】(1)感应电动势的瞬时值e=NBSsint,由题可知S=0.20.5m2=0.1m2Em=NBS=1000.10.1100V=314V所以e=314sin100tV。(2)用E=N计算t=0至t=过程中的平均电动势=N=N=即=NBS。代入数值得=200V。答案:(1)e=314sin100tV(2)200V【补偿训练】1.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=T,边长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝,线圈电阻r=1,线圈绕垂直于磁感线的轴OO1匀速转动,角速度=2rad/s,外电路电阻R=4。求:(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值。(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过30角的过程中产生的平均感应电动势。【解析】(1)设转动过程中感应电动势的最大值为Em,则Em=NBL2=1000.012V=2V(2)设由图示位置转过30角的过程中产生的平均感应电动势为,则=N,t=,=BL2sin30,代入数据解得E=V答案:(1)2V(2)V2.一个面积为S的矩形线圈abcd在匀强磁场中以其一条边ab为转轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直。线圈中感应电动势e与时间t的关系图象如图所示。感应电动势的最大值和周期可以从图中读出。则:(1)磁感应强度B多大?(2)画出t=0时刻线圈与磁场间相对位置关系。【解析】(1)由e -t图象可直接读得Em和T,由Em=BS和=得B=。(2)t=0时线圈中感应电动势为最大值,故该时刻线圈与磁场的位置关系如图所示。答案:(1)(2)见解析【总结提升】确定正弦式交变电流瞬时值表达式的方法(1)明确线圈在什么位置时开始计时,以确定瞬时值表达式正弦函数的初相位(零时刻的角度)。(2)确定线圈的匝数、线圈的面积、角速度等物理量。(3)由Em=nBS求出感应电动势的最大值。(4)根据e=Emsint写出正弦式交变电流的表达式。11.一个100匝的矩形线圈,其面积为200cm2、电阻为10,与外电阻R=90相接后,它在匀强磁场中转动所产生的感应电流随时间变化的图象如图所示,求:(1)写出电流的瞬时值表达式。(2)线圈所在处匀强磁场的磁感应强度的大小。【解析】(1)由图知Im=10-2AT=0.10s则=20故电流的瞬时值表达式为i=Imcost=10-2cos20tA(2)设匀强磁场的磁感应强度大小为B,感应电动势的峰值Em=NBS=NBS,由闭合电路欧姆定律得:Im=,由此可得:B=由图知:Im=10-2A,T=0.10s,由题可得:S=200cm2=0.02m2,R+r=90+10=100,N=100,把上述条件代入B=得:B=0.025T答案:(1)i=10-2cos20tA(2)0.025T【总结提升】与交变电流图象有关问题的解题方法(1)明确线圈在磁场中的位置及其转动情况。(2)掌握线圈及其相关的物理量,利用Em=NBS算出感应电动势的最大值。(3)根据中性面的特点,结合线圈在不同时刻的位置及其位置变化情况,利用楞次定律或安培定则判断出感应电动势或感应电流的方向,再利用闭合电路的欧姆定律、电路知识等进行分析和计算。(4)根据题意和要求,写出某一物理量的瞬时值的表达式,求出某一时刻的瞬时值或画出某物理量随时间变化的规律(用图象表示)。(5)对于给出图象的题目,要分析好图象各坐标轴、斜率等含义,找出已知条件。