广西专版2024-2025学年新教材高中物理第3章交变电流1交变电流课后训练新人教版选择性必修第二册

1交变电流课后·训练提升基础巩固一、选择题(第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)1.如图所示的各图像中表示交变电流的是()答案D解析选项A、B、C的图像中,图线都分布在t轴的一侧,即电流方向没有发生变更,都表示直流;选项D的图像中,图线分布在t轴两侧,电流的大小、方向均做周期性变更,是交变电流。故选项D正确。2.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,当线圈通过中性面时()A.线圈平面与磁感线方向平行B.通过线圈的磁通量达到最大值C.通过线圈的磁通量的变更率达到最大值D.线圈中的感应电动势达到最大值答案B解析当线圈通过中性面时,线圈平面与磁感线方向垂直,通过线圈的磁通量达到最大值,磁通量的变更率为零,线圈中的感应电动势为零,选项A、C、D错误,B正确。3.磁脉冲传感器是汽车防抱死刹车(ABS)系统的关键装置,它能测定车轮是否还在转动。假如测出车轮不再转动,就会自动放松制动机构,让轮子仍保持缓慢转动状态。图甲中,B是一根永久磁铁,外面绕有线圈,左端靠近一个铁质齿轮,齿轮与转动的车轮是同步的。图乙是车轮转速为n时输出电流随时间变更的图像。若车轮转速变为n2,则其图像应为下图中的(答案C解析车轮转速减慢,角速度减小,依据法拉第电磁感应定律可知,感应电流变小,电流变更的周期变大,选项C正确。4.如图所示,KLMN是一个竖直的匝数为n的矩形导线框,全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R,MN边水平,线框绕竖直固定轴以角速度ω匀速转动(俯视逆时针)。当MN边与磁场方向的夹角为30°时(图示位置),下列说法正确的是()A.导线框中产生的瞬时电动势的大小是32nBSB.导线框中电流的方向是K→L→M→N→KC.导线框再转过60°时导线框中产生的电流达到最大值D.导线框旋转过程中穿过导线框的磁通量的变更率恒定答案A解析导线框中产生的瞬时电动势的大小是e=Emcos30°=nBωScos30°=32nBSω,选项A正确。由楞次定律可知,导线框中电流的方向是K→N→M→L→K,选项B错误。线框与磁感线平行时感应电流最大,则导线框再转过150°时导线框中产生的电流达到最大值,选项C错误。导线框旋转过程中由于感应电动势不断变更,依据E=nΔΦΔ5.一闭合矩形线圈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的变更规律如图乙所示,下列说法正确的是()A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变更率最大B.t1、t3时刻线圈中感应电流方向变更C.t2、t4时刻通过线圈的磁通量最大D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小答案B解析t1、t3时刻通过线圈的磁通量Φ最大,磁通量变更率为零,此时感应电动势、感应电流均为零,线圈中感应电流方向变更,选项A错误,B正确。t2、t4时刻通过线圈的磁通量为零,磁通量的变更率最大,即感应电动势最大,选项C、D错误。6.某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生交变电流的图像如图所示,由图中信息可以推断()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.A→D线圈转过的角度为32D.若O→D历时0.02s,则在1s内交变电流的方向变更100次答案CD解析由题图可知,在O、B、D时刻感应电流为零,所以此时线圈恰好在中性面位置,且穿过线圈的磁通量最大,故选项B错误。在A、C时刻感应电流最大,线圈处于和中性面垂直的位置,此时穿过线圈的磁通量为零,故选项A错误。从A到D,线圈旋转34周,转过的角度为32π,故选项C正确。假如从O到D历时07.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102V答案AB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起先,所以t=0时,线圈平面位于中性面,穿过线圈的磁通量最大,但此时导线切割磁感线的有效速率为零,选项A、B正确,C错误。当t=0.4s时,解得e=0,选项D错误。二、非选择题8.如图所示,线圈abcd的面积是0.05m2,共100匝,线圈的总电阻r=1Ω,外接电阻R=9Ω,匀强磁场的磁感应强度B=1πT,线圈以角速度ω=100π(1)若线圈经过图示位置(线圈平面与磁感线垂直)时起先计时,写出线圈中感应电动势瞬时值的表达式。(2)写出交变电流的瞬时值表达式。(3)求线圈由图示位置转过π2答案(1)e=500sin100πt(V)(2)i=50sin100πt(A)(3)1000π解析(1)线圈中感应电动势的最大值为Em=nBSω=100×1π×0.05×100πV=线圈中感应电动势瞬时值e=Emsinωt所以e=500sin100πt(V)。(2)交变电流的最大值Im=EmR+所以电流的瞬时值表达式为i=50sin100πt(A)。(3)E=nΔΦ实力提升一、选择题(第1~4题为单选题,第5题为多选题)1.