2020学年高中物理 第五章 交变电流 课时提升作业七交变电流

2020学年高中物理 第五章 交变电流 课时提升作业七交变电流

课时提升作业 七 交变电流 ‎ ‎(40分钟　100分)‎ 一、选择题(本题共8小题,每小题7分,共56分)‎ ‎1.(2020·揭阳高二检测)如图所示图象中属于直流电的是 (　　)‎ ‎【解析】选D。图A、B、C中e的方向均发生了变化,故它们属于交变电流,但不是按正(余)弦函数规律变化的交变电流;图D中e的方向未变化,是直流电,故选D。‎ ‎2. (多选)如图所示,矩形线框置于竖直向下的磁场中,通过导线与灵敏电流表相连,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,图中线框处于竖直面内,下述说法正确的是 (　　)‎ A.因为线框中产生的是交变电流,所以电流表示数始终为零 B.线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量最大 C.线框通过图中位置瞬间,通过电流表的电流瞬时值最大 D.若使线框转动的角速度增大一倍,那么通过电流表电流的峰值也增大一倍 ‎【解析】选C、D。线框在匀强磁场中匀速转动时,在中性面即线框与磁感线垂直时,磁通量最大,感应电动势最小,而在题中图示位置线框与磁感线平行时,磁通量最小,感应电动势最大,A、B错,C对;由交变电流的峰值表达式Im=可知,角速度增大一倍后,电流的峰值增大一倍,D正确。‎ ‎3.(多选)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=220sin100πt V,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=311sin100πt(A),从t=0到第一次电流出现最大值时间是 (　　)‎ A.0.005 s　　B.0.001 s　　C.0.02 s　　D.0.01 s ‎【解析】选A。交变电流瞬时表达式i=311sin100πt(A),是从线圈经过中性面开始计时的,故在100πt=时刻第一次出现电流峰值,即0.005 s。‎ ‎4.如图所示,一闭合单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,除了转轴分别为OO′和ab边外,其他条件均相同。则在这两种情况下,线圈中产生的正弦交变电流 (　　)‎ A.最大值不同　　　　　B.瞬时值不同 C.变化规律不同　 D.一切都相同 ‎【解析】选D。根据e=nBSωcosωt知,感应电动势与转轴位置无关。‎ ‎5.(多选) (2020·枣庄高二检测)矩形线圈的匝数为50匝,‎ 在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是 (　　)‎ A.在t=0.1 s和t=0.3 s时,电动势最大 B.在t=0.2 s和t=0.4 s时,电动势改变方向 C.电动势的最大值是157 V D.在t=0.4 s时,磁通量变化率最大,其值为3.14 Wb/s ‎【解析】选C、D。从图中可知,在0.1 s和0.3 s时刻,穿过线圈的磁通量最大,此时磁通量的变化率等于零;0.2 s和0.4 s时刻,穿过线圈的磁通量为零,但此时磁通量的变化率最大,此时电动势方向不会改变,由此得A、B错误。根据电动势的最大值公式:Em=nBSω,Φm=BS,ω=,可得:Em= V=157 V;磁通量变化率的最大值应为=3.14 Wb/s,故C、D正确。‎ ‎6.(多选)(2020·泰安高二检测)关于中性面,下列说法正确的是 (　　)‎ A.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零 B.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大 C.线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就改变一次 D.线圈每转动一周经过中性面一次,所以线圈每转动一周,感应电流的方向就改变一次 ‎【解析】选A、C。中性面是线圈平面与磁感线平面垂直的位置,线圈经过该位置时,穿过线圈的磁通量最大,各边都不切割磁感线,不产生感应电动势,所以磁通量的变化率为零,A选项正确,B选项错误;线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就改变一次,线圈每转动一周经过中性面两次,所以每转动一周,‎ 感应电流的方向就改变两次,C选项正确,D选项错误。‎ ‎7.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,从中性面开始转动180°的过程中,平均感应电动势和最大感应电动势之比为 (　　)‎ A.2∶π　　　B.