2020学年高中物理5.1《交变电流》

2020学年高中物理5.1《交变电流》

‎5.1《交变电流》 ‎ 基础达标 ‎1．交变电流是(　　)‎ A．矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流 B．按正弦规律变化的电流 C．强度随时间做周期性变化的电流 D．方向随时间做周期性变化的电流 ‎【解析】　本题考查了交变电流的定义，只要方向随时间做周期性变化的电流就是交变电流，正弦式交变电流仅是其中之一，故D项正确．‎ ‎【答案】　D ‎2．如图所示属交变电流的是(　　)‎ ‎【解析】　大小和方向做周期性变化的电流，称为交变电流，在图象上表现为时间轴上下都存在图线，故选CD.‎ ‎【答案】　CD ‎3．关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦式电流，正确的说法是(　　)‎ A．线圈每转动一周，感应电流方向改变一次 B．线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次 C．线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次 D．线圈每转动一周，感应电流方向和感应电动势方向都改变两次 ‎【解析】　感应电动势和感应电流的方向，每经过中性面时改变一次，每个周期内方向改变两次，故选D.‎ ‎【答案】　D ‎4．矩形线圈绕垂直于匀强磁场的对称轴做匀速转动，当线圈通过中性面时，则(　　)‎ A．线圈平面与磁场方向垂直 B．线圈中的感应电动势的方向将发生变化 C．通过线圈的磁通量达到最大值 D．通过线圈的磁通量的变化率达到最大值 ‎【解析】　线圈通过中性面这个特殊位置时，线圈平面与中性面垂直，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，故A、C正确，D错误；线圈每经过中性面一次，电流方向就改变一次，故B正确．‎ ‎【答案】　ABC ‎5．如下图所示图象中属于交变电流的是(　　)‎ ‎【答案】　ABC ‎6.‎ 如图所示一正方形线圈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(　　)‎ A．线圈中感应电流的方向为abcda B．穿过线圈的磁通量为0‎ C．线圈中的感应电流为 D．穿过线圈磁通量的变化率为0‎ ‎【解析】　图示位置，线圈平面与磁场平行，所以穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，B正确，D错误，此时由右手定则可知电流方向为adcba，A错误，由峰值表达式Em＝nBSω＝nBl2ω，所以Im＝，图示位置感应电流等于峰值，C正确.‎ ‎【答案】　BC ‎7.‎ 如图所示，正方形线圈abcd绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数为n，当转动的角速度为ω时，感应电动势瞬时值表达式为e＝nBSωcosωt(由图示位置计时)．其他条件不变，只是线圈的转速提高到原来的2倍，则表达式变为(　　)‎ A．e＝nBSωcos2ωt B．e＝nBSωcosωt C．e＝nBS2ωcos2ωt D．e＝nBScosωt ‎【解析】　当线圈转速提高到原来的2倍，角速度也变为原来的2倍，其感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBS·2ωcos2ωt，故C选项正确．‎ ‎【答案】　C ‎8．如图所示，①、②两个并排放置的共轴线圈，①中通有如图所示的交流电，则下列判断错误的是(　　)‎ A．在t1到t2时间内，①②相吸 B．在t2到t3时间内，①②相斥 C．t1时刻两线圈间作用力为零 D．t2时刻两线圈间吸引力最大 ‎【解析】　t1到t2时间内①线圈中电流正向减小，在线圈②中产生感应电流也为正向，故①②两线圈相互吸引，故A选项说法正确；t2到t3时间内，①线圈中电流负向增大，在②中产生正向的感应电流，①②相互排斥，B选项说法正确；t1时刻①电流最大，但变化率为零，在②中不产生感应电流，两线圈作用力为零，C选项说法正确；t2时刻①中电流为零，但变化率最大，②中感应电流最大，作用力为零，故D选项说法错误．‎ ‎【答案】　D ‎9．一个面积为‎0.1 m2‎的矩形线圈，共100匝，在磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，以垂直于磁感线的轴匀速转动，从线圈平面平行于磁感线的位置开始转动，在0.05 s内线圈转过90°，在这段时间内，求：线圈中的感应电动势的最大值，并写出瞬时值表达式．‎ ‎【解析】　设矩形线圈的匝数为N，面积为S，磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，则感应电动势的最大值为Em＝NBSω；‎ 角速度ω＝＝ rad/s＝10πrad/s，‎ 最大值Em＝NBSω＝100×0.5×0.1×10π V＝157 V，‎ 瞬时值表达式：e＝Emcosωt＝157 cos10πt V.‎ ‎【答案】　157 V　e＝157cos10πt V 能力提升 ‎1．