2016-2017学年高二物理人教版选修3-2（第5-1 交变电流） Word版含解析

2016-2017学年高二物理人教版选修3-2（第5-1 交变电流） Word版含解析

绝密★启用前 人教版选修3-2 第五章 交变电流 课时1 交变电流 第Ⅰ部分 选择题 一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。‎ ‎1．如图所示，属于交流电的是(　　)‎ ‎ ‎ ‎2．一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 ‎ ‎ ‎3．如图所示的线圈中不能产生交变电流(　　)‎ ‎ ‎ ‎4．长为a、宽为b的矩形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的OO′轴以恒定的角速度ω旋转。设t＝0时，线圈平面与磁场方向平行，则此时的磁通量和磁通量的变化率分别是(　　)‎ A．0，0 B．0，Babω C．，0 D．Bab，Babω ‎ ‎ ‎5．如图所示，面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsinωt的图是(　　) ‎ ‎ ‎ ‎6．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图所示，则(　　)‎ A．交流电的频率是4π Hz B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大 C．当t＝π s 时e有最大值 D．t＝π s时，e＝－10 V最小，磁通量变化率最小 ‎ ‎ ‎7．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示。则下列说法正确的是(　　)‎ A．t=0时刻，线圈平面与中性面垂直 B．t=0.01 s时刻，Φ的变化率最大 C．t=0.02 s时刻，交流电动势达到最大 D．该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示 ‎ ‎ ‎8．如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以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转动时的电流等于绕P2转动时的电流 B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势 C．线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d D．线圈绕P1转动时cd边受到的安培力大于绕P2转动时cd边受到的安培力 ‎ ‎ 第Ⅱ部分 非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎9．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域，磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=l、bc=ad=2l。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em=______，bc边所受安培力的大小F=______。‎ ‎ ‎ ‎10．如图所示，矩形线圈abcd的匝数为n＝50匝，线圈ab的边长为l1＝0.2 m，bc的边长为l2＝0.25 m，在磁感应强度为B＝0.4 T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴匀速转动，转动的角速度ω＝100 rad/s，穿过线圈平面的最大磁通量Φm=______，线圈在题图所示位置(线圈平面与磁感线平行)时，感应电动势e=______。‎ ‎ ‎ ‎11．如图所示，在匀强磁场中有一个“П”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度B＝ T，线框的CD边长为l1＝20 cm，CE、DF边长均为l2＝10 cm，转速为50 r/s。若从图示位置开始计时：‎ ‎(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；‎ ‎(2)在e-t坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象。‎ ‎ ‎ ‎12．交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈电阻为r，外电路电阻为R。当线圈处于中性面时开始计时，逆时针匀速转动180°过程中，求：‎ ‎(1)通过R的电荷量q；‎ ‎(2)写出R两端的电压瞬时值的表达式。‎ 人教版选修3-2 第五章 交变电流 课时1 交变电流 参考答案与解析 第Ⅰ部分 选择题 一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。‎ ‎1． ‎ ‎【答案】C ‎【解析】交流电是指电流的方向随时间做周期性变化的电流；由图可知，符合条件的只有C。‎ ‎2． ‎ ‎【答案】C ‎【解析】当线框平面平行于磁感线时，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大，即最大，故正确选项为C。‎ ‎3． ‎ ‎【解析】B、C、D中线圈产生的感应电流方向均发生变化，故产生交变电流，A中不产生感应电流。‎ ‎4． ‎ ‎【答案】B ‎【解析】实际上，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时，线圈平面与磁场方向平行开始计时，产生交变电动势：e＝Emcosωt＝Babωcosωt。当t＝0时，cosωt＝1，虽然磁通量Φ＝0，但是电动势有最大值Em＝Babω，根据法拉第电磁感应定律：E＝，可知当电动势为最大值时，对应的磁通量的变化率也最大，即Em＝（）max＝Babω。故正确选项为B。‎ ‎5． ‎ ‎【答案】A ‎【解析】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时，产生的电动势e＝BSωsinωt，由此判断，只有A选项符合。‎ ‎6． ‎ ‎【答案】B ‎【解析】从图象可知交流电的周期为2π s，频率为 Hz，t＝π s时，e＝0最小，A、C错；t＝0时，e最小，Φ最大，B对；t＝π s时，e＝－10 V，e最大，最大，“－”号表示方向，D错。‎ ‎7． ‎ ‎【答案】B ‎【解析】由题图甲可知，t=0时，通过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面位置。t=0.01 s时刻，磁通量为零，但磁通量变化率最大，所以A错误，B正确；t=0.02 s时，交流电动势应为0，C、D均错误。‎ ‎8． ‎ ‎【答案】A　‎ ‎【解析】无论是绕P1转动还是绕P2转动，线圈转到图示位置时产生的电动势都为最大值Em=nBSω，由欧姆定律可知此时I相等，A对，B错；由右手定则可知线圈中电流方向为a→d→c→b→a，故C错；cd边所受的安培力F＝BLcdI，故F一样大，D错。‎ 第Ⅱ部分 非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎9． ‎ ‎【答案】2NBl2ω ‎ ‎【解析】bc、ad边的运动速度v=ωl 感应电动势Em=4NBlv 解得Em=2NBl2ω 电流Im==‎ F=2NBIl=‎ ‎10． ‎ ‎【答案】0.02 Wb　 100 V ‎【解析】穿过线圈平面的最大磁通量 Φm＝BS＝Bl1l2＝0.4×0.2×0.25 Wb＝0.02 Wb 线圈在题图所示位置时电动势达到最大值，此时感应电动势的值为 e＝Em＝nBSω＝nBl1l2ω＝50×0.4×0.2×0.25×100V＝100 V ‎11． ‎ ‎【答案】(1)e＝10cos 100πt V　‎ ‎(2)‎ ‎【解析】 (1)线框转动，开始计时的位置为线圈平面与磁感线平行的位置，产生的交变电流按余弦规律变化，在t时刻线框转过的角度为ωt，此时刻e＝Bl1l2ωcos ωt 即e＝BSωcosωt 其中B＝ T，S＝0.1×0.2 m2＝0.02 m2，ω＝2πn＝2π×50 rad/s＝100π rad/s 故e＝×0.02×100πcos 100πt V ‎ 即e＝10cos 100πt V ‎ ‎(2)T＝＝0.02 s，线框中感应电动势随时间变化关系的图象如图所示 ‎12． ‎ ‎【答案】(1) 　(2)u＝nBSωsinωt V ‎【解析】(1)通过电阻R的电荷量q＝·Δt 由闭合电路欧姆定律得，＝‎ 由法拉第电磁感应定律得，＝n ΔΦ＝BS－(－BS)＝2BS 联立以上四式得：q＝‎ ‎(2)线圈由中性面开始转动，感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBSωsinωt V 由闭合电路欧姆定律可知，i＝‎ 电阻R两端的电压u＝i·R 解以上三式得：u＝nBSωsinωt V