2025版高中物理第五章1交变电流练习含解析新人教版选修3-2

PAGE3-1交变电流1.(2024·浙江丽水检测)一线圈在匀强磁场中匀速转动,在如图所示位置时(C)A.穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变更率最小B.穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变更率最大C.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变更率最大D.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变更率最小解析:当线圈平面平行于磁感线时,磁通量最小,但e为最大,即ΔΦ2.(2024·江苏南通检测)某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动,产生交变电流的图象如图所示,由图中信息可以推断(C)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O时刻到D时刻线圈转过的角度为2πD.若从O时刻到B时刻历时0.02s,则交变电流的频率为50Hz解析:A,C时刻电流最大,位于与中性面垂直的位置,故A错.B,D时刻,电流最小,处于中性面位置,磁通量最大,故B错.从O时刻到D时刻是一个周期,线圈转过的角度为2π,故C对.若从O时刻到B时刻历时0.02s,则交变电流的频率为25Hz,故D错.3.(多选)如图所示为演示交变电流产生的装置图,关于这个试验,下列说法正确的是(AC)A.线圈每转动一周,指针左右各摇摆一次B.图示位置为中性面,线圈中无感应电流C.线圈逆时针转动到图示位置ab边的感应电流方向为a→bD.线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变更率为零解析:线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生呈周期性变更的交变电流,线圈经过中性面时电流变更方向,线圈每转动一周,有两次通过中性面,电流方向变更两次,指针左右各摇摆一次,故选项A正确;线圈处于图示位置时,ab边向右运动,由右手定则,ab边的感应电流方向为a→b,故选项B错误,C正确;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,磁通量的变更率最大,故选项D错误.4.(2024·甘肃兰州检测)如图所示,有一矩形线圈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从图示位置起先匀速转动,则t时刻线圈中的感应电动势为(D)A.0.5Bl1l2ωsinωt B.0.5Bl1l2ωcosC.Bl1l2ωsinωt D.Bl1l2ωcos解析:公式e=Emsinωt只适用于线圈平面位于中性面时起先计时的状况,若t=0时线圈不在中性面,上式就不适用了.题中所给初始时刻线圈平面与磁感线平行,即与中性面垂直,此时e=Emsin(ωt+π2)=Emcosωt=Bl1l2ωcos5.(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′左侧存在垂直纸面对里的匀强磁场,磁感应强度为B.若闭合线圈的总电阻为R,则(BD)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12BL解析:最大值Em=12NBL2ω,故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,故C错误;题图中所示位置,穿过线圈的磁通量为12BL6.如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中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)A.线圈绕P1转动时产生的感应电流等于绕P2转动时产生的感应电流B.线圈绕P1转动时产生的感应电动势小于绕P2转动时产生的感应电动势C.线圈绕P1和P2转动时产生的感应电流的方向相同,都是a→b→c→dD.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:线圈转动产生的感应电动势的大小与转动轴的位置无关,选项A正确,B错误;绕两个轴转动产生的感应电流的大小相等,从上向下看,线框逆时针旋转,电流的方向应为a→d→c→b,选项C错误;电流相等,cd受到的安培力也相等,选项D错误.7.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的感应电动势最大值为50V,那么该线圈由图示位置转过30°,线圈中的感应电动势大小为(B)A.50V B.253V C.25V D.10V解析:由题给条件知:交变电流瞬时值表达式为e=50cosωtV=50cosθV,当θ=30°时,e=253V,故B对.8.(多选)一矩形线圈在匀强磁场中以一边为轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直,线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示,在T12A.30° B.60°C.120° D.150°解析:由题图可知e=Emcos2πTt.在t=T12时,e=32Em,即cosθ=32,由此可以确定θ9.(2024·浙江嘉兴检测)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=0.5T,线圈匝数n=50,每匝线圈面积0.48m2(1)写出交变感应电动势瞬时值的表达式.(2)画出et图线.解析:(1)从线圈平面经过中性面起先计时,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=50,B=0.5T,ω=2π×15060rad/s=5πrad/s,S=nBSω=50×0.5×0.48×5πV≈188V,所以e=188sin(5πt)V.(2)依据交变电流的方程画图线时,最大值是正弦图线的峰值,由纵轴上的刻度值标出,交变电流的频率与正弦图线的周期相对应,ω=2πT,而周期由时间轴上的刻度值标出,T=2π答案:(1)e=188sin(5πt)V(2)见解析(老师备用)1.如图所示是一台发电机的结构示意图,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态.M是圆柱形铁芯,它与磁极的柱面共轴,铁芯上有一矩形线框,可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转.磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似匀称的磁场.若从图示位置起先计时,当线框绕固定转动轴匀速转动时,下列图象中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变更规律的是(D)解析:因发电机的两个磁极N,S呈半圆柱面形态,磁极间的磁感线呈辐向分布,磁感应强度的大小不变,仅方向发生变更,故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线,产生的感应电动势的大小不变,线框越过空隙段后,由于线框切割磁感线方向发生变更,所以感应电动势的方向发生变更,综上所述,选项D正确.2.在垂直纸面对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,线圈以恒定角速度ω=2π解析:在0～T4内,线圈在匀强磁场中匀速转动,故产生正弦式沟通电,由楞次定律知,电流方向为负值;在T4～343.一圆形线圈,面积是0.05m2,共100匝,线圈电阻r=2Ω,外接电阻R=8Ω,线圈在磁感应强度B=1时,求:(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式;(2)线圈从起先计时经130(3)外电路R两端电压瞬时值的表达式.解析:(1)线圈转速n=300r/min=5r/s,角速度ω=2πn=10πrad/s,线圈产生的感应电动势最大值E