一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动．在转动过程中，线框中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em.下列说法中正确的是(　　)‎ A．当线框磁通量为零时，感应电动势也为零 B．线框转动的角速度ω等于Em/Φm C．当线框内磁通量增大时，感应电动势在减小 D．当线框内磁通量等于0.5Φm时，感应电动势等于0.5Em ‎【解析】　感应电动势是磁通量的变化率，线框磁通量为零时，感应电动势最大，排除A；由正弦式交流电的瞬时值表达式e＝Emsinωt＝BSωsinωt＝Φmωsinωt，选择B，排除D；根据线圈从与磁场平行的位置转到中性面的过程中，磁通量越来越大，磁通量的变化率越来越小，产生的感应电动势越来越小，所以选择C.‎ ‎【答案】　BC ‎2.‎ 如图所示，单匝矩形线圈的一半放在有界匀强磁场中，中心轴线OO′与磁场边界重合，线圈绕中心轴线按图示方向(从上向下看逆时针方向)匀速转动，t＝0时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcd为正方向，则下图中能表示线圈内感应电流随时间变化规律的是(　　)‎ ‎【解析】　在0～内，ab一侧的线框在磁场中绕OO′转动产生正弦交流电，电流方向由楞次定律判断为dcba且越来越大.～内，ab一侧线框在磁场外，而dc一侧线框又进入磁场产生交流电，电流方向为dcba且越来越小，以此类推，可知i－t图象正确的为B.‎ ‎【答案】　B ‎3.‎ 如右图所示，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转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d D．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】　‎ 如图所示，设ab＝l1，ad＝l2，O‎1a＝r1，O1d＝r2.线圈绕P1轴转动时，产生的感应电动势e1＝Bl1v＝Bl‎1l2ω.线圈绕P2轴转动时，产生的感应电动势e2＝Bl1r1ω＋Bl1r2ω＝Bl‎1l2ω，即e1＝e2，所以i1＝i2，故选项A对B错．由右手定则可知，线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，均是a→d→c→b方向，故选项C错，再根据安培力公式可知F安＝BIl1，即安培力相同，D错．‎ ‎【答案】　A ‎4．一长直导线通以如图甲所示的交变电流，在导线下方有断开的线圈，如图乙所示，规定电流从左向右为正，则相对于b点来说，a点电势最高的时刻是在(　　)‎ A．t1时刻 B．t2时刻 C．t3时刻 D．t4时刻 ‎【解析】　欲使a相对b电势最高，即ab间电动势最大，t1、t3时刻电流i最大但电流的变化率最小，感应电动势为零，故选项A、C错误；t2时刻电流的变化率最大，线圈中磁通量变化率也最大，但此时穿过线圈的磁通量减小到零，由楞次定律可知此时刻b点电势高于a点，故选项B错误；当t4时刻，由楞次定律可知，ab中感应电动势a点高于b点，且电动势最大，故选项D正确．‎ ‎【答案】　D ‎5.‎ 如图所示，一半径为r＝‎10 cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n＝600 r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时．‎ ‎(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1/60 s时的电动势的瞬时值．‎ ‎【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.‎ ‎(1)e＝Emsinωt，Em＝NBSω(与线圈形状无关)，‎ ω＝20π rad/s，故e＝100sin20πt.‎ ‎(2)当t＝ s时，‎ e＝100sin(20π×) V＝50 V＝86.6 V.‎ ‎【答案】　(1)e＝100sin20πt　(2)86.6 V ‎6．发电机的转子是匝数为100，边长为‎20 cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B＝0.05 T的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以ω＝100 π rad/s的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时．线圈和外电路的总电阻R＝10 Ω.线圈从计时开始，到转过60 °过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？‎ ‎【解析】　‎ ＝n　又＝　且＝，Δt＝t.‎ 所以，通过线圈某一截面的电荷量 q＝t＝Δt＝ 从中性面计时，转过60°，如图所示 ΔΦ＝BΔS＝BS(1－cos60°)＝BS q＝＝ C＝1×10－‎2 C.‎ ‎【答案】　1×10－2 C