5.1交变电流(原稿版+解析版)

文档属性

名称 5.1交变电流(原稿版+解析版)
格式 zip
文件大小 878.8KB
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 2020-04-28 09:23:50

文档简介

5.1交变电流
一 夯实基础
1.关于交变电流与直流电的说法中,不正确的是(  )
A.如果电流大小做周期性变化,则不一定是交变电流
B.直流电的大小可以变化,但方向一定不变
C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化
解析:选C 交变电流与直流电的区别是电流方向是否发生变化,如果电流大小做周期性变化而电流方向不变,则为直流电,A选项正确;直流电的大小可以变化,但方向一定不变,B选项正确;交流电的衡量标准是电流方向是否发生变化,如果电流的方向发生变化,就是交流电,交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化,不一定是按正弦或余弦规律变化的,C选项错误,D选项正确.
2.(多选)如图所示图象中属于交流电的有(  )

解析:选ABC 交变电流是大小、方向都随时间变化的电流,所以A、B、C正确;D仅是电流的大小发生变化而方向不变,故不属于交变电流.
3.(多选)如图所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴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,则在0~这段时间内  (  )

A.线圈中的感应电流一直在减小
B.线圈中的感应电流先增大后减小
C.穿过线圈的磁通量一直在减小
D.穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小
解析:选AD 题图位置,线圈平面与磁场平行,感应电流最大,因为=,在0~时间内线圈转过四分之一个圆周,感应电流从最大减小为零,穿过线圈的磁通量逐渐增大,但穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小.
4.一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动,线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中.通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是(  )

A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变
C.t2、t4时刻线圈中磁通量最大
D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小
解析 t1、t3时刻通过线圈的磁通量Φ最大,磁通量变化率=0,此时感应电动势、感应电流为零,线圈中感应电流方向改变,A错误,B正确;t2、t4时刻线圈中磁通量为零,磁通量的变化率最大,即感应电动势最大,C、D错误.
答案 B
5.(多选)(2019·辽宁抚顺市检测)矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中产生如图所示的交流电,则对应t1时刻线圈的位置可能为下图中的  (  )

解析:选BD 线圈在匀强磁场中绕轴逆时针匀速转动时,切割磁感线,产生电流,在t1时刻,此时感应电流为零,磁通量变化率为零,磁通量最大,线圈平面和磁场方向垂直,故B、D正确.
6.(多选)如图所示,矩形线框置于竖直向下的磁场中,通过导线与灵敏电流表相连,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,图中线框处于竖直面内,下述说法正确的是  (  )

A.因为线框中产生的是交变电流,所以电流表示数始终为零
B.线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量最大
C.线框通过图中位置瞬间,通过电流表的电流瞬时值最大
D.若使线框转动的角速度增大一倍,那么通过电流表电流的峰值也增大一倍
解析:选CD 线框在匀强磁场中匀速转动时,在中性面即线框与磁感线垂直时,磁通量最大,感应电动势最小,而在题中图示位置线框与磁感线平行时,磁通量最小,感应电动势最大,A、B错误,C正确;由交变电流的峰值表达式Im=可知,角速度增大一倍后,电流的峰值增大一倍,D正确.
7.(多选)一个矩形线圈在匀强磁场中转动,产生的感应电动势e=220sin 100πt(V),则(  )
A.交流电的频率是100π Hz
B.t=0时,线圈位于中性面
C.交流电的周期是0.02 s
D.t=0.05 s时,e有最大值
解析:选BC 根据感应电动势的瞬时值表达式可知,交流电的角速度ω=100π,交流电的频率f==50 Hz,A选项错误;t=0时,感应电动势为零,此时线圈处于中性面位置,B选项正确;交流电的周期T==0.02 s,C选项正确;当t=0.05 s时,e=220sin 5π(V)=0,D选项错误.
8.矩形线圈在磁场中匀速转动时,产生的感应电动势最大值为50 V,那么该线圈由图所示位置转过30°,线圈中的感应电动势大小为(  )

