新教材2023年秋高中物理课时分层作业9交变电流新人教版选择性必修第二册

课时分层作业(九)交变电流题组一正弦交变电流的产生1．关于线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电流，以下说法正确的是()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．线圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次2．(2022·汪清第六中学高二期末)如图所示，线圈匀速转动或匀速直线运动，能产生交变电流的是()ABCD题组二对交变电流的变化规律的理解3．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．0.5Bl1l2ωcosωtC．Bl1l2ωsinωt D．Bl1l2ωcosωt4．(2022·杭州高二检测)在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，如图所示，穿过该线圈的磁通量随时间按正弦规律变化。则()A．t＝0时，线圈位于中性面位置B．t＝0.5s时，线圈中的磁通量变化率为零C．t＝0.8s时，线圈产生的感应电动势处于减小的过程中D．t＝1.0s时，线圈产生的感应电动势为零5．某交流发电机在工作时产生的感应电动势为e＝Emsinωt，若将电枢的转速提高一倍，同时将电枢所围的面积减小一半，其他条件不变，则其感应电动势变为()A．e＝Emsinωt2 B．e＝2EmsinC．e＝Emsin2ωt D．e＝2Emsin2ωt题组三交变电流的图像6．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是()A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变C．t2、t4时刻穿过线圈的磁通量最大D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小7．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图所示，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8．已知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像如图甲所示，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＝0.01s时刻Φ的变化率达最大C．t＝0.02s时刻感应电动势达到最大D．该线圈相应的感应电动势图像如图乙所示9．一台发电机的结构示意图如图所示，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沿半径方向的辐向磁场。从如图所示位置开始计时，规定此时电动势为正值，选项图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()ABCD10．(多选)如图所示，abcd为一边长为l、匝数为N的正方形闭合线圈，绕对称轴OO′匀速转动，角速度为ω。空间中只有OO′左侧存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。若闭合线圈的总电阻为R，则()A．线圈中电动势的最大值为22NBl2B．线圈中电动势的最大值为12NBl2C．在线圈转动一圈的过程中，线圈中有一半时间没有电流D．当线圈转到图中所处的位置时，穿过线圈的磁通量为12Bl11．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的圆心角均为α＝49π，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(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F。12．如图所示，一半径为r＝10cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B＝5π2T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n＝600r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式；(2)求线圈从图示位置开始在160s(3)求线圈从图示位置开始在160s时间课时分层作业(九)12345678910CDDBCBDBDBD1．C[线圈转至中性面时，线圈平面垂直于磁感线，磁通量最大，但磁通量的变化率、感应电动势、感应电流均为零，电流方向恰好发生变化，因此，线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时，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，线圈每转动一周，两次经过中性面，感应电动势和感应电流的方向都改变两次，只有C正确。]2．D[选项A图中，转轴与磁场平行，线圈中磁通量不会发生变化，故没有感应电流产生，故A错误；选项B图中，根据E=Blv，可知产生的是恒定电流，不会产生交变电流，故B错误；选项C图中，穿过闭合回路的磁通量不变，没有感应电流产生，故C错误；选项D图中，线圈沿垂直磁场的转轴转动，可以产生交变电流，故D正确。]3．D[线圈从题图所示位置开始转动，电动势瞬时值的表达式为e=Emcosωt，由题意知Em=BSω=Bl1l2ω，所以e=Bl1l2ωcosωt。故选D。]4．B[t=0时，线圈位于和中性面垂直的位置，A错误；t=0.5s时，线圈中的磁通量变化率为零，B正确；t=0.8s时，线圈产生的感应电动势处于增大的过程中，C错误；t=1.0s时，线圈产生的感应电动势最大，D错误。]5．C[感应电动势的瞬时值表达式e=Emsinωt，而Em=NBSω，转速提高一倍，则ω提高一倍，当ω加倍而S减半时，Em不变，故正确答案为C。]6．B[由题图乙可知，t1、t3时刻通过线圈的磁通量Φ最大，磁通量变化率ΔΦΔt=0，此时感应电动势、感应电流均为零，线圈中感应电流方向改变，A错误，B正确；t2、t4时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，C、7．D[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位置。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，D正确，A、B错误；从A时刻到D时刻线圈转过的角度为3π2弧度，C错误。8．B[t=0时刻磁通量最大，线圈位于中性面位置，故A错误；t=0.01s时刻磁通量为零，线圈位于垂直中性面的位置，电动势最大，磁通量的变化率最大，故B正确；t=0.02s时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，故C错误；感应电动势与磁通量的变化率成正比，电动势随时间变化的图像为正弦曲线，D错误。]9．D[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。]10．BD[最大值Em=12NBl2ω，A错误，B正确；在线圈转动的过程中，线圈始终有一半在磁场中运动，不会有一半时间没有电流，C错误；题图中所示位置中，穿过线圈的磁通量为12Bl2，D11．解析：(1)bc、ad边的运动速度v=ωl感应电动势Em=4NBlv解得Em=2NBl2ω。(2)电流Im=Emr+R，安培力F=解得F=4N答案：(1)2NBl2ω(2)412．解析：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴线匀速转动时，线圈内产生正弦式交变电动势。当线圈平面在中性面时开始计时，其表达式为e=Emsinωt，而在某段时间内的平均电动势可根据E=NΔΦ(1)e=Emsi