2012高二人教版物理选修3-2课后巩固练习：第5章 1 交变电流
文档属性
| 名称 | 2012高二人教版物理选修3-2课后巩固练习：第5章 1 交变电流 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 91.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2012-08-27 19:38:40 | ||
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文档简介
第五章 交变电流
1 交变电流
一、单项选择题
1．(2011年潮州模拟)一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的感应电动势e随时间的变化关系如图5－1－8所示，则下列说法中正确的是( C )
图5－1－8
A．t1时刻通过线圈的磁通量最大
B．t2时刻通过线圈的磁通量的变化率最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量为零
D．每当e的方向改变时，通过线圈的磁通量为零
解析：电动势达最大值时，通过线圈的磁通量为零．
2．交流发电机在工作时的电动势为e＝E0sin ωt，若将其电枢的转速提高一倍，其他条件不变，则其电动势变为( D )
A．E0sin B．2E0sin
C．E0sin 2ωt D．2E0sin 2ωt
解析：由Em＝nBSω，e＝Emsin ωt 可知，当转速提高一倍，角速度必然提高一倍．
3．如图5－1－9所示，一矩形线圈abcd处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与ab垂直．当线圈以角速度ω绕ab转动时，感应电动势的最大值为E1；当以角速度ω绕中心轴OO′转动时，感应电动势的最大值为E2，则E1∶E2( A )
图5－1－9
A．1∶1 B．1∶3 C．1∶2 D．2∶1
解析：Em＝nBSω与线圈平面内所绕轴的位置无关．
4．如图5－1－10所示，一矩形线圈abcd，已知ab边的边长为L1，ad边的边长为L2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图所示的位置开始匀速转动，则t 时刻线圈的感应电动势为( D )
图5－1－10
A．0.5BL1L2ωsin ωt
B．0.5BL1L2ωcos ωt
C．BL1L2ωsin ωt
D．BL1L2ωcos ωt
解析：题目中所给的初始线圈平面与磁感线平行，即处于峰值面，此时 e＝Emcos ωt＝ BL1L2ωcos ωt.
二、双项选择题
5．如图5－1－11甲所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是( BC )
图5－1－11
A．t1时刻线圈中感应电动势最大
B．t2时刻导线ad的速度方向跟磁感线垂直
C．t3时刻线圈平面与中性面重合
D．t4 、t5时刻线圈中感应电流方向相同
解析：t1 、t3、t5磁通量最大，对应线圈与磁感线垂直，处于中性面．t2、t4磁通量最小，表示线圈与磁感线平行．t5时刻无感应电流．
6．如图5－1－12甲所示，“[”形金属导轨水平放置，导轨上接一金属棒ab，与导轨构成闭合电路，并能在导轨上自由滑动，在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中，通有如图乙所示的交变电流．规定电流cd方向为正，则ab棒受到向左的安培力的时间是( AC )
甲 乙
图5－1－12
A．0～t1 B．t1～t2
C．t2～t3 D．t3～t4
7．如图5－1－13所示，线框在匀强磁场中绕轴匀速转动，当转到图示位置时，下列正确的是 ( AB )
图5－1－13
A．磁通量在变小
B．感应电动势在变大
C．磁通量和感应电动势都在变大
D．磁通量和感应电动势都在变小
解析：此时，线框和磁感线的夹角在变小，与中性面的夹角在变大，线框面在中性面上的投影面积在变小，磁通量也在变小；当磁通量在变小时，感应电动势一定在变大．选AB.
8．物理兴趣小组的同学将10 m的导线与灵敏电流表相连，组成闭合电路．甲、乙两个同学，东西方向站立，迅速摇动这条导线，如图5－1－14所示．在其他条件不变的情况下，下列说法正确的是( CD )
图5－1－14
A．没有电流通过电流表
B．通过电流表的电流是直流电
C．通过电流表的电流是交流电
D．摇动的角速度越大，电路中的电流最大值越大
解析：切割地磁感线产生交变电流.
9．矩形线圈的面积为S，匝数为n，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动．当转到线圈平面与磁场垂直的如图5－1－15所示位置时( AD )
图5－1－15
A．线圈中的电动势为零
B．线圈中的电动势最大
C．穿过线圈的磁通量为零
D．线圈不受安培力作用
解析：此时位于中性面，感应电动势和电流都为0，故不受安培力作用．
三、非选择题
10．某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图5－1－16所示，如果其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交流电动势的最大值是多少？
图5－1－16
解：由图可知，此时交流电动势的最大值为Em＝100 V．由Em＝nBSω，当转速变为原来一半时，即ω′＝，此时E′m＝＝＝50 V.
