2018-2019學(xué)年高中物理 第五章 交變電流 課時(shí)提升作業(yè)七 5.1 交變電流 新人教版選修3-2

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1、課時(shí)提升作業(yè) 七 交變電流 (40分鐘　100分) 一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分) 1.(2018·揭陽高二檢測(cè))如圖所示圖象中屬于直流電的是 (　　) 【解析】選D。圖A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化,故它們屬于交變電流,但不是按正(余)弦函數(shù)規(guī)律變化的交變電流;圖D中e的方向未變化,是直流電,故選D。 2. (多選)如圖所示,矩形線框置于豎直向下的磁場(chǎng)中,通過導(dǎo)線與靈敏電流表相連,線框在磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)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

2、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C、D。線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shì)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(shì)最大,A、B錯(cuò),C對(duì);由交變電流的峰值表達(dá)式Im=可知,角速度增大一倍后,電流的峰值增大一倍,D正確。 3.(多選)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)e=220sin100πt V,則下列判斷正確的是 (　　) A.t=0時(shí),線圈位于中性面位置 B.t=0時(shí)

3、,穿過線圈平面的磁通量最大 C.t=0時(shí),線圈的有效切割速度方向垂直磁感線 D.t=0時(shí),線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到峰值 【解析】選A、B。因按正弦規(guī)律變化,故t=0時(shí)線圈位于中性面,A正確;t=0時(shí)穿過線圈的磁通量最大,B正確;t=0時(shí),線圈的有效切割速度方向與磁感線平行,不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),故C、D錯(cuò)誤。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 已知交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i=311sin100πt(A),從t=0到第一次電流出現(xiàn)最大值時(shí)間是 (　　) A.0.005 s　　B.0.001 s　　C.0.02 s　　D.0.01 s 【解析】選A。交變電流瞬時(shí)表達(dá)式i=311sin100πt(A),是從線圈經(jīng)過

4、中性面開始計(jì)時(shí)的,故在100πt=時(shí)刻第一次出現(xiàn)電流峰值,即0.005 s。 4.如圖所示,一閉合單匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),除了轉(zhuǎn)軸分別為OO′和ab邊外,其他條件均相同。則在這兩種情況下,線圈中產(chǎn)生的正弦交變電流 (　　) A.最大值不同　　　　　B.瞬時(shí)值不同 C.變化規(guī)律不同　 D.一切都相同 【解析】選D。根據(jù)e=nBSωcosωt知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)。 5.(多選) (2018·棗莊高二檢測(cè))矩形線圈的匝數(shù)為50匝,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。下列結(jié)論正確的是 (　　) A.在t=0

5、.1 s和t=0.3 s時(shí),電動(dòng)勢(shì)最大 B.在t=0.2 s和t=0.4 s時(shí),電動(dòng)勢(shì)改變方向 C.電動(dòng)勢(shì)的最大值是157 V D.在t=0.4 s時(shí),磁通量變化率最大,其值為3.14 Wb/s 【解析】選C、D。從圖中可知,在0.1 s和0.3 s時(shí)刻,穿過線圈的磁通量最大,此時(shí)磁通量的變化率等于零;0.2 s和0.4 s時(shí)刻,穿過線圈的磁通量為零,但此時(shí)磁通量的變化率最大,此時(shí)電動(dòng)勢(shì)方向不會(huì)改變,由此得A、B錯(cuò)誤。根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的最大值公式:Em=nBSω,Φm=BS,ω=,可得:Em= V=157 V;磁通量變化率的最大值應(yīng)為=3.14 Wb/s,故C、D正確。 6.(多選)(20

6、18·泰安高二檢測(cè))關(guān)于中性面,下列說法正確的是 (　　) A.線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中經(jīng)中性面位置時(shí),穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零 B.線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中經(jīng)中性面位置時(shí),穿過線圈的磁通量為零,磁通量的變化率最大 C.線圈每經(jīng)過一次中性面,感應(yīng)電流的方向就改變一次 D.線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周經(jīng)過中性面一次,所以線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電流的方向就改變一次 【解析】選A、C。中性面是線圈平面與磁感線平面垂直的位置,線圈經(jīng)過該位置時(shí),穿過線圈的磁通量最大,各邊都不切割磁感線,不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),所以磁通量的變化率為零,A選項(xiàng)正確,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;線圈每經(jīng)過一次中性面,感應(yīng)電流的方向就改變一次,線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周經(jīng)過

