选修3-2 5.1 交变电流 同步练习(word含答案)
文档属性
| 名称 | 选修3-2 5.1 交变电流 同步练习(word含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 369.8KB | ||
| 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 | 2022-01-23 06:42:26 | ||
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文档简介
选修3-2 5.1 交变电流 同步练习
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的感应电动势与时间的关系图象如图所示，则
A. 、 时刻线圈通过中性面
B. 、 时刻线圈中磁通量最大
C. 、 时刻线圈中磁通量变化率最大
D. 、 时刻线圈通过中性面
2. 如图甲所示，一矩形线圈 放置在匀强磁场中，并绕过 、 中点的轴 以角速度 逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角 时（如图乙为计时起点，并规定当电流沿 的方向为正。则选项图中能正确反映线圈中电流变化规律的是
A. B.
C. D.
3. 交流发电机在工作时电动势为 ，若将发电机的角速度提高一倍，同时将线框所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为
A. B.
C. D.
4. 矩形线框在匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴匀速转动时，线框平面跟中性面重合的瞬间，下列说法中正确的是
A. 线框中的磁通量为零 B. 线框中的感应电动势最大
C. 线框的每一边都不切割磁感线 D. 线框所受到的磁场力不为零
5. 如图所示，一矩形线圈 ，已知 边长为 ， 边长为 ，在磁感应强度为 的匀强磁场中绕 轴以角速度 从图示位置开始匀速转动，则 时刻线圈中的感应电动势为
A. B. C. D.
6. 交流发电机在工作时的电动势为 ，若将其电枢的转速提高 倍，其他条件不变，则其电动势变为
A. B. C. D.
7. 处在匀强磁场中的矩形线圈 ，以恒定的角速度绕 边转动，磁场方向平行于纸面并与 垂直。在 时刻，线圈平面与纸面重合（如图所示），线圈的 边离开纸面向外运动。若规定由 方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流 随时间 变化的图线是
A. B.
C. D.
8. 图甲为风速仪的结构示意图。在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁体转动，线圈中产生的电流随时间变化的关系如图乙所示。若风速减小到原来的一半，则电流随时间变化的关系图象可能是选项中的 。
A. B.
C. D.
9. 如图所示为交流发电机示意图，线圈的 边连在金属滑环 上， 边连在滑环 上，导体制作的两个电刷 、 分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是
A. 当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大
B. 当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大
C. 当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最大
D. 当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小
10. 如图所示，矩形线圈 ，已知 为 ， 为 ，在磁感强度为 的匀强磁场中绕 轴以角速度 （从图中位置开始）匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为
A. B.
C. D.
二、填空题（共4小题；共10分）
11. 发电机在工作过程中， 能转化为电能。
12. 一闭合线圈在匀强磁场中做匀速转动，线圈转速为 ，当线圈平面转动至与磁场平行时，线圈的电动势为 。设线圈从垂直磁场瞬时开始计时，该线圈电动势的瞬时表达式 电动势在 末的瞬时值为 。
13. 某交流发电机正常工作时，电动势 ，当磁感应强度增大到原来的 倍，转速变为原来的 ，其它条件不变时，感应电动势的表达式为 。
14. 如图所示，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。在转动过程中，线框中的最大磁通量为 ，最大感应电动势为 ，则线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向转轴转动的角速度的大小为
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 如图甲是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为 的匀强磁场中，有一矩形线圈 可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴 转动，由线圈引出的导线 和 分别与两个跟线圈一起绕 转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻 形成闭合电路．图乙是线圈的主视图，导线 和 分别用它们的横截面来表示．已知 长度为 ， 长度为 ，线圈以恒定角速度 逆时针转动．（只考虑单匝线圈）
（1）线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导 时刻整个线圈中的感应电动势 的表达式；
（2）线圈平面处于与中性面成 夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出 时刻整个线圈中的感应电动势 的表达式．
16. 如图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴 匀速转动，线圈的匝数 匝，电阻 ，线圈的两端经集流环与电阻 连接，，与 并联的交流电压表为理想电表。在 时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量 随时间 按图乙所示正弦规律变化。求：
（1）交流发电机产生的感应电动势的最大值；
（2）感应电动势的瞬时值表达式；
17. 把电压 、频率为 的交变电流加在激发电压和熄灭电压均为 的霓虹灯的两端。
（1）求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长。
（2）试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象 （已知人眼的视觉暂留时间约为 ）
答案
第一部分
1. A
【解析】 、 时刻感应电动势为零，磁通量的变化率为零，故通过线圈的磁通量最大，线圈通过中性面，选项A正确，C错误； 、 时刻感应电动势最大，磁通量的变化率最大，通过线圈的磁通量为零，线圈平面与中性面垂直，选项B、D错误。
2. D
