高中物理 第五章第一节 《交变电流》知能演练轻松闯关 新人教版选修3-2

1112013-2014学年高中物理 第五章第一节 交变电流知能演练轻松闯关 新人教版选修3-21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，电流的大小可以改变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，故选D.2(2013莆田高二检测)如图所示，属于交流电的是()解析：选C.方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征A、B、D三项所示的电流大小随时间做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们所表示的是直流电C选项中电流的方向随时间做周期性变化，故选C.3线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图可知()A在A、C时刻线圈处于中性面位置B在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零C从A时刻到D时刻线圈转过的角度为D若从O时刻到D时刻经过0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次解析：选D.A、C时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直，B、D时刻感应电流为零，线圈在中性面，此时磁通量最大从A时刻到D时刻线圈转过角度为.若从O时刻到D时刻经过0.02 s，即线圈转动一周用时0.02 s，且在这个时间内电流方向改变2次，则在1 s内交变电流的方向改变2100次，故选D.4.(2013沈阳二中高二检测)如图所示，一矩形线圈abcd，已知ab边长为l1，bc边长为l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度从图示位置开始匀速转动，则t时刻线圈中的感应电动势为()A0.5Bl1l2sin tB0.5Bl1l2cos tCBl1l2sin t DBl1l2cos t解析：选D.因为开始时刻线圈平面与磁感线平行，即从垂直于中性面开始运动，所以开始时刻线圈中感应电动势最大为EmBl1l2，感应电动势的表达形式应为余弦形式，因此在t时刻线圈中的感应电动势为Bl1l2cos t, 故选D.5.(2013东城区高二检测)如图所示，一小型发电机内有n100匝矩形线圈，线圈面积S0.10 m2，线圈电阻可忽略不计在外力作用下矩形线圈在B0.10 T匀强磁场中，以恒定的角速度100 rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，发电机线圈两端与R100 的电阻构成闭合回路求：(1)线圈转动时产生感应电动势的最大值；(2)从线圈平面通过中性面时开始，线圈转过90角的过程中，通过电阻R横截面的电荷量解析：(1)线圈中感应电动势的最大值EmnBS3.1102 V.(2)设从线圈平面通过中性面时开始，线圈通过90角所用时间为t，线圈中的平均感应电动势通过电阻R的平均电流在t时间内通过电阻横截面的电荷量Qt1.0102 C.答案：(1)3.1102 V(2)1.0102 C一、选择题1(单选)下列线圈中不能产生交变电流的是()解析：选A.由正弦式交流电的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状没有特别要求故选A.2(多选)对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是()A电流大小变化，方向不变，是直流电B电流大小、方向都变化，是交流电C电流最大值为0.2 AD电流做周期性变化，是交流电答案：AC3.(单选)如图所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连在线圈转动过程中，通过电阻R的电流()A大小和方向都随时间做周期性变化B大小和方向都不随时间做周期性变化C大小不断变化，方向总是PRQD大小不断变化，方向总是QRP解析：选C.由于MN换向器的作用，由右手定则可知通过R的电流方向不变，总是由PRQ.故C选项正确4(单选)一台旋转电枢式交流发电机，在正常工作时的正弦电动势e220 sin 100t V，由于超负荷使电枢转速降低了，这时的电动势是()Ae220sin 100t V Be220sin 90t VCe198sin 100t V De198sin 90t V解析：选D.由于超负荷，使电枢转速降低了，即转速变为原来的，n0.9n，所以电动势的最大值EmNBS0.9Em0.9220 V198 V，角速度2n20.9n0.90.9100 rad/s90 rad/s，故选D.5(多选)如图所示为一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动线圈内磁通量随时间t变化如图乙所示，则下列说法中正确的是()At1时刻线圈中的感应电动势最大Bt2时刻ad的运动方向与磁场方向垂直Ct3时刻线圈平面与中性面重合Dt4，t5时刻线圈中感应电流的方向相同解析：选BC.t1时刻通过线圈的最大，磁通量变化率最小，此时感应电动势为零，A错误；在t2，t4时刻感应电动势为Em，此时ad、cb的运动方向均垂直于磁场方向，B正确；t1、t3、t5时刻最大，0，此时线圈平面垂直于磁场方向，称为中性面，C正确；t5时刻感应电流为零，D错误故选BC.6(多选)(2013华南师大附中高二月考)线圈在匀强磁场中转动产生电动势e10sin 20t V，则下列说法正确的是()At0时，线圈平面位于中性面Bt0时，穿过线圈的磁通量最大Ct0时，导线切割磁感线的有效速率最大Dt0.4 s时，e有最大值10 V解析：选AB.