7、中性面兩次,所以每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電流的方向就改變兩次,C選項(xiàng)正確,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 7.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過程中,平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為 (　　) A.2∶π　　　B.π∶2　　　C.2π∶1　　　D.1∶2π 【解析】選A。轉(zhuǎn)動(dòng)180°過程中,平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由E=計(jì)算,得==,最大值Em=BSω,二者之比為2∶π。 8.如圖所示,矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí) (　　) A.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流等于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流 B.線圈

8、繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) C.線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向相同,都是a→b→c→d D.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力 【解析】選A。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置無關(guān),選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;繞兩個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小相等,從上向下看,線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),電流的方向應(yīng)為a→d→c→b,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電流相等,cd受到的安培力也相等,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 二、非選擇題(本題共2小題,共44分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 9. (18分)(2018·南平高二檢測(cè))如圖所

9、示為某交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象,從圖象中可知交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為________V。若此交流線圈共100匝,則穿過此線圈的最大磁通量是________Wb。 【解析】由圖可知,電動(dòng)勢(shì)最大值為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)一個(gè)100匝的矩形線圈,其面積為200 cm2、電阻為10 Ω,與外電阻R=90 Ω 相接后,它在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象如圖所示,求線圈所在處勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。 【解析】設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em=

10、NBSω=NBS,由閉合電路歐姆定律得:Im=,由此可得:B= 由圖知:Im=π×10-2 A,T=0.10 s, 由題可得:S=200 cm2=0.02 m2,R+r=90 Ω+10 Ω=100 Ω,N=100, 把上述條件代入B=得:B=0.025 T 答案:0.025 T 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T,邊長(zhǎng)L=10 cm的正方形線圈abcd共100匝,線圈電阻r=1 Ω,線圈繞垂直于磁感線的軸OO1勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度 ω=2π rad/s,外電路電阻R=4 Ω。求: (1)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。 (2)由圖示位置(線圈平面與磁感線

11、平行)轉(zhuǎn)過30°角的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 【解析】(1)設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em,則Em=NBL2ω=100××0.01×2π V=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(shì)為,則=N,Δt=,ΔΦ=BL2sin30°,代入數(shù)據(jù)解得E= V 答案:(1)2 V　(2) V 【能力挑戰(zhàn)區(qū)】 1.如圖所示,線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(由上向下看是逆時(shí)針方向),當(dāng)轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí),磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的變化情況是 (　　) A.磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都在變大 B.磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都在變小 C.磁通量在變小,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在變大 D.

12、磁通量在變大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在變小 【解析】選D。由圖可以看出線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),線圈平面向垂直磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng),磁通量在變大,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;線圈的兩水平邊不切割磁感線,兩豎直邊切割磁感線,但垂直磁場(chǎng)方向的分量減小,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小,選項(xiàng)D正確,A錯(cuò)誤。 2.如圖所示為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型,勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T,線圈匝數(shù)n=50,每匝線圈面積為0.48 m2,轉(zhuǎn)速為150 r/min,在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,從圖示位置開始計(jì)時(shí)。 (1)寫出交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。 (2)畫出e-t圖線。 【解析】(1)當(dāng)線圈平面經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí),則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角度ωt,于是感應(yīng)電

13、動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值e=Emsinωt,其中Em=nBSω。由題意知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)根據(jù)交流電的函數(shù)表達(dá)式畫圖線時(shí),最大值是正弦圖線的峰值,由縱軸上的刻度值標(biāo)出,交流電的頻率與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng),ω=,而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出,T==0.4 s,e-t圖線如圖所示。 答案:(1)e=188sin5πt(V)　(2)見解析圖 【總結(jié)提升】與交變電流圖象有關(guān)問題的解題方法 (1)明確線圈在磁場(chǎng)中的位置及其轉(zhuǎn)動(dòng)情況。 (2)掌握線圈及其相關(guān)的物理量,利用Em=NBSω算出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。 (3)根據(jù)中性面的特點(diǎn),結(jié)合線圈在不同時(shí)刻的位置及其位置變化情況,利用楞次定律或右手定則判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向,再利用閉合電路的歐姆定律、電路知識(shí)等進(jìn)行分析和計(jì)算。 (4)根據(jù)題意和要求,寫出某一物理量的瞬時(shí)值的表達(dá)式,求出某一時(shí)刻的瞬時(shí)值或畫出某物理量隨時(shí)間變化的規(guī)律(用圖象表示)。 (5)對(duì)于給出圖象的題目,要分析好圖象各坐標(biāo)軸、斜率等含義,找出已知條件。 7