A.50 V          B.25 V
C.25 V D.10 V
解析:选B 由题中条件可知交变电流瞬时值的表达式为e=50cos ωt V=50cos θ V,当θ=30°时,e=25 V,B正确.
9.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的交变电动势的图象如图所示,则(  )

A.交流电的频率是4π Hz
B.当t=0时,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大
C.当t=π s时,e有最大值
D.t=π s时,e=-10 V最小,磁通量变化率最小
解析 从图象可知交流电的周期为2π s,频率为 Hz,t=π s时,e=0最小,A、C错误;t=0时,e最小,Φ最大,B正确;t=π s时,e=-10 V,e最大,最大,“-”号表示方向,D错误.
答案 B
10.如图是一台小型发电机示意图,矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直,矩形线圈的面积S=2.0×10-2 m2,匝数N=40匝,线圈电阻r=1.0 Ω.磁场的磁感应强度B=0.20 T.线圈绕OO′轴以ω=100 rad/s的角速度匀速转动.线圈两端外接电阻R=9.0 Ω的小灯泡.求:

(1)线圈中产生的感应电动势的最大值;
(2)从图示位置开始计时,写出通过灯泡的电流的瞬时值表达式;
(3)从图示位置转过30°过程中通过小灯泡的电荷量.
解析:(1)线圈中产生的感应电动势的最大值表达式为Em=NBSω=40×0.2×2.0×10-2×100 V=16 V.
(2)回路中的最大电流为Im== A=1.6 A,通过灯泡电流的瞬时值表达式为i=1.6cos 100t(A).
(3)感应电动势的平均值为=,感应电流的平均值为=,通过的电量为q=·Δt==8×10-3 C.
答案:(1)16 V (2)i=1.6cos 100t(A) (3)8×10-3 C
二 提升训练
1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,从中性面开始转动180°角过程中,平均感应电动势和最大感应电动势之比为(  )
A. B.
C.2π D.π
解析:选B 线圈从中性面转过180°角过程中,磁通量的变化为ΔΦ=Φ2-Φ1=BS-(-BS)=2BS,平均感应电动势===,最大感应电动势Em=NBSω,则平均感应电动势和最大感应电动势之比为,B正确.
2.矩形线圈的匝数为50匝,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示.下列结论正确的是(  )

A.在t=0.1 s和t=0.3 s时,电动势最大
B.在t=0.2 s和t=0.4 s时,电流改变方向
C.电动势的最大值是314 V
D.在t=0.4 s时,磁通量变化率最大,其值为3.14 Wb/s
解析 在t=0.1 s和t=0.3 s时,磁通量最大,线圈位于中性面位置,感应电动势为零,故A错误;在t=0.2 s和t=0.4 s时,磁通量为零,线圈垂直于中性面,感应电动势最大,此时电动势方向不会改变,故电流方向不变,故B错误;根据Φ?t图象,BS=0.2 Wb,T=0.4 s,故电动势的最大值:Em=NBSω=NBS·=50×0.2×=50π V=157 V,故C错误;在t=0.4 s时,磁通量为零,线圈垂直于中性面,感应电动势最大,故磁通量变化率最大,根据Em=n,可知,==3.14 Wb/s,故D正确.
答案 D
3.(多选)如图所示是小型交流发电机的示意图,线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,线圈的匝数为n、电阻为r,外接电阻为R,交流电流表A.线圈从图示位置(线圈平面平行于磁场方向)开始转过时的感应电流为I.下列说法中正确的有(  )

A.流过电阻的最大电流为2I
B.转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为
C.从图示位置开始转过的过程中,通过电阻R的电荷量为
D.线圈转动一周的过程中,通过电阻R的电荷量为
解析:选ABC 线圈绕轴匀速转动,产生感应电动势的最大值为Em=NBSω,从图示位置(线圈平面平行于磁场方向)开始计时感应电流的瞬时值为i=Imcos ωt,ωt=时,i=I,则Im=2I,A选项正确;转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值Φm=BS===,B选项正确;根据法拉第电磁感应定律可知,从图示位置开始转过的过程中,通过电阻R的电荷量q=t=n·Δt=n=n=,C选项正确;线圈转动一周的过程中,磁通量的变化量为零,通过电阻R的电荷量为零,D选项错误.
4.如图所示,虚线OO′为单匝矩形线圈abcd的对称轴,OO′的左边存在着方向垂直纸面向里的匀强磁场,右边没有磁场,线圈平面与磁场方向垂直.线圈沿图示方向绕OO′轴匀速转动(即ab边先向纸外、cd边先向纸内转动),规定沿abcd方向为感应电流的正方向,若从图示位置开始计时,下列所示的四个图象中能正确表示线圈内感应电流i随时间t变化规律的是(  )