由电动势的瞬时值表达式知，计时从线圈位于中性面时开始，所以t0时，线圈平面位于中性面，磁通量为最大，但此时导线线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速率为零，A、B正确，C错误当t0.4 s时，e10sin 20t V10sin(200.4) V0，D错误故选AB.7(多选)如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO以恒定的角速度转动当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在t时刻()A线圈中的电流最大B穿过线圈的磁通量为零C线圈所受的安培力为零D线圈中的电流为零解析：选CD.t，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B错误，由于此时感应电动势为零，所以线圈中电流为零线圈所受的安培力为零，A错误，C、D正确故选CD.8.(单选)如图所示，单匝矩形线圈的一半放在有界匀强磁场中，中心轴线OO与磁场边界重合，线圈绕中心轴线按图示方向(从上向下看逆时针方向)匀速转动，t0时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcd为正方向，则下图中能表示线圈内感应电流随时间变化规律的是()解析：选B.在0内，ab一侧的线圈在磁场中绕OO轴转动产生正弦式交变电流，电流方向由楞次定律判断为dcba且越来越大.内，ab一侧线圈在磁场外，而dc一侧线圈又进入磁场产生交变电流，电流方向为dcba且越来越小，以此类推，可知it图象正确的为B.009.(多选)(2013武汉三中高二月考)如图所示，甲、乙两个并排放置的共轴线圈，甲中通有如图所示的电流，则()A在t1到t2时间内，甲乙相吸B在t2到t3时间内，甲乙相斥Ct1时刻两线圈间作用力为零Dt2时刻两线圈间吸引力最大解析：选ABC.甲回路电流的磁场减弱时，由楞次定律知，乙回路将产生与甲同向环绕的感应电流甲、乙电流之间通过磁场发生相互作用，甲、乙相吸同理，当甲中电流增强时，甲、乙互相排斥，故A、B选项都正确t1时刻，甲中电流产生的磁场变化率为零，则乙线圈感生电流瞬时值为零，而t2时刻，甲中的电流变化最快，乙中感生电流最强，但此时甲中电流瞬时值为零，所以t1、t2时刻，甲、乙电流间相互作用力为零，C正确，D错误故选ABC.10(单选)如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角45时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正则图丙中正确的是()解析：选D.矩形线圈绕垂直于匀强磁场的转轴匀速转动产生正弦式交变电流，在开始计时(t0)时线圈达到图乙所示的位置，据右手定则判断电流为负方向，首先排除A、B选项若到达图甲所示的位置，感应电流为负向的峰值，可见t0的时刻交变电流处于负半周且再经到达中性面位置，即0，瞬时表达式iImsin(t0)，所以0Imsin，t.故选D.二、非选择题11一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂直线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示求：(1)磁感应强度B；(2)在t时刻，线圈平面与磁感线的夹角为多少？解析：(1)线圈在匀强磁场中匀速转动产生余弦式交变电流，EmBSBS，故B.(2)在t时刻线圈转过的角度t30，也就是线圈平面与磁感线夹角为30.答案：(1)(2)3012发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B0.05 T的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以100 rad/s的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时线圈和外电路的总电阻R10 .(1)写出交变电流瞬时值表达式；(2)线圈从计时开始，转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？解析：(1)感应电动势最大值为EmnBSEm1000.050.20.2100 V20 VIm2 A，所以iImsin t2sin 100t A.(2)线圈从计时开始，转过过程中通过线圈某一截面的电荷量qtt.从中性面计时，转过，如图所示BSBS(1sin 30)BSq C C1102 C.答案：(1)i2sin 100t A(2)1102 C111