对于如图所示的电流i随时间t做周期性变更的图像,下列说法正确的是()A.电流大小变更,方向不变,是直流B.电流大小、方向都变更,是沟通C.电流的周期是0.02s,最大值是0.2AD.电流做周期性变更,是沟通答案A解析大小变更,但方向不变的电流为直流,大小变更,方向也变更的为沟通,大小、方向均不变的为恒定电流,选项A正确,B、D错误。电流的周期是0.01s,选项C错误。2.如图甲所示,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO'匀速转动,从某时刻起先计时,产生的感应电动势e随时间t的变更曲线如图乙所示,若线圈匝数为100,外接电阻R=70Ω,线圈电阻r=10Ω,则下列说法正确的是()A.通过线圈的最大电流为1.25AB.线圈的角速度为50rad/sC.电压表的示数为502VD.穿过线圈的最大磁通量为2π答案A解析依据闭合电路的欧姆定律可知I=EmR+r=10070+10A=1.25A,即通过线圈的最大电流为1.25A,选项A正确。电压表测量的是有效值,故电压表的示数为U=I2R=17524V,选项C错误。由题图乙可知周期T=0.04s,转动的角速度为ω=2πT=503.一只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更的图像如图所示。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的变更率为0C.t=0.02s时刻,感应电动势达到最大D.从t=0.01s时刻至t=0.04s时刻线圈转过的角度是32答案D解析由题图像可知t=0、t=0.02s、t=0.04s时刻线圈平面位于中性面位置,Φ最大,ΔΦΔt=0,故E=0,选项A、C错误。t=0.01s、t=0.03s、t=0.05s时刻线圈平面与磁感线平行,Φ最小,ΔΦΔt最大,故E最大,选项B错误。由题图像可知,从t=0.01s时刻至t=0.4.为了探讨交变电流的产生过程,小张同学设计了如下试验方案:第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中,线圈绕转轴OO1按图甲所示方向匀速转动(ab向纸外,cd向纸内),并从图甲所示位置起先计时,此时产生的交变电流如图乙所示。其次次他仅将转轴移至ab边上,第三次他仅将转轴OO1右侧的磁场去掉,关于后两次的电流图像,下列说法正确的是()A.其次次是a图 B.其次次是c图C.第三次是b图 D.第三次是d图答案D解析其次次他仅将转轴移到ab边上,产生的交变电流的电动势E=BSωsinωt,产生的交变电流的图像与图乙一样,故选项A、B错误。第三次仅将转轴OO1右侧的磁场去掉,在完整的周期内,始终只有一条边切割磁感线,所以交变电流的数值减半,故选项C错误,D正确。5.如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动,产生的电动势随时间变更的规律如图乙所示。则下列说法正确的是()A.t=0.01s时穿过线框的磁通量最小B.该线圈转动的角速度大小为πrad/sC.该电动势的瞬时值表达式为e=222sin100πt(V)D.线框平面与中性面的夹角为45°时,电动势瞬时值为22V答案CD解析由题图像知,t=0.01s时,感应电动势为零,则穿过线框的磁通量最大,故选项A错误。该线圈转动的角速度大小为ω=2πT=100πrad/s,故选项B错误。当t=0时,电动势为零,线圈平面与磁场方向垂直,故该电动势的瞬时值表达式为e=Emsinωt=222sin100πt(V),故选项C正确。线框平面与中性面的夹角为45°时,电动势瞬时值为e=Emsin45°二、非选择题6.如图所示,在匀强磁场中有一个“π”形导线框,可绕AB轴转动,已知匀强磁场的磁感应强度B=52πT,线框相邻两边相互垂直,其中CD边长为20cm,CE、DF长均为10cm,转速为50r/s。若从图示(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式。(2)求出由图示位置转过30°过程中线框产生的平均电动势。(3)作出线框中感应电动势随时间变更的e-t图像。答案(1)e=102cos100πt(V)(2)302πV解析(1)线框转动,起先计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置,CD边长为l1=20cm,CE、DF边长为l2=10cm,在t时刻线框转过的角度为ωt,此时刻e=Bl1l2ωcosωt其中B=52l1·l2=0.2×0.1m2=0.02m2ω=2πn=2π×50rad/s=100πrad/s故e=52π×0.02×100πcos100π即e=102cos100πt(V)。(2)线框由题图所示位置转过30°的过程中,有ΔΦ=12Bl1lΔt=π则平均电动势E=ΔΦ(3)线框中感应电动势随时间变更的图像如图所示。7.如图所示,有一个正方形线框的线圈匝数为10,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,垂直于线框平面对里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T。求:(1)该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值;(2)线框从