11．一个面积为S的单匝矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂直，线圈中感应电动势e与时间t的关系如图5－1－17所示，则磁感应强度B是多少？在t＝时刻，线圈平面与磁感线的夹角为多少？
图5－1－17
解：从图象中可知，最大值为Em，根据公式Em＝BSω，ω＝，可得B＝，将t＝代入θ＝ωt＝.
12．一个矩形线圈的面积为S，共有N匝，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动．线圈从如图5－1－18所示位置开始计时，线圈的总电阻为R，求线圈内产生的感应电动势及感应电流的表达式和t＝时的感应电动势大小．
图5－1－18
解：图为中性面位置，故表达式为正弦函数，即e＝Emsinωt.由Em＝NBSω得到e＝NBSωsin ωt.又电阻为R，所以感应电流为i＝＝sin ωt.当t＝时，感应电动势为e＝NBSωsin＝.
13．两个相同的环形金属线圈A、B靠近且同轴放置，如图5－1－19甲所示．线圈A中通以如图乙所示的交变电流，则下列说法中不正确的是( D )
图5－1－19
A．在t1～t2时间内两线圈互相吸引
B．在t2～t3时间内两线圈互相排斥
C．在t3～t4时间内两线圈互相吸引
D．在t2时刻两线圈间的作用力最大
解析：根据楞次定律及电流的相互作用关系判断．
14．(双选)如图5－1－20所示，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，转动过程中线框产生的感应电动势的瞬时值为e＝0.5sin 20t V，由该表达式可推知以下哪些物理量( CD )
图5－1－20
A．匀强磁场的磁感应强度
B．线框的面积
C．穿过线框的磁通量的最大值
D．线框转动的角速度
解析：由e＝nBSωsin ωt及e＝0.5sin 20t可知ω＝20 rad/s，Φm＝BS＝ Wb＝0.025 Wb.
15．一小型发电机内的矩形线圈在匀速磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n＝100，穿过每匝的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图5－1－21所示，发电机内阻r＝5.0 Ω，外电路电阻R＝95 Ω.已知感应电动势的最大值Em＝nωΦm，其中Φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值．求外电路中的电流的最大值．
图5－1－21
解：已知感应电动势的最大值
Em＝nωΦm①
设线圈在磁场中转动的周期为T，则有
ω＝②
根据欧姆定律，电路中电流的最大值为
Im＝③
由题给的图象可读得
Φm＝1.0×10－2 Wb④
T＝3.14×10－2 s⑤
解以上各式，并代入数据，得
I＝2 A.
1 交变电流
一、单项选择题
1．(2011年潮州模拟)一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的感应电动势e随时间的变化关系如图5－1－8所示，则下列说法中正确的是( C )
图5－1－8
A．t1时刻通过线圈的磁通量最大
B．t2时刻通过线圈的磁通量的变化率最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量为零
D．每当e的方向改变时，通过线圈的磁通量为零
解析：电动势达最大值时，通过线圈的磁通量为零．
2．交流发电机在工作时的电动势为e＝E0sin ωt，若将其电枢的转速提高一倍，其他条件不变，则其电动势变为( D )
A．E0sin B．2E0sin
C．E0sin 2ωt D．2E0sin 2ωt
解析：由Em＝nBSω，e＝Emsin ωt 可知，当转速提高一倍，角速度必然提高一倍．
3．如图5－1－9所示，一矩形线圈abcd处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与ab垂直．当线圈以角速度ω绕ab转动时，感应电动势的最大值为E1；当以角速度ω绕中心轴OO′转动时，感应电动势的最大值为E2，则E1∶E2( A )
图5－1－9
A．1∶1 B．1∶3 C．1∶2 D．2∶1
解析：Em＝nBSω与线圈平面内所绕轴的位置无关．
4．如图5－1－10所示，一矩形线圈abcd，已知ab边的边长为L1，ad边的边长为L2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图所示的位置开始匀速转动，则t 时刻线圈的感应电动势为( D )
图5－1－10
A．0.5BL1L2ωsin ωt
B．0.5BL1L2ωcos ωt
C．BL1L2ωsin ωt
D．BL1L2ωcos ωt
解析：题目中所给的初始线圈平面与磁感线平行，即处于峰值面，此时 e＝Emcos ωt＝ BL1L2ωcos ωt.
