高中物理人教版2第五章交变电流 第5章第1节

第五章第一节基础夯实一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)1．(辽宁锦州市2023～2023学年高二下学期期末)如图所示，属于交流电的是eq\x(导学号09152210)(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．(四川省资阳中学2023～2023学年高二下学期期中)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eq\x(导学号09152211)(A)解析：由题意可知，只有A图在切割磁感线，导致磁通量在变化，从而产生正弦交变电动势e＝BSωsinωt，而BCD图均没有导致磁通量变化，故A正确，BCD错误，故选A。3．(烟台二中2023～2023学年高二检测)如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是eq\x(导学号09152212)(C)A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流C．图示位置ab边的感应电流方向为a→bD．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零解析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次。线圈处于图示位置时，ab边向右运动，ab边的感应电流方向为a→b；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大。4．(南京金陵中学2023～2023学年高二检测)处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直，在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合(如图所示)，线圈的cd边离开纸面向外运动，若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流方向为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图象是下图中的eq\x(导学号09152213)(C)解析：分析交变电流的图象问题应注意图线上某一时刻对应线圈在磁场中的位置，将图线描述的变化过程对应到线圈所处的具体位置是分析本题的关键，线圈在图示位置时磁通量为零，但感应电流为最大值；再由楞次定律可判断线圈在转过90°的过程中，感应电流方向为正，故选项C正确。5．线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e＝10sin(20πt)V，则下列说法正确的是eq\x(导学号09152214)(AB)A．t＝0时，线圈平面位于中性面B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速率最大D．t＝时，e有最大值10eq\r(2)V解析：由电动势的瞬时值表达式可知计时从线圈位于中性面时开始，所以t＝0时，线圈平面位于中性面，磁通量为最大，但此时导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t＝时，e＝10sin(20πt)＝10×sin(20π×V＝0，D错误。6．(呼和浩特二中2023～2023学年高二期末)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eq\x(导学号09152215)(AC)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转动时的电流的方向相同，都是a→d→c→bD．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：产生正弦交变电流的条件是轴和磁感线垂直，与轴的位置和线框形状无关，转到图示位置时产生的电动势E具有最大值Em＝nBSω由欧姆定律I＝eq\f(E,R总)可知此时I相等，故A对，B错。由右手定则可知电流为a→d→c→b，故C对。cd边受的安培力F＝BLcdI，故F一样大，D错。二、非选择题7．(青州市实验中学2023～2023学年高二下学期期中)有一10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图所示垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为。问：eq\x(导学号09152216)(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式。答案：(1)6.28A(2)(3)e＝πt(V)解析：(1)交变电流电动势最大值为Em＝nBSω＝10×××10πV＝，电流的最大值为Im＝Em/R＝6.28A(2)线框转过60°时，感应电动势E＝Emsin60°＝(3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时值表达式为e＝Emsinωt＝πt(V)能力提升一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)1．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，从中性面开始转动180°角过程中，平均感应电动势和最大感应电动势之比为eq\x(导学号09152217)(B)A．eq\f(π,2) B．eq\f(2,π)C．2π D．π解析：线圈从中性面转过180°角过程中，磁通量的变化为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BS－(－BS)＝2BS，平均感应电动势eq\x\to(E)＝eq\f(NΔΦ,Δt)＝eq\f(2NBS,\f(π,ω))＝eq\f(2NBSω,π)，最大感应电动势Em＝NBSω，则平均感应电动势和最大感应电动势之比为eq\f(2,π)。2．一台发电机的结构示意图如图甲所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图甲所示位置开始计时，此时电动势为正值，图乙中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是eq\x(导学号09152218)(D)解析：由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由于每个周期磁场方向要改变两次，所以产生的感应电动势的方向也要改变两次，选项D正确。3.在垂直于纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd。线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合，线圈平面与磁场方向垂直。从t＝0时刻起，线圈以恒定的角速度ω＝eq\f(2π,T)绕cd边沿如图所示的方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变化的图像是图中的eq\x(导学号09152219)(B)解析：t＝0时线圈位于中性面处，i＝0，故选项C、D错误；t＝0后的eq\f(T,4)内，线圈的有效面积减小，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律知线圈内的电流流向adcba，与规定的正方向相反，故选项A错误，选项B正确。4．(安徽宁国2023～2023学年高二联考)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的关系图象如图所示，则eq\x(导学号09152220)(AC)A．在t＝0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势最小B．在t＝1×10－2s时刻，感应电动势最小C．在2×10－2s时刻，感应电动势为零D．在0～2×10－2s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零解析：在t＝0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势最小，A正确。在t＝1×10－2s时刻，磁通量最小，感应电动势最大，B错误。在t＝2×10－2s时刻，磁通量最大，感应电动势为零，C正确，在0～2×10－2s时间内，eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(2Φm,2×10－2s)≠0，D错误。5．一个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的变化图像如图所示，则下列说法中正确的是eq\x(导学号09152221)(BC)A．t＝0时，线圈平面与中性面平行B．t＝时，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大C．t＝时，线圈中有最大感应电动势D．t＝时，线圈中有最大感应电流解析：当Φ＝Φmsinωt时，感应电动势e＝Emcosωt，当t＝0时，Φ＝0，线圈平面与中性面垂直，线圈中有最大的感应电动势和感应电流，此类时刻还有、、，而感应电动势最大时，磁通量的变化率也最大。t＝时，感应电动势为零，故选项B、C正确。二、非选择题6．(揭阳2023～2023学年高二检测)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＝，线圈匝数n＝50，每匝线圈面积为0.48m2，转速为150rad/min，在匀速转动过程中，从图示位置开始计时。eq\x(导学号09152222)(1)写出交变感应电动势瞬时值的表达式。(2)画出e－t图线。答案：(1)e＝188sin5πt(V)(2)见解析图解析：(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＝