2024-2025学年高二物理选择性必修第二册（粤教版）第3章 交变电流 分层作业13 认识交变电流

分层作业13认识交变电流A组必备知识基础练1.如图所示,属于交变电流的是()2.如图所示,家庭电路的交变电流图像为()3.(2024广东广州高二期中)交流发电机的示意图如图所示,当线圈ABCD绕垂直于磁场方向的转轴OO'匀速转动时,下列说法正确的是()A.图示位置磁通量最大,磁通量的变化率最大B.图示位置电流最大,方向为A→BC.从图示位置开始转过90°时,电流方向将发生改变D.从图示位置开始转过90°时,感应电动势达到最大值4.一闭合矩形线圈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.通过线圈内的磁通量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时刻线圈中磁通量最大D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小5.(多选)线圈在匀强磁场中转动产生电动势e=10sin20πt(V),则下列说法正确的是()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=0.4s时,e有最大值为102V6.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的角速度从图示位置开始匀速转动,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0.5T.(结果保留小数点后两位)(1)该线框产生的感应电动势最大值、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.B组关键能力提升练7.如图所示,(a)→(b)→(c)→(d)→(e)过程是交流发电机发电的示意图,线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连在金属滑环L上,用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接.下列说法正确的是()A.图(a)中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量变化率最大B.从图(b)开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系是i=ImsinωtC.当线圈转到图(c)位置时,感应电流最小,且感应电流方向改变D.当线圈转到图(d)位置时,感应电动势最小,ab边感应电流方向为b→a8.如图所示,单匝直角三角形导线框OMN在匀强磁场中以ON所在的直线为轴匀速转动,角速度为ω,已知OM边长为l,∠MON=θ,匀强磁场垂直于ON向右,磁感应强度大小为B,则下列说法正确的是()A.导线框OMN内产生大小恒定的电流B.截掉导线MN,则电动势最大值变小C.导线框OMN产生的电流方向为OMNOD.导线框OMN内产生的电动势最大值为12Bl2ωsinθcos9.(多选)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()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10.闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时,线圈中产生正弦式交变电流.若在如图甲所示N、S极间放置一圆柱形铁芯O,受铁芯影响,两极间的磁场如图乙所示,隙缝中的磁感线沿圆柱的半径分布,且只在图乙中所示的左、右各π2的圆心角范围内存在.一边长为l的正方形平面线圈abcd,其中ab、cd两边与铁芯轴线OO'平行,bc、da两边与铁芯的轴线垂直.线圈由图甲所示位置以恒定的角速度ω绕OO'逆时针旋转,试分析线圈中感应电动势随时间的变化规律.(图中ab、cd所在位置磁感应强度为11.一矩形线圈,面积为0.05m2,共100匝,线圈电阻r=1Ω,外接电阻R=4Ω,线圈在磁感应强度B=1πT的匀强磁场中以n=300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动,如图所示.若从中性面开始计时,求(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式;(2)线圈从开始计时经130s时线圈中由此得到的感应电流的瞬时值(3)外电路R两端电压瞬时值的表达式.答案：1.C方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征.A、B、D三项所示的电流大小随时间做周期性变化,但其方向不变,不是交变电流,故A、B、D错误;C选项中电流符合交变电流的特征,故C正确.2.A家庭使用的交变电流是正弦式交变电流.故选A.3.D由图可知,图示位置线圈平面与磁感线的方向垂直,穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率为零,感应电流为零,每经过一次图示位置(中性面),电流方向就改变一次,A、B、C错误;从图示位置开始转过90°时,线圈平面与磁感线的方向平行,穿过线圈的磁通量为零,磁通量变化率最大,感应电动势达到最大值,D正确.4.Bt1、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时刻线圈中磁通量为零,磁通量的变化率最大,即感应电动势最大,C、5.AB由电动势的瞬时值表达式可知计时应从线圈位于中性面时开始,即t=0时,e=0,此时线圈平面位于中性面,磁通量最大,导线速度方向与磁感线平行,切割磁感线的有效速率为0,A、B正确,C错误.当t=0.4s时,代入式中得e=10×sin(20π×0.4)V=0,D错误.6.答案(1)6.28V6.28A(2)5.44V(3)e=6.28sin10πt(V)解析(1)感应电动势最大值为Em=NBSω=10×0.5×0.22×10πV=6.28V电流的最大值为Im=EmR=6.281A(2)线框转过60°时,感应电动势E=Emsin60°=5.44V.(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=6.28sin10πt(V).7.C题图(a)中,线圈在中性面位置,故穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率为0,故A错误;从线圈在中性面位置开始计时的表达式才是i=Imsinωt,故B错误;当线圈转到题图(c)位置时,线圈在中性面位置,故穿过线圈的磁通量最大,产生的感应电流最小,为零,电流方向将改变,故C正确;当线圈转到题图(d)位置时,穿过线圈磁通量最小,磁通量的变化率最大,故感应电动势最大,ab边感应电流方向为b→a,故D错误.8.D当导线框OMN以ON所在的直线为轴匀速转动时,线圈内产生正弦式交变电流,选项A错误;导线MN不切割磁感线,则截掉导线MN,电动势最大值不变,选项B错误;导线框OMN产生的电流方向不断变化,选项C错误;导线框OMN内产生的电动势最大值为Em=BSω=12Bl2ωsinθcosθ,选项D正确9.AC产生正弦式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=ER总可知此时I相等,故A正确,B错误.由右手定则可知电流为a→d→c→b,故C正确.cd边受的安培力F=BLcdI,故F一样大,D10.答案见解析解析线圈由图中位置旋转π4角度过程中,ab、cdv=ω·lEab=Ecd=Blv=Blω·lE总=Eab+Ecd=Bl2ω线圈由π4旋转至34π角度过程中,ab、cd两边不切割磁感线依次分析,电动势变化规律如图所示.(badc为正方向)11.答案(1)e=50sin10πt(V)(2)53A(3)u=40sin10πt(V)解析(1)线圈转速n=300r/min=5r/s角速度ω=2πn=10