解析:选B 0~内,ab一侧的线圈在磁场中绕OO′转动产生正弦式交变电流,由楞次定律得电流方向为d→c→b→a,且越来越大;~内,ab一侧线圈在磁场外,而dc一侧线圈又进入磁场,产生交变电流,电流方向为d→c→b→a,且越来越小,以此类推,可知i?t图象为B.
5.(多选)(2019·贵阳月考)如图所示,边长为l的正方形单匝金属线圈PQMN,左半部分处在方向垂直于线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度的大小为B、线圈的PN边从图中位置按俯视的逆时针方向,以线速度v绕固定对称轴沿OO′匀速转动90°,则此过程线圈中  (  )

A.感应电流方向沿P→N→M→Q→P
B.磁通量的最大值为Bl2
C.最大感应电动势为Blv
D.平均感应电动势为
解析:选CD 根据楞次定律可知,线圈转动的过程中向里的磁通量减小,感应电流方向沿P→Q→M→N→P,A选项错误;根据磁通量的定义可知,线圈平面垂直于磁场方向时,穿过线圈平面的磁通量最大,最大值为Bl2,B选项错误;线圈切割磁感线,当线圈平面平行于磁场方向时,切割速度最大,线圈中的感应电动势最大,根据法拉第电磁感应定律可知,最大值为Em=Blv,C选项正确;线圈转动90°的过程中穿过线圈的磁通量的变化量为Bl2,运动时间Δt==,根据法拉第的电磁感应定律可知,平均感应电动势为==,D选项正确.
6.如图甲是一种自行车上照明用的车头灯,图乙是这种车头灯发电机的结构原理图,转轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦交变电流,给车头灯供电.

已知自行车车轮半径r=35 cm,摩擦小轮半径r0=1.00 cm.线圈有N=800匝,线圈框横截面积S=20 cm2,总电阻R1=40 Ω.旋转磁极的磁感应强度B=0.010 T,车头灯电阻R2=10 Ω.当车轮转动的角速度ω=8 rad/s时,求:
(1)发电机磁极转动的角速度;
(2)车头灯中电流的最大值.
解析:(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有
ω0r0=ωr,ω0==8× rad/s=280 rad/s.
(2)摩擦小轮带动磁极转动,线圈产生的感应电动势最大值为
Em=NBSω0=800×0.010×280×20×10-4 V=4.48 V.
所以通过车头灯电流的最大值为
Im== A=89.6 mA.
答案:(1)280 rad/s (2)89.6 mA

5.1交变电流
一 夯实基础
1.关于交变电流与直流电的说法中,不正确的是(  )
A.如果电流大小做周期性变化,则不一定是交变电流
B.直流电的大小可以变化,但方向一定不变
C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化
2.(多选)如图所示图象中属于交流电的有(  )

3.(多选)如图所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴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,则在0~这段时间内  (  )

A.线圈中的感应电流一直在减小
B.线圈中的感应电流先增大后减小
C.穿过线圈的磁通量一直在减小
D.穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小
4.一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动,线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中.通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是(  )

A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变
C.t2、t4时刻线圈中磁通量最大
D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小
5.(多选)(2019·辽宁抚顺市检测)矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中产生如图所示的交流电,则对应t1时刻线圈的位置可能为下图中的  (  )


6.(多选)如图所示,矩形线框置于竖直向下的磁场中,通过导线与灵敏电流表相连,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,图中线框处于竖直面内,下述说法正确的是  (  )

