2021学年高中物理分层作业八交变电流含解析新人教版选修32

-1-分层作业(八)交变电流[基础达标练]题组一交变电流的产生过程1．如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生交变电流的是()A．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动B．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动C．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴AB转动D．如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴CD转动2．交流发电机发电的示意图如图所示，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连．线圈转动过程中，下列说法中正确的是()-2-A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大B．转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零C．转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大D．转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B题组二交变电流的表达式3．(多选)线圈在磁场中匀速转动产生的交流电动势为e＝10sin20πtV，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＝0.4s时，e达到峰值10V4．如图所示为交流发电机的示意图，从线圈通过如图所示的位置开始计时．如果发电机产生的交变电流的频率为50Hz，电动势的最大值为400V，则发电机产生的电动势瞬时值表达式为()A．e＝400sin50t(V)B．e＝400cos50t(V)C．e＝400sin100πt(V)D．e＝400cos100πt(V)5.如图所示，匀强磁场磁感应强度B＝0.1T，所用矩形线圈的匝数n＝100，边长lab＝0.2-3-m，lbc＝0.5m，以角速度ω＝100πrad/s绕OO′轴匀速转动．试求：(1)感应电动势的峰值．(2)若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，线圈中瞬时感应电动势的表达式．(3)若从线圈平面平行磁感线时开始计时，求线圈在t＝T6时刻的感应电动势大小．题组三交变电流的图象6.(多选)单匝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化的关系图象如图所示．则下列说法中正确的是()A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01s时刻，Φ的变化率最大C．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32π7．如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO′以恒定的角速度ω转动．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()A．线圈中的电流最大B．穿过线圈的磁通量为0C．线圈所受的安培力最大D．线圈中的电流为08．一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化的图象如图甲所示，则下列说法正确的是()-4-A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01s时刻，Φ的变化率最大C．t＝0.02s时刻，交流电动势达到最大D．该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示9.如图所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合．线圈按图示方向匀速转动．若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间的变化图象是下列图中的()[能力提升练]10.(多选)如图所示，空间有范围足够大的匀强磁场，磁场方向竖直向下，在其间竖直放置两个彼此正对的相同的金属圆环，两环间距为L，用外力使一根长度也为L的金属杆沿环匀速率运动，用导线将金属杆和外电阻相连，整个过程中只有金属杆切割磁感线．已知磁感应强度的大小为B，圆环半径为R，金属杆转动的角速度为ω，金属杆和外电阻的阻值均为r，其他电阻不计，则()A．当金属杆从圆环最高点向最低点转动的过程中，流过外电阻的电流先变大后变小B．当金属杆从圆环最高点向最低点转动的过程中，流过外电阻的电流先变小后变大C．流过外电阻电流的最大值为2BLωR4rD．流过外电阻电流的最大值为BLωR2r-5-11．(多选)在匀强磁场中，一矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示，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．t＝0.01s时穿过线框的磁通量变化率最大C．该线框匀速转动的角速度大小为100πrad/sD．电动势瞬时值为22V时，线圈平面与中性面的夹角可能为45°12．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匝，线圈面积0.48m2，转速150r/min，在匀速转动过程中，从图示位置开始计时．(1)写出交变电流感应电动势瞬时值的表达式；(2)画出e－t图线．-6-分层作业(八)1．解析：当线框在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时，会产生交变电流，C正确．答案：C2．解析：转到图甲位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大；但磁通量变化率最小，A错误；转到图乙位置时，线圈产生的感应电动势最大，B错误；转到图丙位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流最小，且感应电流方向改变，C错误；转到图丁位置时，根据右手定则可知AB边感应电流方向为A→B，D正确．答案：D3．解析：t＝0时，瞬时电动势为e＝10sin20πt(V)＝0，则线圈平面位于中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，导线切割磁感线的有效速度最小，A、B正确，C错误；当t＝0.4s时，瞬时电动势为e＝10sin(20π×0.4)＝0(V)．D错误．答案：AB4．解析：感应电动势最大值为400V，角速度为ω＝2πf＝100π，又发电机从与中性面垂直的位置开始计时，故交变电动势瞬时值的表达式为e＝Emcosωt＝400cos100πt(V)，D正确，A、B、C错误．答案：D5．解析：(1)由题可知：S＝lab·lbc＝0.2×0.5m2＝0.1m2，感应电动势的峰值Em＝nBSω＝100×0.1×0.1×100πV＝100πV＝314V.(2)若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值e＝Emsinωt所以e＝314sin100πt(V)(3)若从线圈平面平行磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt，代入数据得e＝314cos100πt(V)T＝2πw＝0.02s当t＝T6时，e＝314cosπ3V＝157V.答案：(1)314V(2)e＝314sin100πt(V)(3)157V6．解析：由题图可知在0、0.02s、0.04s时刻线圈平面在中性面位置，Φ最大，ΔΦΔt＝0，故E＝0，A、C错误；在0.01s、0.03s、0.05s时刻线圈平面与磁感线平行，Φ最小，ΔΦΔt最大，故E最大，B正确；由题图可知，从t＝0.01s时刻至t＝0.04s时刻线圈旋转34周，-7-转过的角度为32π，D正确．答案：BD7．解析：由T＝2πω，得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0，所以线圈中的电流为0，线圈所受的安培力为0，A、C错误，D正确．答案：D8．解析：由Φ－t图知，t＝0时，Φ最大，即线圈处于中性面位置，此时e＝0，故A、D两项错误；由图知T＝0.04s，在t＝0.01s时，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e最大，则B项正确；在t＝0.02s时，Φ最大，由图象斜率可知斜率为零，即ΔΦΔt＝0，e＝0，则C项错误．答案：B9．解析：由题意可知，在开始时刻线圈中感应电流为0，随着线圈转动，感应电流不断增大，电流方向为a→d→c→b→a，故电流为负值．当dc边进入磁场后线圈内感应电流逐渐减小，方向仍为a→d→c→b→a，同理可得线圈内产生的感应电流如A选项所示．答案：A10．解析：从金属杆在圆环的最高点开始计时，金属杆切割磁感线的速度v＝ωR，产生的感应电动势e＝BLvcosωt＝BLRωcosωt，当金属杆从最高点运动到最低点的过程中，电动势先变小后变大，流过外电阻的电流先变小后变大，选项B正确；电动势的最大值E＝BLωR，电流的最大值I＝E2r＝BLωR2r，选项D正确．答案：BD11．解析：由图象知：t＝0.01s时，感应电动势为零，则穿过线框的磁通量最大，变化率最小，故A、B错误；由图象得出周期T＝0.02s，所以ω＝2πT＝100πrad/s，故C正确；当t＝0时，电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直，故该交变电动势的瞬时值表达式为e＝222sin(100πt)V，电动势瞬时值为22V时，代入瞬时表达式，则有线圈平面与中性面的夹角正弦值sinα＝22222＝22，所以线圈平面与中性面的夹角可能为45°，故D正确．故选C、D.答案：CD12．解析：(1)当线圈平面经过中性面开始计时．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.-8-由题意知n＝50，B＝0.5T，ω＝2π×15060rad/s＝5πrad/s，S＝0.48m2，Em＝nBSω＝50×0.5×0.48×5πV≈188V，所以e＝188sin5πtV.(2)根据交流电的方程画图线时，最大值是正弦图线的峰值，由纵轴上的刻度值标出，交流电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/ω＝0.4s，e－t图线如图所示．答案：(1)e＝188sin5πtV(2)见解析