【解析】 时刻，根据图 表示的转动方向，由右手定则知，此时 中电流方向为由 到 ，线圈中电流方向为 ，与规定的电流正方向相反，电流为负值，由图 还能观察到，线圈在接下来 的转动过程中， 、 两边垂直切割磁场的速度越来越小，所以感应电动势应减小，感应电流减小。综合上面所述可知D项正确。
3. C
【解析】交变电流的瞬时值表达式 ，其中 ，当 加倍而 减半时， 不变，，故C正确。
4. C
【解析】中性面是线框平面与磁感线垂直的位置，所以线框平面与中性面重合的瞬间，穿过线框的磁通量最大，但由于线框的每一条边均不切割磁感线，不产生感应电动势，也无感应电流，各条边均不受磁场力。
5. D
【解析】感应电动势的最大值为 ，线圈从垂直于中性面的位置开始转动，则 时刻的感应电动势为 ，故D正确。
6. D
【解析】电枢转速提高 倍，由 知，角速度变为原来的 倍；
由电动势最大值表达式 知，最大值也变为原来的 倍。
7. C
【解析】线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电.对于图示起始时刻，线圈的 边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；
用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同.所以C对。
8. C
【解析】若风速减小到原来的一半，则永磁体转速减小到原来的一半，感应电动势最大值变小，所以感应电流最大值变小；根据转速与周期成反比，可知若风速减小到原来的一半，则周期变为原来的两倍，故C正确。
9. A
【解析】（2014 广东名校质检）
当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，线圈中的感应电流为零，选项 A 正确，B 错误；
当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，选项 C、D 均错误。
10. C
【解析】线圈经过时间 时，转过角度 ，这时 ， 边切割磁感线产生感应电动势 ，，， 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 ，故正确选项应为 。
第二部分
11. 机械
12. ；
【解析】当线圈平面转至与磁场方向平行时，产生的感应电动势最大，则
则瞬时表达式
当在 时，。
13.
14.
第三部分
15. （1）
【解析】矩形线圈 在磁场中转动时， 、 切割磁感线，且转动的半径为 ，
转动时 、 的线速度 且与磁场方向的夹角为 ，
所以，整个线圈中的感应电动势 ．
（2）
【解析】
当 时，线圈平面与中性面的夹角为 ，则 时刻时，线圈平面与中性面的夹角为
故此时感应电动势的瞬时值
16. （1） （或 ）
【解析】交流发电机产生的感应电动势最大值
而中 、 ，解得 。
（2） （或 ）
【解析】线圈转动的角速度
由于从线圈平面垂直于中性面时开始计时，所以感应电动势瞬时值表达式为 。
17. （1）
【解析】如图所示画出一个周期内交变电流的 图象，其中阴影部分对应的时间表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为 。
当 时，
由 求得：
再由对称性知一个周期内能发光的时间：
再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为：
。
（2） 见解析
【解析】很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间间隔最长只有 （如图中 那段时间），由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为 ，远大于 ，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉。
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一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的感应电动势与时间的关系图象如图所示，则
A. 、 时刻线圈通过中性面
B. 、 时刻线圈中磁通量最大
C. 、 时刻线圈中磁通量变化率最大
D. 、 时刻线圈通过中性面
2. 如图甲所示，一矩形线圈 放置在匀强磁场中，并绕过 、 中点的轴 以角速度 逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角 时（如图乙为计时起点，并规定当电流沿 的方向为正。则选项图中能正确反映线圈中电流变化规律的是
A. B.
C. D.
3. 交流发电机在工作时电动势为 ，若将发电机的角速度提高一倍，同时将线框所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为
A. B.
C. D.
4. 矩形线框在匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴匀速转动时，线框平面跟中性面重合的瞬间，下列说法中正确的是
A. 线框中的磁通量为零 B. 线框中的感应电动势最大
C. 线框的每一边都不切割磁感线 D. 线框所受到的磁场力不为零
5. 如图所示，一矩形线圈 ，已知 边长为 ， 边长为 ，在磁感应强度为 的匀强磁场中绕 轴以角速度 从图示位置开始匀速转动，则 时刻线圈中的感应电动势为
A. B. C. D.
6. 交流发电机在工作时的电动势为 ，若将其电枢的转速提高 倍，其他条件不变，则其电动势变为
A. B. C. D.
7. 处在匀强磁场中的矩形线圈 ，以恒定的角速度绕 边转动，磁场方向平行于纸面并与 垂直。在 时刻，线圈平面与纸面重合（如图所示），线圈的 边离开纸面向外运动。若规定由 方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流 随时间 变化的图线是
A. B.
C. D.
8. 图甲为风速仪的结构示意图。在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁体转动，线圈中产生的电流随时间变化的关系如图乙所示。若风速减小到原来的一半，则电流随时间变化的关系图象可能是选项中的 。
A. B.
C. D.
9. 如图所示为交流发电机示意图，线圈的 边连在金属滑环 上， 边连在滑环 上，导体制作的两个电刷 、 分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是
A. 当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大
B. 当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大
C. 当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最大
D. 当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小
10. 如图所示，矩形线圈 ，已知 为 ， 为 ，在磁感强度为 的匀强磁场中绕 轴以角速度 （从图中位置开始）匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为