二、双项选择题
5．如图5－1－11甲所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是( BC )
图5－1－11
A．t1时刻线圈中感应电动势最大
B．t2时刻导线ad的速度方向跟磁感线垂直
C．t3时刻线圈平面与中性面重合
D．t4 、t5时刻线圈中感应电流方向相同
解析：t1 、t3、t5磁通量最大，对应线圈与磁感线垂直，处于中性面．t2、t4磁通量最小，表示线圈与磁感线平行．t5时刻无感应电流．
6．如图5－1－12甲所示，“[”形金属导轨水平放置，导轨上接一金属棒ab，与导轨构成闭合电路，并能在导轨上自由滑动，在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中，通有如图乙所示的交变电流．规定电流cd方向为正，则ab棒受到向左的安培力的时间是( AC )
甲 乙
图5－1－12
A．0～t1 B．t1～t2
C．t2～t3 D．t3～t4
7．如图5－1－13所示，线框在匀强磁场中绕轴匀速转动，当转到图示位置时，下列正确的是 ( AB )
图5－1－13
A．磁通量在变小
B．感应电动势在变大
C．磁通量和感应电动势都在变大
D．磁通量和感应电动势都在变小
解析：此时，线框和磁感线的夹角在变小，与中性面的夹角在变大，线框面在中性面上的投影面积在变小，磁通量也在变小；当磁通量在变小时，感应电动势一定在变大．选AB.
8．物理兴趣小组的同学将10 m的导线与灵敏电流表相连，组成闭合电路．甲、乙两个同学，东西方向站立，迅速摇动这条导线，如图5－1－14所示．在其他条件不变的情况下，下列说法正确的是( CD )
图5－1－14
A．没有电流通过电流表
B．通过电流表的电流是直流电
C．通过电流表的电流是交流电
D．摇动的角速度越大，电路中的电流最大值越大
解析：切割地磁感线产生交变电流.
9．矩形线圈的面积为S，匝数为n，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动．当转到线圈平面与磁场垂直的如图5－1－15所示位置时( AD )
图5－1－15
A．线圈中的电动势为零
B．线圈中的电动势最大
C．穿过线圈的磁通量为零
D．线圈不受安培力作用
解析：此时位于中性面，感应电动势和电流都为0，故不受安培力作用．
三、非选择题
10．某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图5－1－16所示，如果其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交流电动势的最大值是多少？
图5－1－16
解：由图可知，此时交流电动势的最大值为Em＝100 V．由Em＝nBSω，当转速变为原来一半时，即ω′＝，此时E′m＝＝＝50 V.
11．一个面积为S的单匝矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂直，线圈中感应电动势e与时间t的关系如图5－1－17所示，则磁感应强度B是多少？在t＝时刻，线圈平面与磁感线的夹角为多少？
图5－1－17
解：从图象中可知，最大值为Em，根据公式Em＝BSω，ω＝，可得B＝，将t＝代入θ＝ωt＝.
12．一个矩形线圈的面积为S，共有N匝，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动．线圈从如图5－1－18所示位置开始计时，线圈的总电阻为R，求线圈内产生的感应电动势及感应电流的表达式和t＝时的感应电动势大小．
图5－1－18
解：图为中性面位置，故表达式为正弦函数，即e＝Emsinωt.由Em＝NBSω得到e＝NBSωsin ωt.又电阻为R，所以感应电流为i＝＝sin ωt.当t＝时，感应电动势为e＝NBSωsin＝.
13．两个相同的环形金属线圈A、B靠近且同轴放置，如图5－1－19甲所示．线圈A中通以如图乙所示的交变电流，则下列说法中不正确的是( D )
图5－1－19
A．在t1～t2时间内两线圈互相吸引
B．在t2～t3时间内两线圈互相排斥
C．在t3～t4时间内两线圈互相吸引
D．在t2时刻两线圈间的作用力最大
解析：根据楞次定律及电流的相互作用关系判断．
14．(双选)如图5－1－20所示，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，转动过程中线框产生的感应电动势的瞬时值为e＝0.5sin 20t V，由该表达式可推知以下哪些物理量( CD )
图5－1－20
A．匀强磁场的磁感应强度
B．线框的面积
C．穿过线框的磁通量的最大值
D．线框转动的角速度
解析：由e＝nBSωsin ωt及e＝0.5sin 20t可知ω＝20 rad/s，Φm＝BS＝ Wb＝0.025 Wb.
15．一小型发电机内的矩形线圈在匀速磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n＝100，穿过每匝的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图5－1－21所示，发电机内阻r＝5.0 Ω，外电路电阻R＝95 Ω.已知感应电动势的最大值Em＝nωΦm，其中Φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值．求外电路中的电流的最大值．
图5－1－21
解：已知感应电动势的最大值
Em＝nωΦm①
设线圈在磁场中转动的周期为T，则有
ω＝②
根据欧姆定律，电路中电流的最大值为
Im＝③
由题给的图象可读得
Φm＝1.0×10－2 Wb④
T＝3.14×10－2 s⑤
解以上各式，并代入数据，得
I＝2 A.