高中物理选择性必修第二册课后习题 第3章 交流电 1.交变电流.docVIP

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1.交变电流

课后训练巩固提升

一、基础巩固

1.关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦交变电流,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

答案:D

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,故选项D正确。

2.如图所示,面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动,能产生正弦感应电动势e=BSωsinωt的图是()

答案:A

解析:线圈在匀强磁场中绕在线圈平面内且垂直于磁场的轴匀速转动,且从线圈平面经过中性面开始计时,产生的电动势为e=Emsinωt,只有A符合要求,故A正确。

3.(多选)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。则当线圈转至图中所示位置(线圈平面与磁场方向平行)时()

A.线圈中感应电流的方向为abcda

B.线圈中的感应电流为NB

C.穿过线圈的磁通量为零

D.穿过线圈磁通量的变化率为零

答案:BC

解析:ad向里运动,根据右手定则可知,线圈中的电流方向为adcba,选项A错误。Em=NBl2ω,电流Im=EmR,故Im=NB

4.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图像如图(a)所示,则下列说法正确的是()

(a)

(b)

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.该线圈产生的相应感应电动势的图像如图(b)所示

答案:B

解析:由题图(a)可知t=0时刻,线圈的磁通量最大,线圈处于中性面,t=0.01s时刻,磁通量为零,但变化率最大,所以A选项错误,B选项正确。t=0.02s时,感应电动势应为零,C、D选项均错误。

5.一矩形线圈有100匝,面积为50cm2,线圈内阻r=2Ω,在匀强磁场中绕在线圈平面内且垂直于磁场方向的轴匀速转动,从线圈平面与磁场平行时开始计时,已知磁感应强度B=0.5T,线圈的转速n=1200r/min,外接一用电器,电阻为R=18Ω,试写出R两端电压瞬时值的表达式。

答案:u=9πcos40πtV

解析:角速度ω=2πn=2π·120060

最大值Em=NBSω=100×0.5×50×10-4×40πV=10πV

线圈中感应电动势e=Emcosωt=10πcos40πtV

由闭合电路欧姆定律i=e

故R两端电压u=Ri=18×120

即u=9πcos40πtV。

6.如图所示,线圈的面积是0.05m2,共100匝,匀强磁场的磁感应强度B=1π

(1)若从线圈的中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。

(2)从中性面开始计时,线圈转过130

答案:(1)e=50sin10πtV(2)43.3V

解析:(1)n=300r/min=5r/s,因为从中性面开始转动,并且求的是瞬时值,故

e=Emsinωt=NBS·2πnsin2πnt=50sin10πtV。

(2)当t=130s时,e=50sin10π×1

二、能力提升

1.线框在匀强磁场中绕OO轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向),当转到如图所示位置时,磁通量和感应电动势大小的变化情况是()

A.磁通量和感应电动势都在变大

B.磁通量和感应电动势都在变小

C.磁通量在变小,感应电动势在变大

D.磁通量在变大,感应电动势在变小

答案:D

解析:由题图可知Φ=Φmaxsinθ,所以磁通量Φ变大;两竖直边切割磁感线的分速度变小,所以感应电动势变小,故D正确。

2.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(ab向纸外,cd向纸内)。若从图所示位置开始计时,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变化的图像是图中的 ()

答案:A

解析:由题意知线圈总有一半在磁场中做切割磁感线的匀速转动,且是从中性面开始进行的,所以产生的仍然是正弦交变电流,只是最大值为线圈全部在磁场中匀速转动情况下产生的感应电动势最大值的一半,所以选项B、C错误。再由楞次定律可以判断出开始计时一段时间内,感应电流方向与选定的正方向相反,所以选项A正确,D错误。

3.(多选)如图(a)所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