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2018版高中物理课时作业九交变电流新人教版选修3_2

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                        课时作业(九) 交变电流
    一、单项选择题
    1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,以下说法中正确的是(  )
    A.线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变
    B.线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次
    C.线圈平面每经过中性面一次,感应电动势和感应电流的方向都要改变一次
    D.线圈转动一周,感应电动势和感应电流方向都要改变一次

    解析:根据交流电的变化规律可得,如果从中性面开始计时有                          e=Emsinωt  和 i=
Imsinωt;如果从垂直于中性面的位置开始计时有                  e=Emcosωt  和 i=Imcosωt,不难看出:
线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向也改变一次;线
圈每转动一周,感应电流和感应电动势方向都改变两次,C                        正确.
    答案:C
    2.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 和 C 时刻线圈处于中性面位置
    B.在  B 和 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          π 弧度
    D.在  A 和 C 时刻磁通量变化率的绝对值最大
    解析:当线圈在匀强磁场中处于中性面位置时,磁通量最大,感应电动势为零,感应
电流为零,B、D      两时刻线圈位于中性面.当线圈平面与磁感线平行时,磁通量为零,磁通
量的变化率最大,感应电动势最大,感应电流最大,A、C                       时刻线圈平面与磁感线平行,
                                       3π
D 正确.从    A 时刻到   D 时刻线圈转过的角度为         2 弧度.故选     D.
    答案:D


    3.如图所示,一线圈在匀强磁场中匀速转动,经过图示位置时(  )
    A.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最大
    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大,磁通量的变化率最小
    D.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最小
    解析:本题主要考查对交变电流的产生过程的理解.由图可知线圈平面与磁感线平行,
应处于垂直于中性面的平面,此时穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最大,所以
A 选项正确.
    答案:A
    4.有一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,在转动过程中,

线圈中的最大磁通量为          Φm,最大感应电动势为          Em,下列说法中正确的是(  )
    A.当磁通量为零时,感应电动势也为零
    B.当磁通量减小时,感应电动势也减小

    C.当磁通量等于       0.5Φm 时,感应电动势为        0.5Em
                 中国现代教育网      www.30edu.com  全国最大教师交流平台

                 Em
    D.角速度    ω=Φm
    解析:由交变电流的产生原理可知,感应电动势与磁通量的变化率有关,与磁通量的

大小无关.磁通量最大时,感应电动势为零;而磁通量为零时,感应电动势最大且                                   Em=
BSω=Φmω,故选项        D 正确.
    答案:D

    5.交流发电机在工作时的电动势              e=Emsinωt.若将线圈匝数、线圈面积都提高到原
来的两倍,其他条件不变,则电动势变为(  )

    A.e=2Emsinωt B.e=4Emsinωt
          1               1

    C.e=2Emsinωt  D.e=4Emsinωt
    解析:由电动势最大值表达式             Em=NBSω,N、S    变为原来的两倍,则最大值变为             4Em,
故  B 正确.
    答案:B


    6.如图所示,一单匝矩形线圈             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      ω  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(  )

    A.0.5Bl1l2ωsinωt
    B.0.5Bl1l2ωcosωt
    C.Bl1l2ωsinωt
    D.Bl1l2ωcosωt
    解析:线圈从题图位置开始转动,感应电动势瞬时值表达式为                          e=Emcosωt,由题意,
Em=BSω=Bl1l2ω,所以      e=Bl1l2ωcosωt.
    答案:D
    二、多项选择题
    7.在匀强磁场中的矩形线圈从中性面开始匀速转动,穿过线圈平面的磁通量与时间
t 的关系图象是图中的(  )


    解析:矩形线圈在中性面时,穿过线圈的磁通量最大,则                        Φ-t   图象是按余弦规律变
化,C、D   项正确.
    答案:CD
    8.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,所产生的交变电流的波形图如图所示,下列说法
中正确的是(  )


    A.在  t1 时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
    B.在  t2 时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
    C.在  t3 时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
    D.在 t4  时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
    解析:从题图可知,t1、t3         时刻线圈中感应电流达到峰值,磁通量变化率达到峰值,
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而磁通量最小,线圈平面与磁感线平行;t2、t4                  时刻感应电流等于零,磁通量变化率为零,
线圈处于中性面位置,磁通量达到峰值,正确答案为                      B、C.
    答案:BC
    9.