A. B.
C. D.
二、填空题（共4小题；共10分）
11. 发电机在工作过程中， 能转化为电能。
12. 一闭合线圈在匀强磁场中做匀速转动，线圈转速为 ，当线圈平面转动至与磁场平行时，线圈的电动势为 。设线圈从垂直磁场瞬时开始计时，该线圈电动势的瞬时表达式 电动势在 末的瞬时值为 。
13. 某交流发电机正常工作时，电动势 ，当磁感应强度增大到原来的 倍，转速变为原来的 ，其它条件不变时，感应电动势的表达式为 。
14. 如图所示，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。在转动过程中，线框中的最大磁通量为 ，最大感应电动势为 ，则线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向转轴转动的角速度的大小为
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 如图甲是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为 的匀强磁场中，有一矩形线圈 可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴 转动，由线圈引出的导线 和 分别与两个跟线圈一起绕 转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻 形成闭合电路．图乙是线圈的主视图，导线 和 分别用它们的横截面来表示．已知 长度为 ， 长度为 ，线圈以恒定角速度 逆时针转动．（只考虑单匝线圈）
（1）线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导 时刻整个线圈中的感应电动势 的表达式；
（2）线圈平面处于与中性面成 夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出 时刻整个线圈中的感应电动势 的表达式．
16. 如图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴 匀速转动，线圈的匝数 匝，电阻 ，线圈的两端经集流环与电阻 连接，，与 并联的交流电压表为理想电表。在 时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量 随时间 按图乙所示正弦规律变化。求：
（1）交流发电机产生的感应电动势的最大值；
（2）感应电动势的瞬时值表达式；
17. 把电压 、频率为 的交变电流加在激发电压和熄灭电压均为 的霓虹灯的两端。
（1）求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长。
（2）试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象 （已知人眼的视觉暂留时间约为 ）
答案
第一部分
1. A
【解析】 、 时刻感应电动势为零，磁通量的变化率为零，故通过线圈的磁通量最大，线圈通过中性面，选项A正确，C错误； 、 时刻感应电动势最大，磁通量的变化率最大，通过线圈的磁通量为零，线圈平面与中性面垂直，选项B、D错误。
2. D
【解析】 时刻，根据图 表示的转动方向，由右手定则知，此时 中电流方向为由 到 ，线圈中电流方向为 ，与规定的电流正方向相反，电流为负值，由图 还能观察到，线圈在接下来 的转动过程中， 、 两边垂直切割磁场的速度越来越小，所以感应电动势应减小，感应电流减小。综合上面所述可知D项正确。
3. C
【解析】交变电流的瞬时值表达式 ，其中 ，当 加倍而 减半时， 不变，，故C正确。
4. C
【解析】中性面是线框平面与磁感线垂直的位置，所以线框平面与中性面重合的瞬间，穿过线框的磁通量最大，但由于线框的每一条边均不切割磁感线，不产生感应电动势，也无感应电流，各条边均不受磁场力。
5. D
【解析】感应电动势的最大值为 ，线圈从垂直于中性面的位置开始转动，则 时刻的感应电动势为 ，故D正确。
6. D
【解析】电枢转速提高 倍，由 知，角速度变为原来的 倍；
由电动势最大值表达式 知，最大值也变为原来的 倍。
7. C
【解析】线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电.对于图示起始时刻，线圈的 边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；
用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同.所以C对。
8. C
【解析】若风速减小到原来的一半，则永磁体转速减小到原来的一半，感应电动势最大值变小，所以感应电流最大值变小；根据转速与周期成反比，可知若风速减小到原来的一半，则周期变为原来的两倍，故C正确。
9. A
【解析】（2014 广东名校质检）
当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，线圈中的感应电流为零，选项 A 正确，B 错误；
当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，选项 C、D 均错误。
10. C
【解析】线圈经过时间 时，转过角度 ，这时 ， 边切割磁感线产生感应电动势 ，，， 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 ，故正确选项应为 。
第二部分
11. 机械
12. ；
【解析】当线圈平面转至与磁场方向平行时，产生的感应电动势最大，则
则瞬时表达式
当在 时，。
13.
14.
第三部分
15. （1）
【解析】矩形线圈 在磁场中转动时， 、 切割磁感线，且转动的半径为 ，
转动时 、 的线速度 且与磁场方向的夹角为 ，
所以，整个线圈中的感应电动势 ．
（2）
【解析】
当 时，线圈平面与中性面的夹角为 ，则 时刻时，线圈平面与中性面的夹角为
故此时感应电动势的瞬时值
16. （1） （或 ）
【解析】交流发电机产生的感应电动势最大值
而中 、 ，解得 。
（2） （或 ）
【解析】线圈转动的角速度
由于从线圈平面垂直于中性面时开始计时，所以感应电动势瞬时值表达式为 。
17. （1）
【解析】如图所示画出一个周期内交变电流的 图象，其中阴影部分对应的时间表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为 。
当 时，
由 求得：
再由对称性知一个周期内能发光的时间：
再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为：
。
（2） 见解析
【解析】很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间间隔最长只有 （如图中 那段时间），由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为 ，远大于 ，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉。
第1页（共1 页）