π∶2　　　C.2π∶1　　　D.1∶2π ‎【解析】选A。转动180°过程中,平均感应电动势由E=计算,得==,最大值Em=BSω,二者之比为2∶π。‎ ‎8.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a→b→c→d D.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a→d→c→b,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(本题共2小题,共44分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)‎ ‎9. (18分)(2020·南平高二检测)如图所示为某交变电动势随时间变化的图象,从图象中可知交变电动势的最大值为________V。若此交流线圈共100匝,则穿过此线圈的最大磁通量是________Wb。‎ ‎【解析】由图可知,电动势最大值为310 V,由最大值公式可以求出最大磁通量,Em=nBSω=nΦmω Φm== Wb= Wb。‎ 答案:310　‎ ‎10. (26分)一个100匝的矩形线圈,其面积为200 cm2、电阻为10 Ω,与外电阻R=90 Ω 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,求线圈所在处匀强磁场的磁感应强度的大小。‎ ‎【解析】设匀强磁场的磁感应强度大小为B,感应电动势的峰值Em=NBSω=NBS,由闭合电路欧姆定律得:Im=,由此可得:B=‎ 由图知:Im=π×10-2 A,T=0.10 s,‎ 由题可得:S=200 cm2=0.02 m2,R+r=90 Ω+10 Ω=100 Ω,N=100,‎ 把上述条件代入B=得:B=0.025 T 答案:0.025 T ‎【补偿训练】‎ 如图所示,匀强磁场的磁感应强度B= T,边长L=10 cm的正方形线圈abcd共100匝,线圈电阻r=1 Ω,线圈绕垂直于磁感线的轴OO1匀速转动,角速度 ω=2π rad/s,外电路电阻R=4 Ω。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=NBL2ω=100××0.01×2π V=2 V ‎(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,Δt=,ΔΦ=BL2sin30°,代入数据解得E= V 答案:(1)2 V　(2) V ‎【能力挑战区】‎ ‎1.如图所示,线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向),当转到图示位置时,磁通量和感应电动势大小的变化情况是 (　　)‎ A.磁通量和感应电动势都在变大 B.磁通量和感应电动势都在变小 C.磁通量在变小,感应电动势在变大 D.磁通量在变大,感应电动势在变小 ‎【解析】选D。由图可以看出线圈逆时针转动,线圈平面向垂直磁场方向转动,磁通量在变大,选项B、C错误;线圈的两水平边不切割磁感线,两竖直边切割磁感线,但垂直磁场方向的分量减小,所以感应电动势减小,选项D正确,A错误。‎ ‎2.如图所示为演示用的手摇发电机模型,匀强磁场磁感应强度B=0.5 T,线圈匝数n=50,每匝线圈面积为0.48 m2,转速为150 r/min,在匀速转动过程中,从图示位置开始计时。‎ ‎(1)写出交变感应电动势瞬时值的表达式。‎ ‎(2)画出e-t图线。‎ ‎【解析】(1)当线圈平面经过中性面开始计时,则线圈在时间t内转过角度ωt,于是感应电动势瞬时值e=Emsinωt,其中Em=nBSω。由题意知n=50,B=0.5 T,‎ ω= rad/s=5π rad/s,S=0.48 m2,Em=nBSω=50×0.5×0.48×5π V≈‎ ‎188 V,所以e=188sin5πt(V)。‎ ‎(2)根据交流电的函数表达式画图线时,最大值是正弦图线的峰值,由纵轴上的刻度值标出,交流电的频率与正弦图线的周期相对应,ω=,而周期由时间轴上的刻度值标出,T==0.4 s,e-t图线如图所示。‎ 答案:(1)e=188sin5πt(V)　(2)见解析图 ‎【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=NBSω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,利用楞次定律或右手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。‎