    如图所示,一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,转动过程
中线框中产生的感应电动势的瞬时值表达式为                    e=0.5sin(20t)  V,由该表达式可推知以下
哪些物理量(  )
    A.匀强磁场的磁感应强度
    B.线框的面积
    C.穿过线框的磁通量的最大值
    D.线框转动的角速度
    解析:根据正弦式交变电流的感应电动势的瞬时值表达式:e=BSωsinωt,可得

ω=20    rad/s,而磁通量的最大值为          Φm=BS,所以可以根据        BSω=0.5    V 求出磁通量的
最大值.
    答案:CD
    10.


    如图所示,单匝矩形线圈           abcd 的边长分别是     ab=L,ad=D,线圈与磁感应强度为
B 的匀强磁场平行,线圈以          ab 边为轴做角速度为        ω 的匀速转动,下列说法中正确的是(从
图示位置开始计时)(  )
    A.t=0  时线圈的感应电动势为          0
    B.转过   90°时线圈的感应电动势为           0
                                              1
    C.转过   90°的过程中线圈中的平均感应电动势为2ωBLD
                                              2ωBLD
    D.转过   90°的过程中线圈中的平均感应电动势为                   π
    解析:由题意      t=0  时,B∥S,此时感应电动势最大,当线圈转过                  90°时,线圈位于
中性面位置,感应电动势为            0,故选项    A 错误,选项     B 正确;线圈转过      90°的过程中
                               π
                            θ  2                            ΔΦ  2ωBLD
ΔΦ=BS=BLD,所用时间         Δt=ω=ω.由法拉第电磁感应定律知,E=                Δt =   π  ,故选
项  C 错误,选项    D 正确.
    答案:BD
    三、非选择题
    11.一矩形线圈有       100 匝,面积为     50 cm2,线圈内阻     r=2   Ω,在匀强磁场中绕垂直
于磁场方向的轴匀速转动,从线圈平面与磁场平行时开始计时,已知磁感应强度                                  B=0.5 
T,线圈的转速      n=1   200 r/min,外接一用电器,电阻为          R=18   Ω,试写出     R 两端电压的
瞬时值表达式.
    解析:角速度      ω=2πn=40π rad/s,
                                    -4
    最大值   Em=nBSω=100×0.5×50×10       ×40π V=10π V,
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    线圈中感应电动势        e=Emcosωt=10πcos(40πt) V,
                          e
    由闭合电路欧姆定律         i=R+r,
    故 R 两端电压    u=Ri=9πcos(40πt) V.
    答案:u=9πcos(40πt) V
    12.如图所示,在匀强磁场中有一个“π”形导线框可绕                       AB 轴转动,已知匀强磁场的
             5 2
磁感应强度     B=  π  T,线框的     CD 边长为  20 cm,CE、DF   长均为   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的图象.
    解析:(1)线框转动,开始计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置,在                              t 时刻线框

转过的角度为      ωt,此时刻     e=Bl1l2ωcosωt,
                           5 2
    即 e=BSωcosωt.其中     B=  π  T,
    S=0.1×0.2 m2=0.02 m2,
    ω=2πn=2π×50 rad/s=100π rad/s,
         5 2
    故 e=  π ×0.02×100πcos(100πt) V,
    即:e=10    2cos(100πt) V.
    (2)线框中感应电动势随时间变化的图象如图所示:


    答案:(1)e=10     2cos(100πt) V (2)见解析图
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