高二物理下册交变电流课时练习题（附参考答案）

5.1 交变电流 每课一练（人教版选修3-2）
1．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是(　　)
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．线圈每转动一圈，感应电流方向就改变一次
C．线圈每平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次
D．线圈每转动一圈，感应电动势和感应电流方向都要改变一次
2．线圈在磁场中匀速转动产生的交流电的瞬时电动势为e＝102sin 20πt 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度最大
D．t＝0.4 s时，e达到峰值102 V
3．交流发电机在工作时的电动势为e＝Emsin ωt，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为(　　)
A．Emsinωt2 B．2Emsinωt2
C．Emsin 2ωt D．2Emsin 2ωt
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7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(　　)
图7
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．如图8所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动．沿着OO′观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时(　　)
图8
A．线圈中感应电流的方向为abcda
B．线圈中的感应电流为nBl2ωR[
C．穿过线圈的磁通量为0
D．穿过线圈的磁通量的变化率为0
6．如图9所示，矩形线圈abcd，已知ab为L1，ad为L2，在磁感强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω(从图中位置开始)匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为(　　)
[来源:学科网ZXXK]
图9
A．12BL1L2ωsin ωt B．12BL1L2cos ωt
C．BL1L2ωsin ω t D．BL1L2ωcos ωt
7．如图10所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝0°时(如图)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是(　　)
图10
8．如图11甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动．当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在t＝π2ω时刻(　　)
图11
A．线圈中的电流最大
B．穿过线圈的磁通量为零
C．线圈所受的安培力为零
D．线圈中的电流为零
9．如图12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(　　)
图12
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转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d[来源:学_科_网]
D．线圈绕P1转动时cd边受到的安培力大于绕P2转动时cd边受到的安培力
题　号123456789
答　案[
10．一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4π rad/s匀速转动，产生的交变电动势的图象如图13所示．则交变电流的频率为______Hz，当t＝0时，线圈平面与磁感线________，当t＝0.5 s时，e为______V.
图13[来源:Z+xx+k.Com]
11．如图14所示，在匀强磁场中有一个“n”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强 磁场的磁感应强度B＝52π T，线框的CD边长为l1＝20 cm，CE、DF边长均为l2＝10 cm，转速为50 r/s.若从图示位置开始计时：
图14
(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)在e－t坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象．
12．如图15所示，匀强磁场B＝0.1 T，所用矩形线圈的匝数N＝100，边长ab＝0.2 m，b c＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s绕OO′轴匀速转动．从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
图15
(1)线圈中感应电动势的大小．
(2)由t＝0至t＝T4过程中的平均电动势值．
参考答案
课后巩固练
1．C
2．AB　[根据交流电动势的瞬时值表达式可判断为正弦式交变电流，当t＝0时，e＝0，所以此时磁通量的变化率为零，导线切割 磁感线的有效速度为零，但此时穿过线圈的磁通量最大，线圈平面位于中性面，所以A、B正确，C错误；当t＝0.4 s时，e＝102sin 20πt V＝102sin 8π V＝0，所以D错误．]
3．D　[电枢转速提高1倍，由ω＝2πn知，角速度变为原来的2倍；由电动势最大值表达式 Em＝nBSω知，最大值也变为原来的2倍．]
4．B　[t1、t3时刻通过线圈的磁通量Φ的绝对值最大，磁通量变化率ΔΦΔt＝0，此时感应电动势、感应电流为零，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、D错误．]
5．BC　[图示位置为垂直于中性面的位置，此时通过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电流也最大，I＝nBSωR＝nBl2ωR，由右手定则可判断出线圈中感应电流的方向为adcba.]
6．C　[线圈经过时间t时，转过角度θ，这时ab，cd边切割磁感线产生感应电动势Eab＝BL1vsin θ，Ecd＝BL1vsin θ，bc，ad边不切割磁感线不产生感应电动势，故线圈中的感应电动势为E＝Eab＋Ecd＝2BL1vsin θ＝2BL1?12L2ωsin ωt＝BL1L2ωsin ωt，故正确选项应 为C.]
7．D　[矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从线圈平面与磁场方向平行开始计时，产生的感应电流按余弦规律变化，由于t=0时，线圈的转动方向如题图，由右手定则判断可得，此时ad中电流方向为由a到d，线圈中电流方向为a→d→c→b→a，与规定的电流正方向相反，电流为负值．又因为此时产生的感应电动势最大，故只有D正确．]
8．CD　[t＝π2ω＝T4，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B错误；由于此时感应电动势为零，所以线圈中电流为零，线圈所受的安培力为零，A错误，C、D正确．]
9．A　[无论是绕P1转动还是绕P2转动，线圈转到图示位置时产生的电动势都为最大值Em=nBSω，由欧姆定律可知此时I相等，A对，B错；由右手定则可知线圈中电流方向为a→d→c→b→a，故C错；cd边所受的安培力F＝BLcdI，故F一样大，D错．]
10．2　垂直　0
解析　T＝2πω＝12 s，则交流电的频率f＝1T＝2 Hz.由图象知t＝0时，e＝0，线圈位于中性面位置，线圈平面和磁感线垂直；当t＝0.5 s时，ωt＝2πft＝2π，e＝0.
11．(1)e＝102cos 100πt V　(2)见解析
解析　(1) 线框转动，开始计时的位置为线圈平面与磁感线平行的位置，产生的交变电流按余弦规律变化，在t时刻线框转过的角度为ωt，此时刻e＝Bl1l2ωcos ωt，即e＝BSωcos ωt，其中B＝52π T，S＝0.1×0.2 m2＝0.02 m2，ω＝2πn＝2π×50 rad/s＝100π rad/s，故e＝52π×0.02×100πcos 100πt V，
即e＝102cos 100πt V.
(2)T＝2πω＝0.02 s，线框中感应电动势随 时间变化关系的图象如下图所示
12．(1)e＝314sin 100πt V　(2)200 V
解析　(1)解法一　线圈经过时间t转过角度θ＝ωt，这时bc和da边不切割磁感线，ab和cd边切割磁感线产生感应电动势eab＝ecd＝NBabvsin ωt，其中v＝ωad2＝ωbc2，所以e＝eab＋ecd＝2eab＝2NBωabad2sin ωt＝NBSωsin ωt，
则Em＝NBSω＝100×0.1×0.1×100π V＝314 V，
e＝31 4sin 100πt V
解法二　感应电动势的瞬时值e＝NBSωsin ωt，由题可知S＝ab?bc＝0.2×0.5 m2＝0.1 m2，
Em＝NBSω＝100×0.1×0.1×100π V＝314 V，
所以e＝314sin 100πt V.
(2)用E＝NΔΦΔt计算t＝0至t＝T4过程中的平均电动势E＝NΦπ2－Φ0T4－0＝N0－BST4＝4NBS2πω[
即E＝2πNBSω.代入数值得E＝200 V.


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