A.因为线框中产生的是交变电流,所以电流表示数始终为零
B.线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量最大
C.线框通过图中位置瞬间,通过电流表的电流瞬时值最大
D.若使线框转动的角速度增大一倍,那么通过电流表电流的峰值也增大一倍
7.(多选)一个矩形线圈在匀强磁场中转动,产生的感应电动势e=220sin 100πt(V),则(  )
A.交流电的频率是100π Hz
B.t=0时,线圈位于中性面
C.交流电的周期是0.02 s
D.t=0.05 s时,e有最大值
8.矩形线圈在磁场中匀速转动时,产生的感应电动势最大值为50 V,那么该线圈由图所示位置转过30°,线圈中的感应电动势大小为(  )

A.50 V          B.25 V
C.25 V D.10 V
9.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的交变电动势的图象如图所示,则(  )

A.交流电的频率是4π Hz
B.当t=0时,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大
C.当t=π s时,e有最大值
D.t=π s时,e=-10 V最小,磁通量变化率最小
10.如图是一台小型发电机示意图,矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直,矩形线圈的面积S=2.0×10-2 m2,匝数N=40匝,线圈电阻r=1.0 Ω.磁场的磁感应强度B=0.20 T.线圈绕OO′轴以ω=100 rad/s的角速度匀速转动.线圈两端外接电阻R=9.0 Ω的小灯泡.求:

(1)线圈中产生的感应电动势的最大值;
(2)从图示位置开始计时,写出通过灯泡的电流的瞬时值表达式;
(3)从图示位置转过30°过程中通过小灯泡的电荷量.




二 提升训练
1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,从中性面开始转动180°角过程中,平均感应电动势和最大感应电动势之比为(  )
A. B.
C.2π D.π
2.矩形线圈的匝数为50匝,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示.下列结论正确的是(  )

A.在t=0.1 s和t=0.3 s时,电动势最大
B.在t=0.2 s和t=0.4 s时,电流改变方向
C.电动势的最大值是314 V
D.在t=0.4 s时,磁通量变化率最大,其值为3.14 Wb/s
3.(多选)如图所示是小型交流发电机的示意图,线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,线圈的匝数为n、电阻为r,外接电阻为R,交流电流表A.线圈从图示位置(线圈平面平行于磁场方向)开始转过时的感应电流为I.下列说法中正确的有(  )

A.流过电阻的最大电流为2I
B.转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为
C.从图示位置开始转过的过程中,通过电阻R的电荷量为
D.线圈转动一周的过程中,通过电阻R的电荷量为
4.如图所示,虚线OO′为单匝矩形线圈abcd的对称轴,OO′的左边存在着方向垂直纸面向里的匀强磁场,右边没有磁场,线圈平面与磁场方向垂直.线圈沿图示方向绕OO′轴匀速转动(即ab边先向纸外、cd边先向纸内转动),规定沿abcd方向为感应电流的正方向,若从图示位置开始计时,下列所示的四个图象中能正确表示线圈内感应电流i随时间t变化规律的是(  )

5.(多选)(2019·贵阳月考)如图所示,边长为l的正方形单匝金属线圈PQMN,左半部分处在方向垂直于线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度的大小为B、线圈的PN边从图中位置按俯视的逆时针方向,以线速度v绕固定对称轴沿OO′匀速转动90°,则此过程线圈中  (  )

A.感应电流方向沿P→N→M→Q→P
B.磁通量的最大值为Bl2
C.最大感应电动势为Blv
D.平均感应电动势为
6.如图甲是一种自行车上照明用的车头灯,图乙是这种车头灯发电机的结构原理图,转轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦交变电流,给车头灯供电.

已知自行车车轮半径r=35 cm,摩擦小轮半径r0=1.00 cm.线圈有N=800匝,线圈框横截面积S=20 cm2,总电阻R1=40 Ω.旋转磁极的磁感应强度B=0.010 T,车头灯电阻R2=10 Ω.当车轮转动的角速度ω=8 rad/s时,求:
(1)发电机磁极转动的角速度;
(2)车头灯中电流的最大值.